《开关电路设计》课件.pptVIP

*************************************H桥电路设计工作原理H桥电路由四个开关器件组成，呈H形排列，负载位于中间。通过控制对角开关对的导通，可以在负载两端施加正向或反向电压。1控制方式常见控制包括锁相控制、符号幅值控制和PWM控制，PWM通常用于速度调节或电流控制。2关键设计因素需特别注意防止直通短路、驱动隔离、死区时间设置和保护电路设计等关键环节。3应用场景广泛用于直流电机驱动、音频功率放大器、逆变器和双向DC-DC变换器等应用。4H桥电路是一种重要的双向开关电路拓扑，能够在负载两端产生双极性电压。它由四个开关器件（通常是MOSFET或IGBT）组成，根据开关的开通和关断序列，可以实现四种工作模式：正向驱动、反向驱动、制动和自由运转。H桥设计的关键挑战包括：防止直通短路（确保同一桥臂的两个开关不会同时导通）、死区时间设计（在上下开关切换时插入足够的延时）、开关损耗优化、驱动电路设计（特别是高侧开关的驱动）和保护电路设计（如过流、过压和过温保护）。现代H桥设计通常采用专用驱动IC和集成功率模块，简化设计并提高可靠性。三相逆变器设计三相逆变器原理三相逆变器由六个功率开关组成，分为三个半桥，每个半桥控制一相输出。通过适当控制这六个开关的开通和关断顺序，将直流电源转换为三相交流输出。三相逆变器的输出可以是方波（180°导通）或通过PWM调制产生近似正弦波，后者能显著降低输出谐波，提高电能质量。控制策略常见的三相逆变器控制策略包括：正弦PWM（SPWM）、空间矢量PWM（SVPWM）、选择性谐波消除（SHE）和直接转矩控制（DTC）等。SPWM通过将正弦参考波与三角载波比较生成PWM信号；SVPWM则利用空间矢量概念，能够提供更高的DC总线利用率和更低的谐波失真，已成为高性能驱动系统的首选。应用场景三相逆变器广泛应用于变频器、不间断电源（UPS）、新能源发电系统（如光伏、风能）、电动汽车驱动系统和工业电机控制等领域。在高功率应用中，通常采用IGBT或SiCMOSFET作为开关器件，并辅以复杂的控制算法和保护电路，确保系统高效、可靠运行。功率因数校正（PFC）电路PFC的必要性传统的开关电源输入端使用整流桥和滤波电容，导致输入电流呈现窄脉冲形式，产生大量谐波，功率因数低（通常只有0.5-0.7）。这不仅降低了电网利用效率，还会导致电网污染、变压器过热和线路损耗增加。为解决这些问题，国际标准（如IEC61000-3-2）对电子设备的谐波电流进行了限制，使功率因数校正电路成为许多电源设计的必要部分。PFC电路拓扑PFC电路可分为无源PFC和有源PFC两类。无源PFC通过LC滤波网络实现，结构简单但体积大、性能有限。有源PFC利用功率开关电路主动控制输入电流，常见拓扑包括BoostPFC（最为常用，适合高于输入峰值的输出电压）、BuckPFC（适合低输出电压）、Buck-BoostPFC和FlybackPFC（适合隔离应用）。桥式PFC需要整流桥，而无桥PFC直接处理交流输入，进一步提高效率。PFC控制策略包括电流临界导通模式（CRM）控制、连续导通模式（CCM）控制和不连续导通模式（DCM）控制。CRM控制在电感电流刚好降至零时开通开关，具有软开关特性，但输入电流纹波大；CCM控制使电感电流始终大于零，具有较低的电流应力和EMI，但开关损耗较高；DCM控制则在电感电流降至零后有一段时间保持零电流状态，简化了控制但电流应力大。LLC谐振变换器LLC谐振原理LLC谐振变换器是一种软开关谐振转换器，利用串联LC谐振电路和变压器漏感（第二个L）形成谐振网络。在谐振频率附近，电路表现出感性或容性阻抗特性，通过调整开关频率相对于谐振频率的位置，可以实现输出电压调节。LLC变换器的独特优势在于可在全负载范围内实现零电压开关（ZVS），大幅降低开关损耗。电路拓扑典型的LLC谐振变换器包括半桥或全桥初级电路、谐振网络（谐振电感Lr、谐振电容Cr和磁化电感Lm）、变压器和次级整流电路。谐振网络的设计是关键，决定了变换器的特性曲线和工作范围。LLC变换器可以实现宽输入范围下的高效率，特别是在电信和服务器电源等应用中表现出色。控制方法LLC谐振变换器通常采用可变频率控制方法。当开关频率高于谐振频率时，电路表现为感性，实现原边开关的ZVS；当频率低于谐振频率时，电路表现为容性，开关损耗增加。传统控制方法在轻载条件下频率会大幅上升，降低效率，现代控制方案通常结合多种技术如突发模式、负载相关频率限制等优化轻载性能。设计考虑LLC变换器设计需要特别关注：谐振参数选择（影响增益特性）、变