电力电子技术第7章
电力电子技术第7章 软开关技术

(1) 零电压开关准谐振电路
ug
VDT
关断过程 开通过程
uT (uCr)
Lr
O
t t t t t0 t1 t2 t3t4t5 t6 t0 t
L
+
T
iT iLr
O uVD
ui
Cr
VD
C
R
uo
-
◆其中开关管T和谐振电容 Cr并联,谐振电感 Lr 与T串联。假设电 路中电感L和电容C值很大。 ◆假设电感L和电容C很大,可以等效为电流源和电压源,并忽略 电路中的损耗。 ◆开关电路的工作过程是按开关周期重复的,在分析时可以选择开 关周期中任意时刻为分析的起点,选择合适的起点,可以使分析得到 简化。
(1) 零电压开关准谐振电路
ug
VDT
关断过程 开通过程
uT (uCr)
Lr
O
t t t t t0 t1 t2 t3t4t5 t6 t0 t
L
+
T
iT iLr
O uVD
ui
Cr
VD
C
R
uo
-
◆工作过程 ☞选择开关关断时刻为分析的起点。 ☞t0~t1时段:t0之前,S导通,VD为断态,uCr=0,iLr=IL,t0时刻T关 断,Cr使T关断后电压上升减缓,因此T的关断损耗减小,T关断后, VD尚未导通;Lr+L向Cr充电,L等效为电流源,uCr线性上升,同时 VD两端电压uVD逐渐下降,直到t1时刻,uVD=0,VD导通。
(1) 零电压开关准谐振电路
ug
VDT
关断过程 开通过程
uT (uCr)
Lr
O
t t t t t0 t1 t2 t3t4t5 t6 t0 t
电子技术基础课件第7章 软开关技术

D1D4
2018/9/3
电力电子技术 t1
26
(d ) fs < fo 处于容性工作状态
Inverter bridge variations
zFull bridge
S1
S2
S3
S4
io
R
zHalf bridge
2018/9/3
S1 and S2 gate signal are complement 50% Duty cycle Voltage on C1 and C2 are constant, =Vs/2
2018/9/3
on 电力电o子ff技术
10
实际元件构成的Buck变换器(Practical Buck converter)
Ideal
Practice
Square Waveforms No Switching Loss
Parasitic Oscillations Switching Loss Snubber Loss
uDS
-
-
u gs
uDS , iDS
iD
Ii
I RM
2018/9/3
Ii Vd
t
Reverse recovery charge Qrr
vs.
dI F dt
Vo
¾ Turn-on loss in switch and boost diode
∫ Aturn _ on
=
QrrVo
+
trr
Ii uDSdt
0
简化:分析基波分量之间的关系,而忽略谐波分量的作用 Vi: square waveform Amplitude: ±Vdc freq: fs Amplitude of fundamental component
第7章 p w m

VD4
信号波 载波
调制 电路
单相桥式PWM逆变电路
7.2.1 计算法和调制法
◆单极性PWM控制方式 ☞在ur的正半周,V1保持通态, V2保持断态。 ur>uc时,V4导通,V3关断, uo=Ud ur<uc时使V4关断,V3导通, uo=0
u
uc
ur
☞在ur的负半周,V1保持断态, V2保持通态。 ur<uc时使V3导通,V4关断, uo=-Ud ur>uc时使V3关断,V4导通, uo=0
7.2.2 异步调制和同步调制
同 步 调 制 三 相
PWM
波 形
7.2.2 异步调制和同步调制
分段同步调制
把fr范围划分成若干个频段,每个频段内保持N恒定, 不同频段N不同 在fr高的频段采用较低的N,使载波频率不致过高 在fr低的频段采用较高的N,使载波频率不致过低
2.4
201 147 99 69
uo Ud
O -U d
