电力电子-陈坚 第九章
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电力电子陈坚资料精品文档
19
半导体电力二极管重要参数（续1）
二极管关断电压、电流波形
20
2.1.4 二极管的基本应用
整流 续流
D1
VAC ¡«
D2
VDC
D3
S
VS
LRiD NhomakorabeaD4
R
（a）整流
（b）续流
21
2.2 双极结型电力晶体管BJT
BJT(Bipolar Junction Transistor)或GTR(Giant Transistor)
Ⅰ
VGS2=8 Ⅱ
Ⅲ
V GS V GSth
(d)转移特性
V GS1=4 V GS=0
VBR VDS
(e)输出特性
P-MOSFET特性曲线
42
2.6 绝缘门极双极型晶体管IGBT
IGBT结构和等效电路
C Rd
r
T1
B
A
G
T2
R br
E
43
2.6 绝缘门极双极型晶体管IGBT（续1）
符号、电路及静态特性
由额定电流和最大允许全周期均方根正向电流的公式，得：
I FR
1
Im
I Frms
1 2
Im
IFrms 2IFR1.57IFR
14
选择二极管电流定额的过程： 求出电路中二极管电流的有效值IFrms ； 求二极管电流定额IFR，等于有效值IFrms 除以
1.57； 将选定的定额放大1.5到2倍以保证安全。
C
C
I
G
E
(a)符号
Rg G Vg
Rd C IC
r
B
T1 A
半导体电力二极管重要参数（续1）
二极管关断电压、电流波形
20
2.1.4 二极管的基本应用
整流 续流
D1
VAC ¡«
D2
VDC
D3
S
VS
LRiD NhomakorabeaD4
R
（a）整流
（b）续流
21
2.2 双极结型电力晶体管BJT
BJT(Bipolar Junction Transistor)或GTR(Giant Transistor)
Ⅰ
VGS2=8 Ⅱ
Ⅲ
V GS V GSth
(d)转移特性
V GS1=4 V GS=0
VBR VDS
(e)输出特性
P-MOSFET特性曲线
42
2.6 绝缘门极双极型晶体管IGBT
IGBT结构和等效电路
C Rd
r
T1
B
A
G
T2
R br
E
43
2.6 绝缘门极双极型晶体管IGBT（续1）
符号、电路及静态特性
由额定电流和最大允许全周期均方根正向电流的公式，得：
I FR
1
Im
I Frms
1 2
Im
IFrms 2IFR1.57IFR
14
选择二极管电流定额的过程： 求出电路中二极管电流的有效值IFrms ； 求二极管电流定额IFR，等于有效值IFrms 除以
1.57； 将选定的定额放大1.5到2倍以保证安全。
C
C
I
G
E
(a)符号
Rg G Vg
Rd C IC
r
B
T1 A
陈坚--电力电子学
aInCInE InCIE a(1a)
In B(1a)In E(1a)IE
IEICIB
IC IC 0 BIn C ICB a O IE IC a(1 a )IB IC 0( B 1 a )
ICIB(1)IC0B
ICIB
25
2.2.2 三极管的静态特性 三极管输入、输出特性
电力电子学
——电力电子变换和控制技术（第二版）
第2章
半导体电力开关器件
2 半导体电力开关器件
2.1 电力二极管 2.2 双极结型电力晶体管BJT 2.3 晶闸管及其派生器件 2.4 门极可关断晶闸管GTO 2.5 电力场效应晶体管P－MOSFET 2.6 绝缘门极双极型晶体管IGBT *2.7 *2.8 自学 2.9 半导体电力开关模块和功率集成电路 本章小结
IFRIFrms /1.57
15
半导体电力二极管的开关特性
开关过程，由导通状态转为阻断状态 并不是立即完成，它要经历一个短时 的过渡过程；
