第八章 电力电子装置

启动浪涌电流抑制电路
(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。 半波整流
输出整流电路
8.1.2
开关电源的应用
PWM控制器SG3525引脚说明
①脚：误差放大器反相输入端； ②脚：误差放大器同相输入端； ③脚：同步信号输入端，同步脉冲的频率应 比振荡器频率fS要低一些； ④脚：振荡器输出； ⑤脚：振荡器外接定时电阻RT端， RT值为2kΩ～150kΩ； ⑥脚：振荡器外接电容CT端，振荡器频率为 fS＝ 1/CT(0.7RT+3R0);其中R0为⑤脚与⑦脚之 间跨接的电阻，用来调节死区时间，定时电 容范围为0.001μF～0.1μF； ⑦脚：振荡器放电端，外接电阻来控制死区 时间，电阻范围为0～500Ω； ⑧脚：软起动端，外接软起动电容，该电容 由内部Uref的50μA恒流源充电。 ⑨脚：误差放大器的输出端； ⑩脚：PWM信号封锁端，该脚为高电平时， 输出驱动脉冲信号被封锁,用于故障保护； ⑾脚：A路驱动信号输出； ⑿脚：接地; ⒀脚：输出级集电极电压； ⒁脚：B路驱动信号输出； 图8.1.6 SG3525的内部结构 ⒂脚：电源，其范围因为8V～35V； ⒃脚：内部+5V基准电压输出。
(5) IGBT驱动电路
该驱动模块为混合集成电 路，将IGBT的驱动和过流保 护集于一体，能驱动电压为 600V和1200V系列电流容量不 大于400AIGBT。
图8.1.7 IGBT驱动电路
第八章 电力电子装置

8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6
开关电源 有源功率因数校正 不间断电源（UPS） 静止无功补偿装置 变频调速装置 电力电子系统可靠性概述
第八章 电力电子装置