t
7.2.1 计算法和调制法
结合IGBT单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明 工作时V1和V2通断互补,V3和V4通断也互补 控制规律:
uo正半周,V1通,V2断,V3和V4交替通断
uo负半周,V2通,V1断,V3和V4交替通断
V1 Ud + V2 ur uc VD1 R VD2 uo V3 L V4 VD3
7.2.4 PWM逆变电路的谐波分析
分析方法 不同信号波周期的PWM波不同,无法直接以信号波 周期为基准分析 以载波周期为基础,再利用贝塞尔函数推导出PWM
波的傅里叶级数表达式
分析过程相当复杂,结论却简单而直观
7.2.4 PWM逆变电路的谐波分析
【电力电子技术习题解答】期末考试题库第7章

第7章 思考题与习题7.1高频化的意义是什么?为什么提高开关频率可以减小滤波器和变压器的体积和重量?答:高频化可以减小滤波器的参数,减小变压器的体积从而使装置小型化、轻型化; 提高开关频率,可以减小滤波器的电感和电容的参数,减小滤波器的体积和重量;当变压器输入正弦波时,fNBS U 44.4 ,频率升高时,可以减小N 和S 的参数,从而减小变压器各绕组的匝数和铁心的尺寸,使变压器的体积减小,重量减轻,。
7.2何谓软开关和硬开关?怎样才能实现完全无损耗的软件关过程?答:如果开关器件在其端电压不为零时开通则称为硬件通,在其电流不为零时关断则称为硬关断。
硬开通、硬关断统称为硬开关。
在硬开关过程中,开关器件在较高电压下承载有较大电流,故产生很大的开关损耗。
如果在电力电子变换电路中采取一些措施,如改变电路结构和控制策略,使开关器件被施加驱动信号而开通过程中其端电压为零,这种开通称为零电压开通;若使开关器件撤除其驱动信号后的关断过程中其承载的电流为零,这种关断称为零电流关断。
零电压开通和零电流关断是最理想的软开关,其开关过程中无开关损耗。
如果开关器件在开通过程中端电压很小,在关断过程中其电流也很小,这种开关过程的功率损耗不大,称之为软开关。
7.3零开关,即零电压开通和零电流关断的含义是什么?答:使开关开通前的两端电压为零,则开关导通过程中就不会产生损耗和噪声,这种开通方式为零电压开通;而使开关关断时其电流为零,也不会产生损耗和噪声,称为零电流关断。
7.4试分析图题7.4两个电路在工作原理上的差别,并指出它们的异同点。
图题7.4答:相同点:都是零电压开关准谐振电路。
不同点:(a )图在(b )图软开关的电容上串了一个电阻,7.5软开关电路可以分为哪几类?其典型拓扑分别是什么样的?各有什么特点?答:准谐振变换电路、零开关PWM 变换电路和零转换PWM 变换电路。
见教材“7.1 , 7.2”7.6准谐振变换器与多谐振变换器的区别是什么?答:准谐振变换电路分为零电压开关准谐振变换电路(ZVS QRC )与零电流开关准谐振变换电路(ZCS QRC )。
《电力电子技术》(第六七八章)习题答案

第6章 PWM 控制技术1.试说明PWM 控制的基本原理。
答:PWM 控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。
即通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要波形(含形状和幅值)。
在采样控制理论中有一条重要的结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同,冲量即窄脉冲的面积。
效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。
上述原理称为面积等效原理以正弦PWM 控制为例。
把正弦半波分成N 等份,就可把其看成是N 个彼此相连的脉冲列所组成的波形。
这些脉冲宽度相等,都等于π/N ,但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线,各脉冲幅值按正弦规律变化。
