第8章 电力电子技术的应用.ppt

平均电流控制方式：采用PI调节器作为电流调节器，并将调节器输出信号与锯齿波相比较，得到周期固定、占空比变化的PWM控制信号，经驱动电路控制变换电路的开关管。采用电流控制方式的开关电源具有输出电流的控制功能，多个DC/DC变换模块输出端可以并联运行以提高输出的带载能力，也可以通过冗余方式提升设备供电可靠性。（3）开关电源的保护开关电源的保护包括软启动、限流、过压与欠压保护、电容充电冲击电流限制。①软启动。在开关电源开机时，使PWM驱动脉冲的占空比从零开始缓慢地增加到运行点，从而开关电源的输出电压缓慢增加，可以有效防止电源启动过程中对功率器件、电感电容等元件的电流冲击。若没有软启动环节，开关电源启动时将在功率开关器件、电路电感、电容元件中流过远超过正常运行时数倍的电流，容易造成开关器件永久损坏。②限流。在输出回路中串联小电阻或霍尔电流传感器测量输出电流，输出的电流信号与给定电流上限值进行比较，其误差经放大器放大，用于降低PWM驱动脉冲的占空比，以达到降低开关电源输出电压，限制输出电流的目的。有限流功能的直流开关电源的输出电压、电流近似呈矩形特性。③过压与欠压保护。当直流开关电源的输出电压超出由过压值和欠压值所限定的电压窗口时，将通过保护电路关闭直流开关电源。④电容启动冲击电流限制。直流开关电源的输入端为二极管不控整流电路，或者为Boost型功率因数矫正（PFC）变换器。开机伊始，滤波电容尚未充电，一旦接入交流电网，滤波电容将会存在很大的冲击电流。为此，需要在电路中串联一个限流电阻，以限制整流器对电容的充电电流。一旦充电完成，通过旁路开关短路该限流电阻，旁路开关可以采用继电器或者晶闸管实现。图8-27为一种启动冲击电流限制电路。当开关电源接入交流电网时，滤波电容C两端的电压为零，晶体管T的基极被、分压正向偏置，T导通，晶闸管VT门极驱动电压为零，VT截止。电网电压经过整流输出直流电压通过限流电阻向电容C充电，充电电流被限制。当滤波电容C充满电时，加在晶体管T基极上的电压接近于零，T截止，其集电极、发射极电压大于晶闸管门极阀值电压，VT被触发开通，限流电阻被旁路。因晶闸管不具备自关断能力，只要开关电源工作，晶闸管VT中流过的电流便不会小于维持电流，VT一直导通。图8-27整流输出滤波电容启动冲击电流限制电路（4）开关电源的多路隔离输出直流开关电源输出电压的电气隔离一般设置在DC/DC变换环节，利用高频变压器实现隔离。当系统传输的电功率一定时，电路工作频率越高，变压器体积越小，同时可以减小电路配置的滤波电感、电容等元件体积，开关电源的功率密度得到提高。为获得多路输出，常在高频变压器副边设置多组绕组，每组绕组独立输出，获得彼此隔离的直流电源，其输出电压可以根据对象电路的需要设定。但在控制过程中，为调节输出电压，保证电源输出电压的稳定，需要利用其中的一路输出作为电压反馈，以根据该路负载的变化情况自动调整输出电压。这种控制方式，使得提供反馈信号的这一路输出电压稳压精度较高，其它路输出电压的稳压精度较低，且其它路的输出电压还受到提供反馈信号的这路输出负载的影响，实际电路构成中，减小副边绕组漏感该影响可以得到改善。直流开关电源是一个反馈控制系统，输出电压检测与误差放大器一般置于传输主功率的高频变压器的副边，若变换器功率开关与其驱动电路之间设置了电隔离环节，则PWM调制电路、误差放大器和驱动电路之间就不需要设置隔离环节。若变换器功率开关与驱动电路之间没有隔离环节，则误差放大器与PWM调制电路之间，或者PWM调制电路和驱动电路之间就需要设置电隔离环节。控制系统设置信号电隔离的目的是为了配合高频变压器实现交流电网与直流开关电源输出的电隔离。电隔离的方法主要有两种，一种是通过变压器实现的磁隔离，另一种是通过光耦实现的光隔离。与传输电功率实现输入与输出之间的电隔离不同，反馈控制所要传输的信号功率很小，一般均采用光隔离的方法。8.4.2不停电电源银行结算中心、航空管理系统、公路铁路交通调度、购票系统、大型计算中心等场合都需要有可靠、不间断的供电支持。但公共电网不可避免地存在电压与频率的波动，有时还会因故障出现供电的中断，严重危及重要数据中心、管理系统的安全运行，需要配置不间断电源以便紧急供电，或者在柴油发电机等后备电源启动前提供短时间的应急供电。不间断电源，简称UPS（UninterruptiblePowerSupply），可有后备式、在线式、在线互动式三种。（1）后备式UPS后备式UPS的结构如图8-28所示。UPS在公共电网电压正常时，电网直接向负载供电，同时充电器向蓄电池组进行浮充电。公共电网出现故障而停电时，逆变器将蓄电池的直流电逆变成交流电向负载供电。（2）在线式UPS在线式UPS结构