4.5斩控式交流调压电路

Um uO DU m sin S t
可以看出，负载电压中与电源电压同频率的基波成分的幅 度是电源电压的D倍，这与降压型直流斩波器是类似的，除 基波成分外，还含有与电源频率和电子开关频率相关的各 种谐波成分，通常这些成分的频率比基波频率高得多，因 此可以用简单的方法将其滤除。
4.5.1 斩控式交流调压器的工作原理——加入滤波器
+
ui -
+ iS1
u1 S2
+
u2
输入滤波器
+ z
uO -
输出滤波器
-
4.5.1 斩控式交流调压器的工作原理——加入滤波器
假设滤波器部分和电子开关部分不耗能，输入和输出功率相等， 则得到：
uoio=ui
uO i iO DiO u
而 因此
DU m iO sin( S t ) Z
4.5.2 电源与负载端的隔离——数量分析
仿照前边的分析方法，得到： N2 u2 D U m sin S t u k N1
其中ΣuK是所有谐波成分的总和，经输出滤波器的滤波作用， 谐波成分均被滤除，负载电压为 N2 uO D U m sin S t N1 假定开关和滤波电路耗能为0，输出功率与输入功率平 衡，则有：
2 1 e(t ) D sin k cos( O t k ) k 1 k
式中φk=kπD——为k次谐波的初相角； ω0=2π/T，为e（t）的基波频率。
如果
u U m sin S t
1 sin k {sin[(k O t S )t k ] sin[(k O S )t k ]} k 1 k
1 0 t DT e(t ) 0 DT t T
uO e(t )u
4.5.1 斩控式交流调压器的工作原理——基本结构
S1
+ +
ui
-
S2
z
uO
-
1 e(t ) 0
0 t DT DT t T
uO e(t )u
4.5.1 斩控式交流调压器的工作原理——基本结构
实际应用的交流斩波器 i + ui + iS1 u1 S2 输入滤波器 S1 + 输出滤波器 iO + z uO
u2
-
-
输入滤波器：旁路斩波开关的高次谐波成分，使其不影响电源；
输出滤波器：使得负载得到工频的正弦电压。
负载电压为
uO DU m sin S t Du
U O DU
负载电压与电源电压有效值的关系为 负载电压的相位、频率均与电源电压相同
0 t DT DT t T
N2 uO e(t )ui N1
S1、S2和S3都是双向电子开关；
控制规则：S1和S3同步动作，S2与S1和S3互补动作。假设一 个周期中S1和S3闭合、S2断开的时间为Ton，S1和S3断开、 S2闭合的时间为Toff，整个周期为T。 则S1和S3闭合、s2断开时，负载的端电压为u(t)=N2/N1*u1,S2 闭合、S1和S3断开时负载的端电压为0.
4.5 斩控式交流调压电路 斩控式交流调 压电路
4.5.1 斩控 式交流调 压器的工 作原理
4.5.2电源 与负载端 的隔离
4.5.3 双 向电力 电子开 关
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4.5.1 斩控式交流调压器的工作原理——基本结构
S1
+ +
ui
-
S2
zቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
uO
-
S1和S2是双向电子开关； 控制规则：S1和S2的状态互补；假设一个周期中S1闭合、S2断开 的时间为Ton，S1断开S2闭合的时间为Toff，整个周期为T。则S1 闭合时，负载的端电压为u(t),S2闭合时负载的端电压为0.
i ui + 输 入 滤 波 器
S1 i1 N1
S3 u1 S2 N2 + 输 u2 出 滤 - 波 器
iO + z uO -
4.5.2 电源与负载端的隔离——结构
i ui + 输 入 滤 波 器 S1 i1 N1 S3 u1 S2 N2 + 输 u2 出 滤 - 波 器 iO + z uO -
1 e(t ) 0
Um i sin(S t ) 2 (Z / D )
等效到交流侧的阻抗模为负载阻抗的1/D2，阻抗角相等， 与理想变压器类似
4.5.1 斩控式交流调压器的工作原理——波形图
各主要电量的波形图如下
4.5.2 电源与负载端的隔离——结构
带有输入、输出滤波器的斩控式交流调压器具有类似 于变压器的特性，但是，该电路的电源端和负载端有 一个公共端子，在要求电源和负载端电气隔离的情况 下是不能直接使用的。在需要电气隔离的场合，负载 和电源之间可接高频变压器来实现隔离功能。
4.5.3 双向电力电子开关
本电路所用的元件数量与图（b）相等， 但这种接法使得两晶体管的发射极电位 相等，两路驱动信号具有公共端，可以 使驱动电路相对简化。
本电路只用了一个可控元件，同时由 四个二极管组成桥式连接，使得无论 外电路电流方向如何总是流入晶体管 的集电极。 采用MOSFET要串联一个二极管 （P148）
4.5.1 斩控式交流调压器的工作原理——加入滤波器
如果负载阻抗的模为Z，幅角为φ，负载的电流iO为
DU m iO sin( S t ) Z 负载电流是连续的正弦波，无谐波成分
流过S1的电流iS1是脉冲列，表示为
iS1 e(t )iO
含有谐波成分，但是由于输入滤波器的作用，使得电源i中的高频 成分被滤除，电源电流为正弦波 i iO S1
N2 iD iO N1
由此可得出在电源侧的等效负载ZS为
N1 ZS DN Z 2
2
4.5.3 双向电力电子开关
采用两个大功率晶体管，一个为NPN型， 另一个为PNP型。不同的晶体管导通电流的 方向也不同。两个晶体管的发射极连接在 一起，对驱动信号的接入提供了方便（有 共同的参考点），但是一对同容量的大功 率PNP和NPN晶体管要作到参数完全一致在 实际应用中是比较困难的。因此这一方案 并不常用。 两个晶体管均为NPN型，实际应用中比较 容易得到较好的对称性，但两个发射极电 位不可能相等，而且各发射极的电位并不 固定，无法用具有公共参考电位的两路驱 动信号直接对其驱动，导致驱动电路变得 复杂。二极管的作用是提高与之串联的晶 体管承受反向电压的能力。