此过程的长短、过渡过程的波形对不 同性能的二极管有很大差异；
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。
现今商品化的电力三极管的额定电压、电流大都 不超过1200V、800A; 已经淘汰
28
2.3 晶闸管及其派生器件
晶闸管实物图
29
2.3 晶闸管及其派生器件
2.3.1 逆阻型晶闸管SCR—两个三极管正反馈 2.3.2 逆导型晶闸管RCT 2.3.3 光控晶闸管LCT 2.3.4 双向晶闸管TRIACIGBT
状态： 导通、阻断
过程： 开通、关断
16
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示意图
In B(1a)In E(1a)IE
IEICIB
IC IC 0 BIn C ICB a O IE IC a(1 a )IB IC 0( B 1 a )
ICIB(1)IC0B
ICIB
25
2.2.2 三极管的静态特性 三极管输入、输出特性
电力电子学
——电力电子变换和控制技术（第二版）
第2章
半导体电力开关器件
2 半导体电力开关器件
2.1 电力二极管 2.2 双极结型电力晶体管BJT 2.3 晶闸管及其派生器件 2.4 门极可关断晶闸管GTO 2.5 电力场效应晶体管P－MOSFET 2.6 绝缘门极双极型晶体管IGBT *2.7 *2.8 自学 2.9 半导体电力开关模块和功率集成电路 本章小结
IFRIFrms /1.57
15
半导体电力二极管的开关特性
开关过程，由导通状态转为阻断状态 并不是立即完成，它要经历一个短时 的过渡过程；
此过程的长短、过渡过程的波形对不 同性能的二极管有很大差异；
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。
现今商品化的电力三极管的额定电压、电流大都 不超过1200V、800A; 已经淘汰
28
2.3 晶闸管及其派生器件
晶闸管实物图
29
2.3 晶闸管及其派生器件
2.3.1 逆阻型晶闸管SCR—两个三极管正反馈 2.3.2 逆导型晶闸管RCT 2.3.3 光控晶闸管LCT 2.3.4 双向晶闸管TRIACIGBT
状态： 导通、阻断
过程： 开通、关断
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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示意图
电力电子学 陈坚课后习题答案
答案 5.1 什么是半波整流、全波整流、半控整流、全控整流、相控整流、高频PWM整流?答：半波整流：整流器只在交流电源的半个周波输出整流电压，交流电源仅半个周期中有电流。
全波整流：整流器在交流电源的正、负半波都有直流电压输出，交流电源在正负半周期均有电流。
全控整流：指整流主电路中开关器件均为可控器件。
半控整流：指整流主电路中开关器件不全是可控器件，而有不控器件二极管。
相控整流：全控整流电路中的开关管为半控器件晶闸管，控制触发脉冲出现的时刻（即改变晶闸管的移相控制角的大小），从而控制负载的整流电压。
高频PWM整流：整流主电路中开关器件均为全控器件，采用高频PWM控制，即在一个电源周期内高频改变开关管的导通状况。
答案5.2 什么是电压纹波系数、脉动系数、基波电流数值因数、基波电流位移因数（基波功率因数）和整流输入功率因数？答：电压纹波系数RF：输出电压中全部交流谐波分量有效值V H与输出电压直流平均值V d 之比值，。