如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替,使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合,且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积(冲量)相等,就得到PWM 波形。
各PWM 脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。
根据面积等效原理,PWM 波形和正弦半波是等效的。
对于正弦波的负半周,也可以用同样的方法得到PWM 波形。
可见,所得到的PWM 波形和期望得到的正弦波等效。
2.设图6-3中半周期的脉冲数是5,脉冲幅值是相应正弦波幅值的两倍,试按面积等效原理计算脉冲宽度。
解:将各脉冲的宽度用i(i =1, 2, 3, 4, 5)表示,根据面积等效原理可得1=m5m 2d sin U t t U ⎰πωω=502cos πωt - =0.09549(rad)=0.3040(ms)2=m525m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=5252cos ππωt -=0.2500(rad)=0.7958(ms)3=m5352m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=53522cos ππωt -=0.3090(rad)=0.9836(ms)4=m5453m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=2=0.2500(rad)=0.7958(ms)5=m54m2d sin U tt Uωϖππ⎰=1=0.0955(rad)=0.3040(ms)3. 单极性和双极性PWM 调制有什么区别?三相桥式PWM 型逆变电路中,输出相电压(输出端相对于直流电源中点的电压)和线电压SPWM 波形各有几种电平?答:三角波载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性,所得的PWM 波形在半个周期中也只在单极性范围内变化,称为单极性PWM 控制方式。
第7章谐振软开关

7.1.3 软开关电路的分类
3.零转换PWM电路 ➢ 分为:零电压/电流转换PWM电路,其基本开电关单
元如图7-8所示。 ➢ 区别是谐振电路是与主开关并联的,在很宽的输入电
压范围内并从零负载到满载都能工作在软开关状态。
图7-8 零转换关PWM电路的基本开关单元
14
电力电子技术 a)零电压转换PWM电路的基本开关单元 b)零电流转换PWM电路的基本开关单元
7.1.2 零电压开关和零电流开关
➢ 在20世纪80年代,电力电子软开关技术大部分的研 究集中在谐振变换器的应用上。
➢ 谐振变换器是应用谐振原理,利用开关变换器的谐振 回路(Resonant Tank),使其中的电压(或电流) 按正弦规律变化。
➢ 当电流自然过零时使器件关断ZCS或ZVS,从而减少 开关损耗,提高开关频率,减小磁性元件体积。
UDS=0。 ✓ 由于Us>ucr , iLr上
升,在iLr小于iL (约
0
Us / Zr
iLr
IO
0
uDS
t0 t1 t2 t3t4 t5t6
TS t0
t t
等于Io )前,uCr=0。
0 uCr
t
Us
✓ 这一时段 iLr的上升 0
b)
t
率为diLr /dt=Us/Lr。
图7-11 Buck型半波零电流准谐振变换器 a)电路 b)电路波形
钳位为0,VDf为通
态,VT为断态。
uG
0
✓ 在t6~t`0时段,iLr =0,
iLr 0
如果在t`0时刻开通 uDS
VT,则iLr从0开始上
0 uCr
升,由于电感Lr的作 用,近似于零电流开
电力电子技术课件 第7章 电力电子技术应用

7.1.4混合动力电动汽车对电力电子 技术的要求
受实际运用条件的限制,要求混合 动力电动汽车用电力电子技术及装置应 具有成本低、体积小、比功率大、易于 安装的特点。除此之外,下面的技术细 节需进行重点考虑:
