电力电子装置介绍.ppt

第8章 典型电力电子装置介绍 ;8.1 开关电源 ;图 8-1 线性稳压电源 ; 它的基本工作原理为：工频交流电源经过变压器降压、 整流、滤波后成为一稳定的直流电。图8-1中其余部分是起电压调节，实现稳压作用的控制部分。电源接上负载后， 通过采样电路获得输出电压，将此输出电压与基准电压进行比较。如果输出电压小于基准电压，则将误差值经过放大电路放大后送入调节器的输入端，通过调节器调节使输出电压增加，直到与基准值相等；如果输出电压大于基准电压， 则通过调节器使输出减小。 ; 这种稳压电源具有优良的纹波及动态响应特性， 但同时存在以下缺点：  (1) 输入采用50 Hz工频变压器， 体积庞大。  (2) 电压调整器件（如图8-1所示的三极管）工作在线性放大区内，损耗大，效率低。  (3) 过载能力差。 ; 2． 开关稳压电源的基本工作原理 开关稳压电源??称开关电源，这种电源中，起电压调整，实现稳压控制功能的器件始终以开关方式工作。图8-2所示为输入输出隔离的开关电源原理框图。 ; 其主电路的工作原理为：50 Hz单相交流220 V电压或三相交流220 V/380 V电压首先经EMI防电磁干扰的电源滤波器滤波（这种滤波器主要滤除电源的高次谐波），直接整流滤波（不经过工频变压器降压，滤波电路主要滤除整流后的低频脉动谐波），获得一直流电压；然后再将此直流电压经变换电路变换为数十或数百千赫的高频方波或准方波电压，通过高频变压器隔离并降压（或升压）后，再经高频整流、滤波电路，最后输出直流电压。  ;; 3． 开关稳压电源的控制原理 开关电源中，变换电路起着主要的调节稳压作用，这是通过调节功率开关管的占空比来实现的。设开关管的开关周期为T， 在一个周期内，导通时间为ton，则占空比定义为D＝ton／t。在开关电源中，改变占空比的控制方式有两种，即脉冲宽度调制（PWM）和脉冲频率调制（PWF）。在脉冲宽度控制中，保持开关频率（开关周期T）不变，通过改变ton来改变占空比D， 从而达到改变输出电压的目的， 即D越大，滤波后输出电压也就越大；D越小，滤波后输出电压越小, 如图8-3所示。 ;图 8-3 PWM控制方式 ; 频率控制方式中，保持导通时间ton不变，通过改变频率（即开关周期T）而达到改变占空比的一种控制方式。 由于频率控制方式的工作频率是变化的，造成后续电路滤波器的设计比较困难，因此，目前绝大部分的开关电源均采用PWM控制。 ; 4．开关稳压电源的特点 开关稳压电源具有如下的优点：  (1) 功耗小、 效率高。 开关管中的开关器件交替工作在导通—截止—导通的开关状态，转换速度快， 这使得功率损耗小，电源的效率可以大幅度提高，可达90％～95％。  (2) 体积小、重量轻。 开关电源效率高，损耗小，可以省去较大体积的散热器； 用起隔离作用的高频变压器取代工频变压器，可大大减小体积，降低重量；因为开关频率高，输出滤波电容的容量和体积也可大为减小。 ; (3) 稳压范围宽。 开关电源的输出电压由占空比来调节，输入电压的变化可以通过占空比的大小来补偿。这样，在工频电网电压变化较大时， 它仍能保证有较稳定的输出电压。  (4) 电路形式灵活多样。 设计者可以发挥各种类型电路的特长， 设计出能满足不同应用场合的开关电源。  开关电源的缺点主要是存在开关噪声干扰。 ; 在开关电源中，开关器件工作在开关状态，它产生的交流电压和电流会通过电路中的其它元器件产生尖峰干扰和谐振干扰，对这些干扰如果不采取一定的措施进行抑制、消除和屏蔽，就会严重影响整机正常工作。此外，这些干扰还会串入工频电网，使电网附近的其它电子仪器、设备和家用电器受到干扰。因此，设计开关电源时，必须采取合理的措施来抑制其本身产生的干扰。 ;8.1.2 隔离式高频变换电路 在开关稳压电源的主电路中，调频变换电路是核心部分， 其电路形式多种多样，下面介绍输入输出隔离的开关电源常用的几种高频变换电路的结构和工作原理。  1． 正激式变换电路（Forward） 所谓正激式变换电路，是指开关电源中的变换器不仅起着调节输出电压使其稳定的作用，还作为振荡器产生恒定周期T的方波， 后续电路中的脉冲变压器也具有振荡器的作用。 ; 该电路的结构如图8-4（a）所示。工频交流电源通过电源滤波器、整流滤波器后转换成该图中所示的直流电压Ui；V1为功率开关管，多为绝缘栅双极型晶体管IGBT（其基极的