电压脉动系数S n：整流输出电压中最低次谐波幅值V nm与直流平均值V d之比Sn=Vnm/Vd基波电流数值因数：电流畸变因数也称基波电流数值因数，是基波电流有效值与总电流有效值之比，即基波电流位移因数DPF （基波功率因数）：输入电压与输入电流基波分量之间的相位角（位移角）的余弦，即整流输入功率因数PF ：答案5.3 三相桥式不控整流任何瞬间均有两个二极管导电，整流电压的瞬时值与三相交流相电压、线电压瞬时值有什么关系？答：共阴连接的三个二极管中，三相交流相电压瞬时值最正的那一相自然导通，把最正的相电压接到负载的一端；共阳连接的三个二极管中，三相交流相电压瞬时值最负的那一相自然导通，把最负的相电压接到负载的另一端。
因此，任何时刻负载得到的整流电压瞬时值是线电压的最大瞬时值。
答案 5.4 单相桥全控整流和单相桥半控整流特性有哪些区别？答：与单相全控桥相比，（1）在主电路上，半控整流少了两个晶闸管。
电力电子变换和控制技术(第二版) (陈坚)第1章
32
电力变换按电压(电流)的大
小、波形及频率变换划分为 四类基本变换及相应的四种 电力变换电路或电力变换器。 许多复合型电力变换器
这四类基本变换可以组合成
10
2.交流机组实现电力变换
传统电力技术如何将交流电变为直流电？
基本原理
缺点
11
2.交流机组实现电力变换(续1)
传统电力技术如何将一种频率的交流电变为另一种频率的交 流电？
BUCK电路
20
3.利用开关器件实现电力变换的基本原理(续8)
AC/DC基本整流电路
工作方式 相控、斩波 分析方法 傅立叶分解 、积分 考虑问题 开关时刻、 滤波
21
3.利用开关器件实现电力变换的基本原理(续9)
DC/AC基本逆变电路
工作方式 方波、PWM波 分析方法 傅立叶分解 考虑问题 开关时刻、 滤波
基本原理 缺点
12
3.利用开关器件实现电力变换的基本原理
如何用电力电子开关器件实现电能的变换？
基本原理
图中的开关设为理想开关
vo= S×vi
S为开关函数
13
3.利用开关器件实现电力变换的基本原理(续1)
如何用电力电子开关器件实现电能的变换？
DC/DC直流降压电路
14
3.利用开关器件实现电力变换的基本原理(续2)
3.电力电子技术(Power Electronics)
也称为电力电子学。 利用电力电子开关器件组成电力开关电路，利用集成电路和微处理器构成
信号处理和控制系统，对电力开关电路进行实时、适式的控制，经济有效 地实现开关模式的电力变换和电力控制，包括电压（电流）的大小、频率、 相位和波形的变换和控制。 是综合了电子技术、控制技术和电力技术的新兴交叉学科。 电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲
《电力电子陈坚》课件
同事的尊敬。他平易近人，乐于助人，对学生关怀备至，是一位难得的
良师益友。
对电力电子领域的展望
技术发展
随着科技的进步，电力电子技术在未来将继续发挥重要作用。新型电力电子器件和系统的 研发将为该领域带来更多创新应用，如电动汽车、可再生能源和智能电网等领域。
跨界融合
未来电力电子技术将与其他领域进行更紧密的结合，如信息处理、控制理论等。这种跨界 融合将为电力电子技术的发展带来更多可能性，推动相关产业的进步。
人才培养
随着电力电子领域的发展，对高素质人才的需求将进一步增加。未来需要加强电力电子领 域的教育和培训工作，培养更多具备创新能力和实践经验的专业人才。
THANKS
感谢观看
安全性和可靠性
电力电子设备和系统的安全性和可靠性是关键问 题，需要加强研究和测试，确保设备和系统的稳 定性和可靠性。
成本和价格
电力电子设备和系统的成本和价格较高，需要加 强成本控制和技术创新，降低成本和价格，促进 普及和应用。
电力电子的未来发展方向
高效能
进一步提高电力电子设 备和系统的能效和性能 ，满足更高的能源转换 和利用要求。
有盛誉。他不仅在学术期刊上发表了大量高质量论文，还为电力电子技