8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6
开关电源 有源功率因数校正 不间断电源（UPS） 静止无功补偿装置 变频调速装置 电力电子系统可靠性概述
8.3
不间断电源
不间断电源：
——Uninterrupitable Power System, 简称UPS
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。
8.1.1
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。
8.1.1
开关电源的工作原理
2、开关电源：
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）脉冲频率调制控制(PFM)
图8.1.2 开关电源原理框图
8.1.1
开关电源的工作原理
1） 脉冲宽度控制：
图8.2.1 Boost－PFC电路
8.２.2
PFC集成控制电路UC3854及其应用
图8.2.2 UC3854内部结构框图
UC3854包含电压放大器VA，模拟乘法/除法器M，
电流放大器CA，固定频率PWM脉宽调制器，功率 MOSFET的门极驱动电路，7.5V基准电压等 。
8.２.2
PFC集成控制电路UC3854及其应用
8.２
有源功率因数校正
电网谐波电流不仅引起变压器和供电线路过热，降 低电器的额定值，并且产生电磁干扰，影响其他电子 设备正常运行。
1、采用无源校正抑制谐波:
特点：(在主电路中串入无源LC滤波器)
1）方法简单可靠，并且在稳态条件下不产生电磁干扰。
• 2）电网阻抗或频率发生变化时，滤波效果不能保证， 动态特性差。
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。
2）脉冲频率控制：
而达到改变占空比的目的。
图8.1.3 PWM控制方式
保持导通时间Ton不变，通过改变开关频率(即开关周期) 工作频率不固定，造成滤波器设计困难。
特点：总是处于稳压、稳频供电 状态，输出电压动态响应特性好， 波形畸变小，其供电质量明显优于 后备式UPS。
图8.3.2 在线式UPS的基本结构
8.3.2
UPS电源中的整流器 概述：
1）对于小功率UPS，整流器一般采用二极管整流电路， 它的作用是向逆变器提供直流电源。蓄电池充电由专门的充 电器来完成。 2）对于中大功率UPS，整流器一般采用相控式整流电 路,它具有双重功能，在向逆变器提供直流电源的同时，还 要向蓄电池进行充电， 因此，整流器的输出电压必须是可控的。 3）减少UPS注入电网的谐波电流的方法： （1）增加整流电路的相数 ； （2）在整流器的输入侧增加有源或无源滤波器 。
UPS电源装置在保证不间断供电的同时，还能提供 稳压、稳频和波形失真度极小的高质量正弦波电源。 目前，在计算机网络系统、邮电通信、银行证劵、 电力系统、工业控制、医疗、交通、航空等领域得到 广泛应用。
8.3.1
UPS的分类
根据工作方式，UPS电源分 ：
1、后备式UPS
市电存在时，逆变器不工 作，市电经交流稳压器稳压后， 向负载供电，同时充电器工作， 对蓄电池组浮充电。 市电掉电时，逆变器工作， 将蓄电池供给的直流电压变换 成稳压、稳频的交流电压，继 图8.3.1 后备式UPS的基本结构 续向负载供电。 输出电压波形有方波、准方波和正弦波三种方式。 特点：结构简单、成本低、运行效率高、价格便宜， 但其输出电压稳压精度差，市电掉电时，输出有转换时间。 适于小功率。
8.1.2
开关电源的应用
2、各功能块的具体电路简介： (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。 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
4）目前，比较先进的UPS采用PWM整流电路，可以做 到注入电网的电流基本接近正弦波，使其功率因数接近1， 大大降低了UPS对电网的谐波污染。
8.3.2
PWM整流电路
工作原理
在PWM整流电路的交流输入端AB产生一个正弦波调制PWM波 uAB，uAB中除了含有与电源同频率的基波分量外，还含有与开关频率 有关的高次谐波。由于电感Ls的滤波作用，这些高次谐波电压只会使 交流电流is产生很小的脉动。如果忽略这种脉动，is为频率与电源频率 相同的正弦波。在交流电源电压us一定时，is的幅值和相位由uAB中基 波分量的幅值及其与us的相位差决定。改变uAB中基波分量的幅值和相 位，就可以使is与us同相位，电路工作在整流状态，且功率因数为1。
2）工作原理：
有源功率因数校正技术(Actite Power Filter Correction ， 简称APFC或PFC)就是在传统的整流电路中加入有源开关， 通过控制有源开关的通断来强迫输入电流跟随输入电压的 变化，从而获得接近正弦波的输入电流和接近1的功率因数。
8.２.1
PFC技术的工作原理
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。
图8.1.5 交流进线EMI滤波器
8.1.2
开关电源的应用
启动浪涌电流抑制 电路
限流电阻
(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。
8.3.1
UPS的分类
2、线式UPS
正常工作时，市电经整流器变成直流后，再经逆变器变 换成稳压、稳频的正弦波交流电压供给负载。 当市电掉电时，由蓄电池组向逆变器供电，以保证负载 不间断供电。
如果逆变器发生故障，UPS则 通过静态开关切换到旁路，直接由 市电供电。当故障消失后，UPS又 重新切换到由逆变器向负载供电。
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
2、开关电源：
工作原理：
图8.1.2 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。
8.1.2
开关电源的应用
(4) 控制电路（SG3525）
该开关电源采用双环控制方式，电压环为外环控制， 电流环为内环控制。输出电压的反馈信号UOF与电压给定 信号UOG相减，其误差信号经PI调节器后形成输出电感的 电流给定，再与电感电流的反馈信号IOF相减得电流误差信 号，经PI调节器后送入PWM控制器SG3525，然后与控制 器内部三角波比较形成PWM信号。该PWM信号再通过驱 动电路去驱动主电路IGBT。
第八章 电力电子装置

8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6
开关电源 有源功率因数校正 不间断电源（UPS） 静止无功补偿装置 变频调速装置 电力电子系统可靠性概述
8.1.1
开关电源的工作原理
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。