第二章 电源变换和控制技术基础知识
电力电子学电力电子变换和控制技术(第二版)

I C1 a1I A iCB01
R
I C2 a2 I C iCB02
IA
I A IC1 IC2 a1I A a2IC I0
Vs
IA IgIC
I
A
I0 a2Ig 1 (a1 a2
)
可控开通 通态时 a1 a2 1 关断? 强迫其电流 IA (IC ) 下降到维持
电流以下
静态伏安特性 及 dv/dt 防护
2.2.3 电力三极管使用参数和特性
反
C B
偏
E
BVCEX
BVCES
R
BVCER
开 路
BVCEO
BVcEx >BVcEs >BVcER >BVcEo
图2.9 不同基极状态时,集-射极击穿电压
1. 集电极额定电压
2. 集电极额定电流(最大允许电流)
3. 饱和压降
4. 基极电流的最大允许值
5. 开通和关断时间
状态 导通、阻断
过程
✓ 理解开关过程对今后选用电力电子 器件,理解电力电子电路的运行是
很有帮助的,因此应对二极管的开 关特性有较清晰的了解。
开通、关断
12
电力电子学——电力电子变换和控制技术(第二版)
半导体电力二极管的开关特性(续) 二极管开通及反向恢复过程
13
电力电子学——电力电子变换和控制技术(第二版)
IC IB (1 )ICB0
IC IB
20
2.2.2 三极管的静态特性
电力电子学——电力电子变换和控制技术(第二版J2 Ic
P J1
Rc
IB
VBB IB
N1
VCE=0 VCE=1V
E
VCC
电工电子技术基础知识点详解2-4-电源的两种模型及其等效变换

电源的两种模型及其等效变换
理想电压源(恒压源) I
+
E
_
特点:(1)内阻R0 = 0
+
U
E
U
RL
_
O 外特性曲线 I
(2) 输出电压是一定值,恒等于电动势。
对直流电压,有 U E。
(3)恒压源中的电流由外电路决定。
例1:设 E = 10 V,接上RL 后,恒压源对外输出电流。
当 RL= 1 时, U = 10 V,I = 10A;
电压恒定,电
当 RL = 10 时, U = 10 V,I = 1A。 流随负载变化。
电源的两种模型及其等效变换
2. 电流源模型
I
电流源是由电流 IS 和内阻 R0 并联的电源的电路模型。
+
U
IS
R0 R0 U
RL
_
U
理
U0=ISR0
想 电流源 电
流
O
IS 源I
电流源的外特性
电流源模型
由图可得: U
I IS R0 若 R0 =
理想电流源 : I IS
若 R0 >>RL ,I IS ,可近似认为是理想电流源。
电源的两种模型及其等效变换
理想电流源(恒流源)
I U
+
IS
U
RL
_
特点: (1)内阻R0 = ;
O
IS
I
外特性曲线
(2)输出电流是一定值,恒等于电流 IS ;
(3)恒流源两端的电压 U 由外电路决定。
电压源 由图a: U = E- IR0
等效变换条件:
E = ISR0 E
IS R0
基础电源知识点总结

基础电源知识点总结电源是电子设备的核心组成部分,其作用是将输入电压转换为所需电压、电流的输出,供给电子器件正常工作。
一个好的电源系统能够确保电子器件的稳定工作,同时也能提高整个系统的效率和可靠性。
本文将重点总结基础电源知识,包括电源的工作原理、常见类型、特点、以及在电子产品中的应用。
一、电源的工作原理电源的工作原理主要包括输入、变换、输出三个环节。
1. 输入电源的输入是指将外部交流电源或者直流电源输入到电源系统中。
在输入环节,电源需要对输入电压进行稳压、滤波等处理,以确保电源系统的正常工作。
2. 变换变换是电源的核心环节,主要包括变压器、整流器、滤波器和稳压器。
在这个过程中,输入电压会经过变压器的变压、整流器的整流、滤波器的滤波以及稳压器的稳压,最终得到稳定的输出电压和电流。
3. 输出电源的输出是指输出到电子器件的电压和电流。
输出电压需要满足电子器件的工作要求,输出电流则需要满足电子器件的工作功率需求。