术的发展做出了杰出贡献。
02
教学风格
陈坚教授的教学风格严谨而不失生动，他能够将复杂的理论知识以易于
理解的方式传授给学生。许多学生表示，通过陈坚教授的授课，他们对
电力电子技术有了更深入的理解。
03
人格魅力
陈坚教授不仅在学术和教学方面表现出色，他的人格魅力也深受学生和
晶体管
01
晶体管是电力电子技术中最基本的元件之一，具有控制电流大
小和方向的作用。
电力电子-陈坚_第8章
T1零电流关断条件：
VD Zr I o
控制T2的开通时刻t3即可 改变通态时间2，实现 PWM控制Vo。缺点：
iL max iT1max VD Zr I o 2I o
.2 零电流关断脉冲频率调制(ZCSPFM)变换器工作原理
主电路组成
工作原理
控制T1的开通，形成LrCr谐振使 iL过零反向，在此期间撤除T1的 驱动信号使其零电流关断。 无辅助开关T2，与图8.6(a)相 比则无开关状态3。
开关状态4：谐振阶段Ⅱ
开关状态5：T1断态，Do续流
8.4.1 零电流关断脉冲宽度调制(ZCSPWM)变换器工作原理
开关状态1：t0<t<t1
D1 Lr Io T2 D2 iDo Do Cr
iL
T1 VD
t0时加VG1，T1软开通(因为有Lr)， iT1↑ iD0↓，t＝t1时D0截止。
8.4.1 零电流关断脉冲宽度调制(ZCSPWM)变换器工作原理
iL
T2 D2
Io
+
Do Cr
-
T2处于断态，Cr不能放电，电源VD 经T1对负载放电。
8.4.1 零电流关断脉冲宽度调制(ZCSPWM)变换器工作原理
开关状态4：t3<t<t8
D1 T1 VD Vcr Lr
iL
T2 D2
Io
+
Do Cr
-
t3时刻T2被驱动软开通（由于有Lr）， Cr谐振放电。若VD/Zr>Io则iL变负经 D1返回电源，T1断流。在t4-t6期间撤 除VG1使T1零电流关断。
开关状态5：t8<t<t10
t＝t9时，开通T2，此时iL=I0不变T1已是通态， vL＝vT2＝0，T2是零电压开通。 t=t10时，关断T1（相当于t0时软关断T1）完 成一个开关周期Ts。
电力电子学陈坚答案
电力电子学陈坚答案【篇一：电力电子技术课后答案与复习资料】>1.1 电力技术、电子技术和电力电子技术三者所涉及的技术内容和研究对象是什么？三者的技术发展和应用主要依赖什么电气设备和器件？答：电力技术涉及的技术内容：发电、输电、配电及电力应用。
其研究对象是：发电机、变压器、电动机、输配电线路等电力设备，以及利用电力设备来处理电力电路中电能的产生、传输、分配和应用问题。
其发展依赖于发电机、变压器、电动机、输配电系统。
其理论基础是电磁学(电路、磁路、电场、磁场的基本原理)，利用电磁学基本原理处理发电、输配电及电力应用的技术统称电力技术。
电子技术，又称为信息电子技术或信息电子学，研究内容是电子器件以及利用电子器件来处理电子电路中电信号的产生、变换、处理、存储、发送和接收问题。
其研究对象:载有信息的弱电信号的变换和处理。
其发展依赖于各种电子器件（二极管、三极管、mos管、集成电路、微处理器电感、电容等）。
电力电子技术是一门综合了电子技术、控制技术和电力技术的新兴交叉学科。
它涉及电力电子变换和控制技术技术，包括电压（电流）的大小、频率、相位和波形的变换和控制。
研究对象：半导体电力开关器件及其组成的电力开关电路，包括利用半导体集成电路和微处理器芯片构成信号处理和控制系统。
电力电子技术的发展和应用主要依赖于半导体电力开关器件。
1.2 为什么三相交流发电机或公用电网产生的恒频、恒压交流电，经电压、频率变换后再供负载使用，有可能获得更大的技术经济效益？答：用电设备的类型、功能千差万别，对电能的电压、频率、波形要求各不相同。