(1)电力电子装置密封问题 (2)电磁兼容/ 电磁干扰(EMC/EMI)问 题
(3)直流母线电压利用问题 (4)电力电子装置控制问题
图7-2 混联工作方式
7.1.3电气系统结 构及各部分电力 电子装置
图7-3 Prius THSⅡ整车电气系统结构
下面主要介绍功率控制单元的结构 组成和主要作用 。
1.电动机/发电机用逆变器单元 2.DC-DC 升压变换器单元 3.DC-DC 降压变换器单元
图7-4 功率主回路示意图
图7-5 Prius THSⅡ可变压系统电路结构图
图7-15 带双向变换器的独立光伏发电系统电路图
图7-11 太阳能光伏发电系统
(1)独立光伏发电系统
图7-12所示为一种常用的太阳 能独立光伏发电系统结构示意图, 该系统由太阳能电池阵列、DC/DC 变换器、蓄电池组、DC/AC逆变器 和交直流负载构成。
图7-12 独立光伏发电系统
(2)并网光伏发电系统
图7-13所示一种常用的并网光伏发 电系统结构示意图,该系统包括太阳能 电池阵列、DC/DC变换器、DC/AC逆变 器、交流负载、变压器,另外该系统可 根据需要在DC/DC变换器输出端并联蓄 电池组,以用于提高系统供电的可靠性, 但系统成本将增加。
7.2半导体照明技术
LED光源与传统光源相比较,具有 如下的优点:超长寿命,可达几万小时, 传统光源一般为几千小时;结构坚固, 没有钨丝、玻壳等容易损坏的部件,具 有极高的抗震性能;响应速度快,光通 上升时间短;对点灯线路要求低,易实 现调光和智能控制;耐开关冲击,适用 于频繁开关场合;高效节能,现有光效 已经超过白炽灯,理论光效可达200 lm/W ;不含汞、铅等有害物质,没有 双向变换器的独立光伏发电 系统结构框图如图7-14所示。该系 统主要包括几个部分:太阳能电池 阵列、BOOST变换器(升压变换 器)、负载、双向BUCK-BOOST 变换器(升降压变换器)、蓄电池 以及控制电路,如图图7-15所示。
电力电子技术第7章 脉宽调(PWM)技术

17-82
7.2.1 计算法和调制法
一般在输出电压半周期内,器件通、断各2k次, 考虑到PWM波四分之一周期对称,k个开关时 刻可控,除用一个自由度控制基波幅值外,可 消去k-1个频率的特定谐波。 k的取值越大,开关时刻的计算越复杂。 除计算法和调制法外,还有跟踪控制方法,在
7.3节介绍。
18
• 第5、6章已涉及到PWM控制:第5章直流斩波 电路采用的就 PWM 技术;第 6 章的 6.1 斩控式 调压电路和6.4矩阵式变频电路都涉及到了。
2
2-82
第七章 PWM控制技术• 引言
• PWM控制的思想源于通信技术,全控型器件的发展使得实
现PWM控制变得十分容易。
• PWM技术的应用十分广泛,它使电力电子装置的性能大大 提高,因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的
在ur的半个周期内,三角波 载波不再是单极性,而是有 正有负,所得PWM波也有正 有负,其幅值只有±Ud两种 电平。 ur正负半周,对各开关器件 的控制规律相同。
N fc 9 fr
Vcm Vrm
vc
2p
0
wt
vr
v ab
VD
p
2
0
3p 2
2p
p
2
wt
VD
d1
d2
图7-6 双极性PWM控制方式波形23
24-82
7.2.1 计算法和调制法
u O uo uof uc ur
u ur uc
wt
O
wt
uo Ud O -Ud
uo Ud
u of
uo
wt
O
-Ud
wt
图7-5 单极性PWM控制方式波形
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1、串行通信的特点:
按位传送 造价低,适合于远距离传送 串行通信传送的信息有固定格式。
2、串行通信分类:按照数据流方向
单工:两个设备之间只允许一个方向传送信息。 半双工:两个设备之间只有一条通信通路。
全双工:两个设备之间有两条通信通路。