同时也需要对输出电压和电流进行过载保护、短路保护等处理,以确保电子器件的安全工作。
二、电源的类型与特点根据输入电压的不同,电源可以分为交流电源和直流电源;根据输出电压、电流的不同,电源可以分为稳压电源、开关电源、线性电源等。
不同类型的电源具有不同的特点和适用场景。
1. 交流电源交流电源输入电压范围广,适用于家庭、工业等场景;工作原理简单,但输出电压波动较大,需要额外的稳压电路进行处理。
2. 直流电源直流电源输出电压稳定,适用于电子产品等场景;可直接驱动电子器件工作,但成本相对较高,体积较大。
3. 稳压电源稳压电源能够提供稳定、可调的输出电压和电流,适用于对电源质量要求较高的场景;可以通过电压调节器和电流限制器等电路进行控制,但效率较低。
4. 开关电源开关电源采用开关管进行开关控制,可以实现高效率、高精度的电源输出;但开关电源的电磁干扰和电压波动较大,需要在设计和布线上加以注意。
5. 线性电源线性电源原理简单,输出电压稳定,但效率较低,适用于对输出电压精度要求较高的场景。
电源基础知识介绍ppt课件

原边过温保护(OTP)
保护模块工作于一定的温度范围内,自身保护的一种
原边欠压保护(UVP)
自我保护的一种,同时也是保证系统正常工作的一种电路
原边限流保护(OCP)
模块自身的保护,保护在副边电路发生故障时,不使故障扩大
副边过压保护(OVP)
保护用户电路在模块发生故障时不会损坏
线性电源
8、线性电压调整器的设计考虑因素: 压差 输出电流 损耗功率 输入电压范围
线性电源
9、线性电压调整器的设计实例
开关电源
开关电源
定义:利用功率半导体器件使变压器工作在高频开关状态 (饱和导通或截止),利用L、C储能并通过PWM控制获得 需要的电压的装置。
1、开关电源的缺点与优点
及续流二极管承受过大电流。
Is Vo 2 VsR
开关电源
Boost升压变换器
Vin
L
D
Vo
S
C
R
稳态输入/输出关系
V0
1 V in
1 d
(0 < d < 1)
开关电源
Boost 电路的特点 1) 输入电流纹波小,输出电流纹波大。开关管、
二极管的电流总是脉动的。过大的电压、电流 应力容易损坏器件。 2)连续方式下,纹波电流随电感的增大而变小。 3)在BOOST电路中,不能空载,否则输出电压 很高,有可能损伤电路中器件。
开关电源
13、电源模块应用主要参数:
输入电压范围:48V 36出电压范围:额定±1%
输出额定电流:应用中超过该额定值,输出电压跌落,通常 模块设计中会有一定的裕度。
开关电源
9、非隔离DC/DC开关电源实例
BUCK型开关电源
公共基础知识电源基础知识概述

《电源基础知识综合性概述》一、引言在当今科技高度发达的时代,电源作为各种电子设备和系统的动力源泉,其重要性不言而喻。
从我们日常生活中使用的智能手机、笔记本电脑,到工业生产中的大型机械设备、自动化控制系统,无一不需要稳定可靠的电源供应。
了解电源的基础知识,对于正确选择、使用和维护各种电子设备,以及推动电子技术的发展都具有重要意义。
本文将从电源的基本概念、核心理论、发展历程、重要实践以及未来趋势等方面进行全面的阐述与分析。
二、电源的基本概念1. 定义电源是将其他形式的能量转换为电能的装置。
它可以将化学能、机械能、太阳能等不同形式的能量转化为可供电子设备使用的电能,如直流电(DC)或交流电(AC)。
2. 分类(1)按能量来源分类:- 化学电源:如电池,通过化学反应将化学能转化为电能。
常见的有干电池、铅酸蓄电池、锂离子电池等。
- 物理电源:包括太阳能电池、温差发电器等,利用物理效应将其他形式的能量转化为电能。
- 机械电源:如发电机,通过机械运动将机械能转化为电能。
(2)按输出形式分类:- 直流电电源:输出恒定的直流电压和电流,如电池、直流稳压电源等。
- 交流电电源:输出交变的交流电压和电流,如市电、交流发电机等。
3. 主要参数(1)电压:表示电源输出电能的电位差,单位为伏特(V)。
