第8章电力电子技术典型应用 学习目标 ◆1.会分析本章实例中电力电子装置的 电路原理。 ◆2.学会电力电子技术电路识图方法 ◆3.了解电力电子装置在各个领域中的 应用。 河南工业职业技术学院电气工程系 电力电子技术 http://www.hnpi.cn
电力电子技术 河南工业职业技术学院电气工程系 http://www.hnpi.cn 第8章 电力电子技术典型应用 学习目标 1．会分析本章实例中电力电子装置的 电路原理。 2．学会电力电子技术电路识图方法。 3．了解电力电子装置在各个领域中的 应用
8.1开关电源 稳压电源:通常分为线性稳压电源和开关稳压电源。 1、线性稳压电源: 指起电压调整功能的器件始终工作在线性放大区的 直流稳压电源。 2、开关稳压电源: 简称开关电源( Switching Power Supply),指起电压调整功能的器件 始终以开关方式工作的一种直流稳压电源。 河南工业职业技术学院电气工程系 电力电子技术 http://www.hnpi.cn
电力电子技术 河南工业职业技术学院电气工程系 http://www.hnpi.cn 8.1 开关电源 指起电压调整功能的器件始终工作在线性放大区的 直流稳压电源。 稳压电源：通常分为线性稳压电源和开关稳压电源。 简称开关电源(Switching Power Supply)，指起电压调整功能的器件 始终以开关方式工作的一种直流稳压电源。 1、线性稳压电源： 2、开关稳压电源：
811开关电源的工作原理 1、线性稳压电源: 优点:优良的纹波及动态响应特性; 缺点:(1)输入采用50Hz工频变压器,体积庞大; (2)电压调整器件工作在线性放大区内,损耗大,效率低; (3)过载能力差 串联调整器件 工频 整流 20V 变压 滤波 RlL U 基准放大器取样 器 电路 图8.11线性稳压电源方框图 河南工业职业技术学院电气工程系 电力电子技术 http://www.hnpi.cn
电力电子技术 河南工业职业技术学院电气工程系 http://www.hnpi.cn 1、线性稳压电源： 优点：优良的纹波及动态响应特性； 缺点：（1）输入采用50Hz工频变压器，体积庞大； （2）电压调整器件工作在线性放大区内,损耗大,效率低； （3） 过载能力差。 图8.1.1 线性稳压电源方框图 8.1.1 开关电源的工作原理
8.1.1开关电源的工作原理 2、开关电源: 滤波器/整流 交流输入EM 变换 滤波 电路 变压器整流直沉输出 高频 滤波 控制 取样比 驱动 较放大 工作原理: 图812开关电源原理框图 50Hz单相交流220v电压或三相交流220V/380V电压经 E№防电磁干扰电源滤波器,直接整流滤波,然后再将滤波后的直流 电压经变换电路变换为数十或数百kHz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。通过取样、比较、放大及控制、驱动电路,控制变 换器中功率开关管的占空比,便能得到稳定的输出电压。 河南工业职业技术学院电气工程系 电力电子技术 http://www.hnpi.cn
电力电子技术 河南工业职业技术学院电气工程系 http://www.hnpi.cn 2、开关电源： 50Hz单相交流220V电压或三相交流220V/380V电压经 EMI防电磁干扰电源滤波器，直接整流滤波，然后再将滤波后的直流 电压经变换电路变换为数十或数百kHz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。通过取样、比较、放大及控制、驱动电路，控制变 换器中功率开关管的占空比，便能得到稳定的输出电压。 工作原理： 图8.1.2 开关电源原理框图 8.1.1 开关电源的工作原理
8.1.1开关电源的工作原理 z、开大电织: 开关管古空比定义为:D=In/T 其中T为开关管的开关周期,To为一个周期内导通用时间。 两种改变占空比的控制方式: 1)脉冲宽度调制控制(PWM)2)脉冲频率调制控制(PFM) 交流输入EM 整流L变换□高频L整流直流输出 滤波器1滤波 电路「变压器[滤波 控制 取样比 驱动 较放大 图812开关电源原理框图 河南工业职业技术学院电气工程系 电力电子技术 http://www.hnpi.cn
电力电子技术 河南工业职业技术学院电气工程系 http://www.hnpi.cn 图8.1.2 开关电源原理框图 开关管占空比定义为：D=Ton/Ts； 其中Ts为开关管的开关周期,Ton为一个周期内导通用时间。 两种改变占空比的控制方式： 1）脉冲宽度调制控制(PWM) 2、开关电源： 2）脉冲频率调制控制(PFM) 8.1.1 开关电源的工作原理