8
串行通信根据数据流方向不同的三种分类 A A A B B B 单工方式 半双工方式 全双工方式
•计数器 工作方 式选择 位
•数据读/写 格式选择位
SC1、SC0:计数器选择位。这两位表示这个控制字是对哪一个 计数器设置的。 00—计数器0;01—计数器1;10—计数器2;11—非法选择。 RW1、RW0:数据读/写格式选择位。 00—将计数器当前值锁存于输出锁存器中,以便读出; 01—只读/写计数器的低8位,写入时高8位自动设置为0; 10—只读/写计数器的高8位,写入时低8位自动设置为0; 11—对16位计数器进行两次读/写操作,低字节在前,高字节在 后, 两次操作的地址相同。 M2、M1、M0:计数器工作方式选择位。 000—方式0;001—方式1;010—方式2; 011—方式3;100—方式4;101—方式5。
第六章重点内容
一、I/O端口
1、什么是I/O端口?I/O端口根据功能分类。
2、8086CPU 管理I/O端口的能力以及I/O端口的编址 方法。 3、微型计算机中主机与外设之间常用数据的输入输出 方式。
4、简单接口的应用(地址译码、软件编程)
二、中断
1、中断的概念,中断的分类。 2、中断处理的一般过程。
RS -- 232 -C电平
~ ~
RS — 232C接口
7、RS-232C总线标准及电平转换
1、机械特性:25芯插座(孔或针) 2、信号定义: 286页 3、电平标准:- 5V ~ - 15V 表示逻辑 ‘1’,+ 5V ~ +15V 表示逻辑 ‘0’ +12V -12V +5V
TTL电平
发送器 MC1488
(2) 用户如果需要读出当前计数器的值,必须先发控制字 令计数值锁存;然后在下一条指令才能读回已锁存的计数 值。
初始化程序流程
只有一个计数器被应 用时的初始化程序设 计流程:
当有两个以上计数器 被应用时的初始化程 序设计流程:
写 CNT0 控制字 写 CNT0 计数初 值
写控制字
初始化CNT0
MOV AL,04H
OUT 40H,AL ;写计数器 0 的初值
例2
8253工作为计数器 1,方式 3,初值为4020H,十进制计 数,设寄存器地址为40H、41H、42H 、 43H 控制字
0 1 1 1 0 1 1 1 77H
编程 MOV AL,77H
OUT 43H,AL ;写计数器 1 的控制字
串行通信根据数据传送格式不同分类: 同步通信
异步通信
9
3、发送器与接收器
并串变换寄存器
………... 发送 控制 通信线路 …….. 通信线路 发送 时钟
串并变换寄存器
………..
……….. 接收 时钟
……...
发送缓冲器
接收缓冲器
接收 控制
CPU 发送数据
CPU 接收数据
发送器
接收器
4、传送速率
16
D7 ~D0
输出锁存器 CLK1 GATE1 OUT1 CLK2 GATE2 OUT2
读 写 逻 辑 电 路
控制 寄存器
计 数 器1
计 数 器2
8253内部寄存器:
8253包括三个可独立工作的16位定时/计数器,一个控制寄 存器。 4个端口的地址编码: A1 A0 0 0 CNT0(计数初值寄存器和计数寄存器) 0 1 CNT1 (计数初值寄存器和计数寄存器) 1 0 CNT2 (计数初值寄存器和计数寄存器) 1 1 控制寄存器 8253的初始化:工作方式设置;计数初值设置(0-65535 或0-9999)
1
第六章重点内容
3、8086CPU可以管理的中断类型数量,范围。
4、什么是中断向量?中断向量表的功能。
5、中断向量表在内存中的位置?中断向量号和中断向 量表中的中断向量之间的关系。CPU响应中断时,如何 根据中断向量号找到对应的中断服务程序? 6、8086CPU响应可屏蔽中断的过程。
三、8259A芯片应用(理解)
向计数器赋计数初值,高8位、低8位写入同一地址。 控制字的功能是:选择计数器,确定对计数器的读/ 写格式,选择计数器的工作方式以及确定计数的数
制。
8253控制字的格式如图 所示。
23
•控制字寄存器(8位,只写,A1A0=11B)