不同的电子设备需要不同的电压等级,如手机充电器一般输出 5V电压,而笔记本电脑充电器可能输出 19V 电压。
(2)电流:指电源输出电能的流量,单位为安培(A)。
电子设备的工作电流取决于其功率需求和内部电路设计。
(3)功率:是电压和电流的乘积,单位为瓦特(W)。
它表示电源能够提供的电能大小。
(4)效率:电源的输出功率与输入功率之比,通常以百分比表示。
高效率的电源能够减少能量损失,降低发热,提高能源利用效率。
三、电源的核心理论1. 欧姆定律欧姆定律是电路分析的基础,它指出在同一电路中,通过某一导体的电流跟这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的电阻成反比。
电源变换技术

2、采用电力有源滤波器 APFC(Active Power Factor Correction) 在二极管整流电路和负载之间接入一个变换电路,采用电流和电压 反馈技术,输入端交流电流跟踪交流正弦波电压,使交流输入电流接 近正弦波,并和交流输入电压同相,从而使输入端总谐波畸变率 THD<5%,功率因数可提高到接近1。有源校正电路工作于高频开关状 态,体积小、重量轻,比无源校正电路效率高。 3、采用PWM整流—高功率因数整流器(HPFR) 由于绝大多数的用电设备都是从交流到直流进行电能的转换或利用 的,采用PWM高频整流可以使输入电网的电流十分接近基波,因而产 生的谐波也就很小。 PWM 整流电路的主要缺点是输出直流电压是升压而不能降压,输 出直流电压可以从交流电源电压峰值向高调节,如果向低调节就会使 电路性能恶化,甚至不能工作。
2.1.1 谐波电流的危害及改进措施 • 谐波 与 基波
谐波主要是由用户中的非线性用电负荷( 谐波主要是由用户中的非线性用电负荷(如: 整流装置、冶炼炉、电气化机车等)引起的, 整流装置、冶炼炉、电气化机车等)引起的, 一个用户引起的谐波不仅影响到自身, 一个用户引起的谐波不仅影响到自身,而且污 染电网并影响到该电网中的其它电力用户。 染电网并影响到该电网中的其它电力用户。
即
2 Uin S2∞ (Udc −Uin )
等于电感电流减去L1、 滤波电流 接近于正弦波。 滤波电流, 交流输入电流 iac等于电感电流减去 、C1滤波电流,接近于正弦波。当 Udc增大,S2变小,S1的比例相对增大,输入电流更接近正弦波。Udc越 增大, 变小, 的比例相对增大,输入电流更接近正弦波。 越 增大 变小 的比例相对增大 的比例越大, 小,S2的比例越大,输入电流的失真越严重。 的比例越大 输入电流的失真越严重。
(完整版)电气类专业知识点--电力电子知识点讲义整理

电力电子技术知识点讲义汇总——天天向上图文工作室独家整理复习笔记知识点第1章绪论1 电力电子技术定义:是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术,是应用于电力领域的电子技术,主要用于电力变换。
2 电力变换的种类(1)交流变直流AC-DC:整流(2)直流变交流DC—AC:逆变(3)直流变直流DC—DC:一般通过直流斩波电路实现(4)交流变交流AC—AC:一般称作交流电力控制3 电力电子技术分类:分为电力电子器件制造技术和变流技术。
第2章电力电子器件1 电力电子器件与主电路的关系(1)主电路:指能够直接承担电能变换或控制任务的电路.(2)电力电子器件:指应用于主电路中,能够实现电能变换或控制的电子器件.2 电力电子器件一般都工作于开关状态,以减小本身损耗.3 电力电子系统基本组成与工作原理(1)一般由主电路、控制电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成。
(2)检测主电路中的信号并送入控制电路,根据这些信号并按照系统工作要求形成电力电子器件的工作信号。
(3)控制信号通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或关断。