为了满足一定的生产工艺和流程的要求，确保产品质量、提高劳动生产率、降低能源消耗、提高经济效益，若能将电网产生的恒频、恒压交流电变换成为用电负载的最佳工况所需要的电压、频率或波形，有可能获得更大的技术经济效益。
例如：若风机、水泵全部采用变频调速技术，每年全国可以节省几千万吨以上的煤，或者可以少兴建上千万千瓦的发电站。
电力电子 陈坚
GTO要求有正值门极脉冲电流+Ig触发其开通，负值脉冲电流-Ig使其关断 MOS管M1、M2接收从控制系统输入的高频互补式方波电压后，向GTO
输出+ Ig触发其开通，并使C充电。 要关断已处于通态的GTO（M1、M2已无输入信号）时，需触发开通SCR，
C放电形成-Ig ，关断GTO
7.1.3 BJT的驱动器
K V CE
O
v T
(vCE
)
（c) iT、vT 轨迹
无串联电感时：
开通过程：ABC(高压下 电流上升AB，负载电流 v 下电压下降BC）
T
关断过程：CBA (负载电 流下电压上升对应CB， 高压下电流下降对应BA）
有串联电感时：
开通过程AQEC，比ABC 好
关断过程CBHPA，比 CBA差
7.3.1 线路电感Lσ=0时开关器件开通关断过程
7.1.4 P-MOSFET、IGBT的驱动器(续2)
P有正信号输入时，放大 器输出A点正电位使T1导 通，P-MOSFET开通，并 保持通态
P无信号输入时，A点为负 P 电位，T2导通，稳压管DZ 两端电压抽出C电荷，并 在P-MOSFET管上栅-源 极加负压，使其关断并保 持断态
(+)
(+)
开关管串联使用时要均压—并RC 取R11=R12远小于rT1、rT2—稳压均压 取R13=R14，C13=C14—动态均压
I
T1 T2 L1 L2
7.3 开关器件的开通、关断过程及安全工作区
7.3.1 线路电感Lσ=0时开关器件的开通关断过程 7.3.2 线路电感Lσ≠0时开通、关断过程 7.3.3 安全工作区
快速光耦响应时间可小于1.5μs 高压电力系统、直流输电等用的
陈坚电力电子学课后习题答案(完全去水印版)
压接法下（简称反偏）外加电压所产生的外电场 与原内电场 方向相同。因此外电场使原内电 场更增强。多数载流子（P 区的空穴和 N 区的电子）的扩散运动更难于进行。这时只有受光、热激 发而产生的少数载流子（P 区的少数载流子电子和 N 区的少数载流子空穴）在电场力的作用下产生
漂移运动。因此反偏时二极管电流极小。在一定的温度下，二极管反向电流 在一定的反向电压范
三极管的电流放大系数 ，有
）。这时三极管
、导电性很强而处于最小
等效电阻、饱和导电状态，可以看作是一个闭合的开关。BJT 处于断态的条件是：基极电流 为零
或是施加负基极电流，即
。这时 BJT 的等效电阻近似为无限大而处于断态。
答 案
2.4 电力三极管 BJT 的四个电压值 大小关系如何？
、
、
和
的定义是什么？其
，大小取决于直
流电源的电压；基波角频率
，取决于开关的工作频率。其中含有大量的高次谐波经
滤去后，负载可获得正弦交流基波电压 。
B 小于 180°单脉冲方波。类似 180°方波控制，但是仅在半周的一部分时间 内让相应的开关导通，
则
将是导电时间小于 T/2，导电宽度角 小于 的矩形波，如图 1.6(c)所示进行傅立叶分解，
⑴ 如果负载电阻 R＝20Ω，触发脉冲的宽度为 300μs，可否使晶闸管可靠地开通？ ⑵ 如果晶闸管已处于通态，在电路中增加一个 1KΩ 的电阻能否使晶闸管从通态转入断态？
⑶ 为什么晶闸管的擎住电流 比维持电流 大？
(1) 设晶闸管开通：
，由此可解出：当 ，所以可以使晶闸管可靠导通。
时，
(2) 加入 1KΩ 电阻后，有
2.1 说明半导体 PN 结单向导电的基本原理和静态伏-安特性。 答案
漂移运动。因此反偏时二极管电流极小。在一定的温度下，二极管反向电流 在一定的反向电压范