D7 SC1 D6 D5 D4 D3 M2 D2 M1 D1 M0 D0 BCD
MOV AL,20H OUT 41H,AL ;写计数器 1 的低 8 位初值 MOV AL,40H OUT 41H,AL ;写计数器 1 的高 8 位初值
例3
8253工作为计数器 2,方式 3,初值为4000H,十进制 计数,设寄存器地址为40H 、41H、42H、43H • 控制字
1
0
1
0
0
1
•数制选择 1: BCD 码计数
SC0 RW1 RW0
00: 选通道0 01: 选通道1 10: 选通道2 11: 无效
•计数器选择位
0:二进制计数 000:方式0 001:方式1 10:方式2 11:方式3 100:方式4 101:方式5 00:计数器锁存 01:只读/写计数器低字节 10:只读/写计数器高字节 11:先读/写计数器低字节, 后读/写高字节
O
RS — 232C电平
O
TTL电平 接收器 MC1489
二、可编程定时器/计数器8253
掌握:
引线功能及计数启动方法
6种工作方式及其输出波形
应用:
芯片与系统的连接
芯片的初始化编程
13
8253芯片概述
• 8253是Intel公司生产的可编程计数/定时器芯片。8253的通 用性强,适用于各种微处理器组成的系统。
用来衡量数据传送快慢的量,传送速率的单位是波特率。 波特率:每秒钟传送的二进制位数,用 b / s 表示。 波特率与发送/接收时钟的关系为
b /s =
收/发时钟 n
n
叫波特率因子,(可取 1, 16, 64)
5、同步通信与异步通信数据传送格式
同步通信:收发时钟一致,以多个字符序列组成一个信息帧,每帧
需要两个写脉冲
两条OUT指令
第1个写脉冲写入控制字 第2个写脉冲写入计数初值
不同的工作方式,有不同的计数启动方法。
可根据对输出波形的要求,选择不同的工作 方式。 能输出连续波形的只有方式2和方式3。
22
3、
8253的控制字、初始化编程
在8253工作之前,必须对它进行初始化编程:
向8253的控制字寄存器写入控制字
1
1
A7H
编程
MOV AL,0A7H OUT 43H,AL ;写计数器 2 的控制字,
;并清 16 位初值寄存器
MOV AL,40H
OUT 42H,AL ;仅写计数器 2 的高 8 位初值
4. 8253的应用
与系统的连接:数据线、地址线、控制线
初始化程序设计:
写入控制字 置计数初值:如果初值为8位字长,则一次写 入;若初值为16位字长,则需两次写入 初值计算: 计数器 定时器
GATE 方式 2(频率发生器)
20
WR
CW=16
LSB=4
CLK GATE OUT
WR
工作方式
CW=16
4
LSB=5
3 2 (a) 计数值为偶数
1
4
3
2
1
4
3
CLK GATE OUT
WR
CW=18
5 LSB=3
4
3
2
1
5
4
3
2
1
(b) 计数值为奇数
方式 CLK3(方波发生器)
GATE
软、硬件启动,自动重复计数。 OUT 3 OUT端输出对称方波
31
与系统的连接示意
8253
DB IOW IOR A1 高 位 地 址 D0~D7
WR
RD A1
CLK
GATE OUT
外设
A0
译码器
A0
CS
32
8253应用例
采用8253作定时/计数器,其接口地址为0120H~0123H。 输入8253的时钟频率为1MH。要求:
CNT0每0.5ms输出一个CLK周期宽的负脉冲(频率为2KHZ), BCD计数(方式2)
17
8253寄存器选择表
软件启动 硬件启动
GATE端为高电平 GATE端有一个上升沿
19
WR CLK GATE=1 OUT
CW=10
LSB=4
2、 8253的工作方式(6种)
4 3 2 1 0 FF
FE
方式0(计数结束中断) CW=12
WR
LSB=3
软件启动,不自动重复计数; 由初值写入指令启动;启动计数时: OUT端变为低电平,计数 CLK 结束OUT端输出高电平。 GATE
以同步字符做为开始。 同步字符 校验字符
异步通信:收发时钟可不一致,以一个字符为单位,以起始位开始,停止位结束。