(4)同时,在主电路和控制电路中附加一些保护电路,以保证系统正常可靠运行。
4 电力电子器件的分类根据控制信号所控制的程度分类(1)半控型器件:通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件.如SCR晶闸管.(2)全控型器件:通过控制信号既可以控制其导通,又可以控制其关断的电力电子器件。
如GTO、GTR、MOSFET 和IGBT.(3)不可控器件:不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件。
如电力二极管。
根据驱动信号的性质分类(1)电流型器件:通过从控制端注入或抽出电流的方式来实现导通或关断的电力电子器件.如SCR、GTO、GTR.(2)电压型器件:通过在控制端和公共端之间施加一定电压信号的方式来实现导通或关断的电力电子器件.如MOSFET、IGBT。
根据器件内部载流子参与导电的情况分类(1)单极型器件:内部由一种载流子参与导电的器件。
电源变换和控制技术基础知识课件.ppt

(于U转D折SM电、压UR(SMU)bo)的。90%。正向断态不重复峰值电压应小
通下、态稳平定均结电温流不IT(A超V)过:额在定环结境温温时度,为晶40闸℃管和允规许定流的过散的热最条大件
工频正弦半波电流的平均值。这也是额定电流的参数。
维几十持到电几流百IH:m维A。持晶闸管导通所必需的最小电流,一般为
VD2 VD 4
负 载
Uo
VT1 VT3 f
u1
u2
VD
VD 2 VD4
负 载
Uo
机械工业出版社
第2章 电源变换和控制技术基础知识
29
续表2-2
单相 桥式 全控
VT1 VT 3 L f
u1
u2
VT 2 VT4
Cf
负 载
Uo
VT1 VT3 L f
u1
u2
VT2 VT4
负 载
Uo
三 相 半 波 三相 桥式 半控
Lf
负 载
Uo
VD3 Cf
负 载
U
o
VD1 VD3 VD5 f
Cf
负 载
Uo
Lf VD1 VD2
U in
VD3 VD4
VD1 VD2 VD3
负 载
Uo
Lf
负 载
U o
VD1 VD3 VD5 Lf
负 载
U o
VD4 VD6 VD2
VD4 VD6 VD2
第2章 电源变换和控制技术基础知识
28
b、晶闸管整流电路――相控整流
K
I
A
电路符号
URBO
IF
0
UTO
UF U
图2-1 电力二极管电路符号及伏安(V-A)特性
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5) 认识一下Matlab/Simulink中的晶闸管:
(1)进入Simulink,选择 Power Electronics库
(2)右边寻找一个Thyristor的模块
(3)右击该模块,输入参数(该参数 和Diode的一模一样)
(4)在Simulink中的Thyristor模型:
6) Simulink中晶闸管应用例子:
反向击穿电压 反向恢复电流
UD
讨论: 1)电力二极管为什么称之为不可控器件? 2) 你觉得,该如何用一段程序去描述一个电力二极管?
4) 认识一下Matlab/Simulink中的电力二极管:
(1)进入Simulink,选择 Power Electronics库
(2)右边寻找一个Diode的模块
(3)右击该模块,输入参数
击穿区
U GS
0
U GS0 0
U BR
(b) 图1-22
U DS
截止区
5)Simulink中的P-MOSFET模型
讨论:
1)电力MOSFET管为什么称之为全控器件?
2 )电力 MOSFET 管的源极和漏极之间存在一个寄生的二极管,这对应用
可能产生什么样的影响?
3) 同样基于半导体理论,可以设计出具有不同可控性的电力二极管、 晶闸管、晶体管等器件,你有何感受?
讨论:思考一下,校园附近有哪些能源可以服务于我
们的生活?你是否已经具备了相关的知识和能力?