三极管的电流放大系数 ，有
）。这时三极管
、导电性很强而处于最小
等效电阻、饱和导电状态，可以看作是一个闭合的开关。BJT 处于断态的条件是：基极电流 为零
或是施加负基极电流，即
。这时 BJT 的等效电阻近似为无限大而处于断态。
答 案
2.4 电力三极管 BJT 的四个电压值 大小关系如何？
、
、
和
的定义是什么？其
，大小取决于直
流电源的电压；基波角频率
，取决于开关的工作频率。其中含有大量的高次谐波经
滤去后，负载可获得正弦交流基波电压 。
B 小于 180°单脉冲方波。类似 180°方波控制，但是仅在半周的一部分时间 内让相应的开关导通，
则
将是导电时间小于 T/2，导电宽度角 小于 的矩形波，如图 1.6(c)所示进行傅立叶分解，
⑴ 如果负载电阻 R＝20Ω，触发脉冲的宽度为 300μs，可否使晶闸管可靠地开通？ ⑵ 如果晶闸管已处于通态，在电路中增加一个 1KΩ 的电阻能否使晶闸管从通态转入断态？
⑶ 为什么晶闸管的擎住电流 比维持电流 大？
(1) 设晶闸管开通：
，由此可解出：当 ，所以可以使晶闸管可靠导通。
时，
(2) 加入 1KΩ 电阻后，有
2.1 说明半导体 PN 结单向导电的基本原理和静态伏-安特性。 答案
陈坚电力电子学课后习题答案(完全去水印版)
答：基本工作原理：见课本 p36-37；应回答出承受正向压、门极加驱动电流时的管子内部的正反
馈过程，使
不断增大，最后使
， 很大，晶闸管变成通态；撤去门极
电流后由于
，仍可使
有多种办法可以使晶闸管从断态转变成通态。
很大，保持通态。
常用的办法是门极触发导通和光注入导通。另外正向过电压、高温、高的 导通，但这是非正常导通情况。
1.6 开关型电力电子变换器有哪两类应用领域？ 答案
答：按功能可分为两大应用领域：
（1）开关型电力电子变换电源或简称开关电源。由半导体开关电路将输入电源变换为另一种电源 给负载供电。这一类应用现在已经十分广泛。
（2）开关型电力电子补偿控制器。它又分为两种类型：电压、电流（有功功率、无功功率）补偿 控制器和阻抗补偿控制器。它们或向电网输出所要求的补偿电压或电流，或改变并联接入、串联接 入交流电网的等效阻抗，从而改善电力系统的运行特性和运行经济性。这类应用将导致电力系统的 革命并推动电力电子技术的继续发展。
压接法下（简称反偏）外加电压所产生的外电场 与原内电场 方向相同。因此外电场使原内电 场更增强。多数载流子（P 区的空穴和 N 区的电子）的扩散运动更难于进行。这时只有受光、热激 发而产生的少数载流子（P 区的少数载流子电子和 N 区的少数载流子空穴）在电场力的作用下产生
漂移运动。因此反偏时二极管电流极小。在一定的温度下，二极管反向电流 在一定的反向电压范
答：由于 PN 结间存在结电容 C，二极管从导通状态（C 很大存储电荷多）转到截止阻断状态时，PN 结电容存储的电荷 并不能立即消失，二极管电压仍为 ≈1～2V，二极管仍然具有导电性，在
反向电压作用下，反向电流从零增加到最大值，反向电流使存储电荷逐渐消失，二极管两端电压 降为零。这时二极管才恢复反向阻断电压的能力而处于截止状态，然后在反向电压作用下，仅流过
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不同的控制策略，要求有不同的V/f 函数关系。 前级AC/DC常采用不控整流，当然也可以采用相控整 流，或采用高频整流。
9.1 AC/DC-DC/AC变压、变频电源（续2）
交流异步电动机、交流同步电动机、 交流绕线转子异步电动机调速
图5.32 交流绕 线转子 异步电 动机串 级调速
P D
VB VD
3 6
E2
3 6
N N0
Vl cos 3K
K ( N0 N )