8.1.1开关电源的工作原理 1)脉冲宽度控制: 保持开关频率开关周期Is)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。 如果占空比D越大,则经滤波 后的输出电压也就越高。 2)脉冲频率控制: 图81,3PWM控制方式 保持导通时间To不变,通过改变开关频率(即开关周期〕 而达到改变占空比的目的。 工作频率不固定,造成滤波器设计困难。 河南工业职业技术学院电气工程系 电力电子技术 http://www.hnpi.cn
电力电子技术 河南工业职业技术学院电气工程系 http://www.hnpi.cn 图8.1.3 PWM控制方式 1） 脉冲宽度控制： 保持开关频率(开关周期Ts)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。 如果占空比D越大，则经滤波 后的输出电压也就越高。 保持导通时间Ton不变，通过改变开关频率(即开关周期) 而达到改变占空比的目的。 工作频率不固定，造成滤波器设计困难。 2）脉冲频率控制： 8.1.1 开关电源的工作原理
8.1.1开关电源的工作原理 开关电源优点: (1)功耗小、效率高。 (2)体积小、重量轻。 (3)稳压范围宽。 (4)电路形式灵活多样。 开关电源缺点 主要是存在开关噪声干扰。 河南工业职业技术学院电气工程系 电力电子技术 http://www.hnpi.cn
电力电子技术 河南工业职业技术学院电气工程系 http://www.hnpi.cn ➢ 开关电源优点： （1）功耗小、效率高。 （2）体积小、重量轻。 （3）稳压范围宽。 （4）电路形式灵活多样。 ➢ 开关电源缺点： 主要是存在开关噪声干扰。 8.1.1 开关电源的工作原理
8.1.1开关电源的工作原理 1、开关电源的应用 主电路采用半桥变换电路,额定输出直流电压为220V,输 出电流为10A。 + D1本本D TR本本 电图。M 源8 D本本c=0D.本本 路1 驱动 原 理 驱动 图 4直流操作 sG3s2513 保护电路 R 河南工业职业技术学院电气工程系 电力电子技术 http://www.hnpi.cn
电力电子技术 河南工业职业技术学院电气工程系 http://www.hnpi.cn ➢ 1、开关电源的应用 主电路采用半桥变换电路，额定输出直流电压为220V，输 出电流为10A。 8.1.1 开关电源的工作原理 图 .8 .1 4 直 流 操 作 电 源 电 路 原 理 图
812开关电源的应用 ≯2、各功能玦的具体电路简芥: 1)交流进线滤波器 √作用:防止开关电源产生的噪声进入电网,或者防止电网的 噪声进入开关电源内部,干扰开关电源的正常工作。 该滤波器能同时抑制共模和差模干扰信号。 ˇ电路结构:C、L和C2构成的低通滤波器用来抑制共模干 扰信号,其中L称为共模电感,其两组线圈匝数相等,但绕向 相反,对差模信号的阻抗为零,而对 共模信号产生很大的阻抗。三 Cm、L和Ca构成的低通滤波器g卡下a 则用来抑制差模干扰信号。 图81.5交流进线EM滤波器 河南工业职业技术学院电气工程系 电力电子技术 http://www.hnpi.cn
电力电子技术 河南工业职业技术学院电气工程系 http://www.hnpi.cn ➢ 2、各功能块的具体电路简介： (1) 交流进线滤波器 图8.1.5 交流进线EMI滤波器 该滤波器能同时抑制共模和差模干扰信号。 8.1.2开关电源的应用 ✓ 作用：防止开关电源产生的噪声进入电网，或者防止电网的 噪声进入开关电源内部，干扰开关电源的正常工作。 ✓ 电路结构：Cc1、Lc和Cc2构成的低通滤波器用来抑制共模干 扰信号，其中Lc称为共模电感，其两组线圈匝数相等，但绕向 相反，对差模信号的阻抗为零，而对 共模信号产生很大的阻抗。 Cd1、Ld和Cd2构成的低通滤波器 则用来抑制差模干扰信号
8.1.2开关电源的应用 (2)启动浪涌电流抑制电路 小功率电源:在整流桥的直 流侧和滤波电容之间串联具有负 TRD本本D 温度系数的热敏电阻。 大功率电路:将上述热敏电 2本 阻换成普通电阻,同时在电阻的 两端并接晶闸管开关。 半波整流 (3)输出整流电路 输出整流电路 小功率电源通常采用半波整 流电路,而对于大功率电源则采 用全波或桥式整流电路。 河南工业职业技术学院电气工程系 电力电子技术 http://www.hnpi.cn
电力电子技术 河南工业职业技术学院电气工程系 http://www.hnpi.cn (2) 启动浪涌电流抑制电路 小功率电源：在整流桥的直 流侧和滤波电容之间串联具有负 温度系数的热敏电阻。 大功率电路：将上述热敏电 阻换成普通电阻，同时在电阻的 两端并接晶闸管开关。 (3) 输出整流电路 小功率电源通常采用半波整 流电路，而对于大功率电源则采 用全波或桥式整流电路。 8.1.2开关电源的应用 输出整流电路 半波整流