第二节 常见的电力电子器件
1
电力电子技术的基本概念
1) 电子技术是根据电子学的原理,运用电子元器件设计 和制造某种特定功能的电路以解决实际问题的科学。主要包括 信息电子技术和电力电子技术两大分支。电力电子技术可以理 解为在电力领域应用的电子技术。
直流变频空调
电力机车
充电器 电动汽车 在工业发达国家,60%的
电能在使用之前经过了电力电
子的设备!可见研究电力电子 技术,具有广阔地市场前景。 电机及其控制器
2
电力电子器件的分类
按照能够被控制电路信号所控制的程度:
1)不可控器件 ☞电力二极管(Power Diode)。 ☞不能用控制信号来控制其通断。
C 集电极 (a)
4)
IGBT的工作原理
当 IGBT 栅极加上正电 压时, MOSFET 内形成 沟道,使 IGBT 导通; 当 IGBT 栅极加上负电
压时, MOSFET 内沟道
消失,IGBT关断。
当 UCE < 0 时 , J1 的 PN
结处于反偏, IGBT 呈
自行反向阻断状态。 和 P-MOSFET 反向导通 N沟道IGBT
2)半控型器件 ☞主要是指晶闸管(Thyristor)及其大部分派生器件。 ☞ 器件的导通可控,但关断完全是由其在主电路中承受 的电压和电流决定的。 3)全控型器件 ☞目前最常用的是 Power MOSFET和IGBT。 ☞通过控制信号既可以控制其导通,又可以控制其关断。
按照驱动信号的性质:
1)电流驱动型 ☞ 通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关 断的控制。
由于本身结构
所致,在源极 S 下也 对应部分 P 型半导体 ,因此P-MOSFET自身 带有一个反向并联的 二极管。在实际应用 中要注意。
N沟道增强型P-MOSFET结构示意图
D G
S N沟道
N沟道增强型P-MOSFET电气符号
4) P-MOSFET的特性和参数
(1)转移特性:转移特性是指UDS维持不变时,UGS与ID之间的关系曲 线,如下图所示。
二极管电气符号
2)电力二极管的外观
整流二极管及模块
电力二极管的基本结构和电气图形符号
无论工作原理还是电气符号,用于信息电子中的二极管 和电力二极管是一致的。均为一个正方向导通、反方向阻断 的器件。
3)电力二极管的伏安特性 正向平均电流
ID
正向通态压降
反向重复峰值电压
IF
U RRM
U RBO
0
I RP U TO U F
不同。
当UCE>0时,分两种情况:
( 1 )若门极电压 UGE < UT (
开启电压),沟道不能形成, IGBT呈正向阻断状态。
( 2 )若门极电压 UGE>UT , 门极下的沟道形成,从而使 N沟道IGBT IGBT导通。
6)Simulink中的IGBT模型
作业:
1.
安装并学习 Matlab/Simulink 。在其 simpowersystem 工具 箱下找到 Power Electronics( 电力电子器件 ) ,阅读帮助 文档和查找资料,理解课堂讲授的电力电子器件的工作原
(1)信息电子技术主要是传递信息,电力电子技术要传递 电能; (2)信息电子电路流过的功率很小,器件主要工作在开关 状态或者放大状态。电力电子电路传输的功率比较大,甚至很 大,器件工作在开关状态。
3) 电力电子技术应用领域:
电力电子技术的应用范围十分广泛。它不仅用于一般工业 ,也广泛用于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系 统、新能源系统等,在照明、空调等家用电器及其他领域 中也有着广泛的应用。
反型层连接相邻的
N 型半导体区域,构成导
反型层及导电通道示意图
电通道。
如果栅极G与源极S
之间的这个电压消失,
或 者 UGS 的 值 比 较 小 ,
MOSFET 能 否 足 够 的 能 力 维持这个导电通道呢?