3 2
Vl cos
9.2 AC/DC-DC/AC恒压恒频(CVCF)
不间断电源 UPS（Uninterruptible Power Supply）
9.2.1 9.2.2 9.2.3
典型在线双变换式UPS 典型后备式UPS 在线互动式UPS
t
图9.6(a) (d) (e) (f)
9.4.1 半桥型DC/AC-AC/DC直流电源
iD
1 VD 2
iD3 D5 D1 P T1 A ip * N1 D2 L1
*
PV0 IL C
+
VAB
C1 B C2
N21= N2
V V1 D C
1 2
R
1 VD 2
0
2
T1T2 断电 不变
1 VD 2
正半波，增量
d N1 dt
vAB , d dt N1
T1on 0
负半波，增量
T2 on 0
vAB 1 T1on dt vC1dt m m N1 N1 0 vAB 1 T dt vC 2 dt m m N1 N1 0
VAB
(a)电路 T1
1 TS 2
ON
输出电压平均值：
1 VD 2
0
ON
ON ON
T1
DTS
T2
T2
t
N 1 T N V V D V N 2 T 2 N 占空比： 0<D≤0.5 D=Ton / Ts
2 on 2 O D 1 S 1
VAB
1 N2 VD 2 N1
0
DTS
（b）逆变电压波形
则N1上只有交流电压分量，变压器无直流磁化。
9.5 移相全桥零电压开关DC/AC-AC/DC变换器
9.5.1 9.5.2 电路特点 一个周期的开关过程
9.5.3
9.5.4
开关器件零电压开通条件
变压器二次绕组及二极管导电情况
9.5.5
电压（占空比）丢失情况
9.5.1 电路特点
D5 T1 VD A T2 D1 iC1 C1 T3 D3 iP B D2 iC2 T4 D4 C2 C4 C3 Lr
引言
直流-直流电压变换 四类基本 型变换器 直流-交流逆变 交流-直流整流 交流-交流电压、频率变换 实际应用中将2个甚至3个基本变换电路先后组合， 构成多级开关电路组合型变压或变频电源。 例如图9.1
9.1 AC/DC-DC/AC变压、变频电源
60 f N (1 S ) N (1 S )， N
通常交流电源vS不是额定值，且有谐波电压，但希望is仅有基波分量且 cosφ=1；负载非线性，有谐波电流，要求不停电，有额定正弦电压VR。 令并联变流器II输出iLh+iLQ及部分iLP，输出额定正弦电压VR; 令串联变流器I输出vsh及基波补偿电压(VS1-VR)（容量15~20%）; 使电源仅输出基波有功电流cosφ=1 、负载仅含基波电压且vL=vR。
前级DC/AC半桥高频逆变， 经高频变压后，再经二极管全波整 流。 正半周DTS期间T1通态，负半 周DTS期间T2通态。
iD
1 VD 2
iD3 D5 D1 P T1 A ip * N1 D2 L1
*
PV0 IL C
+
C1 B C2
N 21= N2
R
1 VD 2
o
*
T2
Q
N2 2= N2 D4 iD4
经过几个周期将使VC1高于VC2，直到 VC1T1on=VC2T2on 达到平
衡，VC1、VC2平均值固定不变。
9.4.2 全桥型DC/AC-AC/DC直流电源
L T1 VD T2 T3 C0
* *
L
V0
T1 VD
+
V0
D5 N1 N2 D6
D7 R
T3
* *
D5 N1 N2 D6
D7
+
C D8
9.5.2 一个周期的开关过程
V2 cos 2 RL
, PAB VD1 I D
, PCD VD 2 I D
9.4 具有中间交流环节(DC/AC-AC/DC）的直流电源
9.4.1 9.4.2 半桥型DC/AC-AC/DC直流电源 全桥型DC/AC-AC/DC直流电源
9.4.1 半桥型DC/AC-AC/DC直流电源