反型层及导电通道示意图
总结:
P-MOSFET 当栅源极电压UGS大于某一值时,栅极下的P型区表面呈现薄 薄地一层电子聚集的状态,出现反型层,沟通漏源极。MOS管导通。
当晶闸管阳极承受正向电压,控制极也加正向电压时,形成了强烈的正 反馈,正反馈过程如下: IG↑→IB2↑→IC2(IB1)↑→IC1↑→IB2↑
晶闸管导通之后,它的导通状态完全依靠管子本身的正反馈作用来维
持。即使控制极电流消失 , 晶闸管仍将处于导通状态。因此,控制极
的作用仅是触发晶闸管使其导通。导通之后,控制极就失去了控制作 用。
2)电压驱动型 ☞ 仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号 就可实现导通或者关断的控制。
3
不可控器件——电力二极管(Power Diode)
1)回忆:《模电》中我们所学习过的二极管
(扩散运动与漂移运动) (偏移运动加剧) (扩散运动加剧)
PN 结的形成 PN 结反向截止 PN结正向导电
晶体二极管
Udc
直流到交流的转换原理
t
K
Udc
Udc
+ -
R
M
t
Udc
一个简单的直流电路
t
K
Udc
Udc
+ -
R
M
-Udc
t
一个复杂点的直流电路
讨论: 1)如果要得到50Hz交流波形怎么办? 2)如果想改变交流电压的幅值怎么办?
交流到直流的转换原理
Uac
K R
t
UAc
M
U
t
一个复杂点的交流电路
实现交流直流之间转换的关键是找到一个合适的开 关并对其进行控制!!! 初略起来看,这里控制的意思是指在合适的时间打 开或者关断开关! 若要产生50Hz的交流波形,开关的开断次数起码是 100次/秒。手工操作基本上不可能的,必须依靠电 路来实现。于是就有了所谓的控制器,一般为一个 嵌入式系统。在能源领域, 28 系列 DSP ( digital signal processor)芯片应用广泛。
N沟道增强型P-MOSFET
N沟道IGBT
3) IGBT的等效电路和电气符号
IGBT结构、电路符号、等效电路如下图示。外部有三个电极 (G门
极、C集电极、E发射极)。
发射极 E
栅极 G C
N
J3
Pபைடு நூலகம்
N N
N P
J2 J1
漂移区 缓冲区 注入区 G E (b) 图1-24 (c) E C G
P
6 全控型器件之二——绝缘栅双极型晶体管,( IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)
1 ) IGBT 是由 P-MOSFET 与双极晶体管混合组成的电压控制的双极型自关断 器件。应用颇为广泛。
IGBT(有三根引出线C、E、G)
2) IGBT的基本结构
IGBT是在 P-MOSFET基础上发展起来的集成新型器件,其结构是 P-MOSFET为驱动元件的达林顿结构的复合器件。 P-MOSFET与IGBT 的比较如下:
显然,如果控制极电压特别小,也难以可靠触发晶闸管。 关断晶闸管的方法有:将阳极电源断开;改变晶闸管的阳极电压的方向 ;或者设法控制流过晶闸管的电流降低到非常小的水平。
4)
晶闸管的伏安特性
晶闸管阳极与阴极间电压UAK和晶闸管阳极电流IA之间的
关系特性。
+ IA 正向 导通
正向转 折电压 Ubo
当栅源极电压 UGS > 0 但不够充分时,或者MOS 管导通之后 UGS = 0 ,则 栅极下面的 P型区依然是空穴为主的状态,无法出现反型层,还是无 法沟通漏源,此时MOS管仍保持关断状态。
显然, UGS < 0,栅极下面的P型区将会吸引更多的空穴,同样MOS管 将处于关断状态。
3) P-MOSFET的反向并联的寄生二极管
电能利用的主要方式是交流。与直流相比,交流电 能更容易远距离传输,具有很多优点。 太阳能发电、燃料电池等能量输出是直流的形式, 需要转变成交流才能并入大电网进行传输和使用。 太阳能发电应用前景广阔。 电动汽车、手机充电等场合,需要将电网的交流电 能转换成直流电才能够给电池充电。