9.2.2 典型后备式UPS
输入 变压 器
整 流 器
逆 变 器
输 出 变 压 器
充 电 器
正常时， 市电直接向 负载供电 分类： 热后备式 冷后备式
图9.3 典型UPS结构图
异常时， 蓄电池经 逆变器向 负载供电
供电质量不如在线双变换式UPS
9.2.3 在线互动式UPS
图9.4双变流器串、并联补偿式UPS
T2 on 0
vC 2 dt 0 ＝
VC1 T1on VC 2 T2on
9.4.1 半桥型DC/AC-AC/DC直流电源
一个开关周期Ts中，N1上外加电压直流分量等于0 （正负面积相等），直流电流为0，无直流磁化电流。 物理上，
TS 0
v ABdt 0
指vAB在一个周期中无直流电压，不会在N1中产生直流电 流偏磁，无直流磁化。 T1on期间C1放电，C2充电， T2on期间C2放电，C1充电。 若T1on<T2on，则C1放电时间短，充电时间长。最初VC1=VC2，
iL
iD
1 VD 2
iD3 D5 D1 P T1 A L1 ip N* 1 D2
*
PV0 IL C
+
0
C1 B C2
N21= N2
(d)
R
VB A iD 3
iL 波形
t
1 VD 2
o
*
0
t (e) iD 3 波形
T2
Q (a)
N22= N2 D4 iD4
iD 4
VB A
0
1 TS 2
TS (f) iD 4 波形
9.4.2 全桥型DC/AC-AC/DC直流电源
L T1 VD T2 T3 C0
* *
V0
L T1 T3
* *
V0
D5 N1 N2 D6
D7
+
D5 N1 N2 D6
D7
+
C D8
R
VD T2 T4
C D8
R
T4 (a)
(b)
若T1on ≠T2on 则VAB中有直流分量，变压器直流偏磁。
加隔直电容C使VAB中的直流分量落在C上（f = 0，XC=∞），
ID
3 2
ID
V2cos 2－
3LC 2
ID
9.3 晶闸管相控整流-有源逆变的直流输电系统
＋ 500KV
＋
A.C
Y
90个SCR串联 250KV
A.C
Y
－ 500KV
＿
V VDC I D AB 3 LC1 RL
3 2
V1 cos 1
3 2
3 LC2
(b)等值电路
远距离直流输电优点：相同的高压和导线截面，输出极限 功率大（无电抗压降，无稳定性问题），传送相同的功率时 ΔP小， ΔV小线路投资低
首端相控整流 末端有源逆变 逆变角
VAB
VDC
3 2
3 2
V1 cos1
3LC1
2 180 a2
V2cos 2－
3LC 2
C D8
R
T4 (a)
T2
T4 (b)
VO
图(b)：
T N2 N 1 VD on 2 2 DVD (0 Ton TS ; 0 D 0.5) N1 TS 2 N1 2
正半周Ton期间，T1、T4同时导通，D5、D8导通 负半周Ton期间，T2、T3同时导通，D6、D7导通
直流输出
D
DTS
1 TS 2
TS （c）输出电压
t
(180o )
iL
0
(d)
iL 波形
t
图9.6(a) (b) (c) (d)
9.4.1 半桥型DC/AC-AC/DC直流电源
在正半周T1 导电时，iD3=iL线性上升，随后期间i1=0，iL 由D3、D4分流。 在负半周T2 导电时，iD4=iL线性上升，随后期间i1=0，iL 由D3、D4分流。
9.2.1 典型在线双变换式UPS
输 出 变 压 器
输入 变压 器
整 流 器
逆 变 器
适用于 重要的 交流负 载
充 电 器
异常 负载供电
正常时，市 图9.3 典型UPS结构图 电经整流、 逆变向负载 供电 由 整流 和 逆变 两级变换器构成 可以将质量不好的交流市电（电压波动大，电压波形非正弦， 频率稳定度不够等）转换成恒压、恒频正弦波交流电压。
o
*
m T1S 2