第一章电力电子器件培训课件
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01 第1章 电力电子器件
第1章 电力电子器件
1.1 电力电子器件概述 1.2 不可控器件——电力二极管 1.3 半控型器件——晶闸管 1.4 典型全控型器件 1.5 其他新型电力电子器件 1.6 电力电子器件的驱动要求 1.7 电力电子器件的串并联技术 本章小结
IGBT 模块和水 冷式散热器
功率 MOSFET 贴片式二极管
电力电子技术 2015/10/14 26
1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
■PN结的电容效应 ◆称为结电容CJ，又称为微分电容。 ◆按其产生机制和作用的差别分为势垒电容CB和扩散电容 CD 。 ☞势垒电容只在外加电压变化时才起作用，外加电压频 率越高，势垒电容作用越明显。在正向偏置时，当正 向电压较低时，势垒电容为主。 ☞扩散电容仅在正向偏置时起作用。正向电压较高时， 扩散电容为结电容主要成分。 ◆结电容影响 PN 结的工作频率，特别是在高速开关的状 态下，可能使其单向导电性变差，甚至不能工作。
电力电子技术
电力二极管的动态过程波形 a) 正向偏置转换为反向偏置
2015/10/14 33
1.2.3 电力二极管的主要参数
11
2.1.3 电力电子器件的分类
■按照驱动信号的波形（电力二极管除外 ） ◆脉冲触发型 ☞通过在控制端施加一个电压或电流的脉冲信号来 实现器件的开通或者关断的控制。 ◆电平控制型 ☞必须通过持续在控制端和公共端之间施加一定电 平的电压或电流信号来使器件开通并维持在导通 状态或者关断并维持在阻断状态。
电流 电压
阻态
电力电子技术
2015/10/14
31
1.2.2 电力二极管的基本特性
u i i UFP
F
◆动态特性 1： 由零偏置转换为正向偏置 ☞正向恢复时间tfr
1.1 电力电子器件概述 1.2 不可控器件——电力二极管 1.3 半控型器件——晶闸管 1.4 典型全控型器件 1.5 其他新型电力电子器件 1.6 电力电子器件的驱动要求 1.7 电力电子器件的串并联技术 本章小结
IGBT 模块和水 冷式散热器
功率 MOSFET 贴片式二极管
电力电子技术 2015/10/14 26
1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
■PN结的电容效应 ◆称为结电容CJ，又称为微分电容。 ◆按其产生机制和作用的差别分为势垒电容CB和扩散电容 CD 。 ☞势垒电容只在外加电压变化时才起作用，外加电压频 率越高，势垒电容作用越明显。在正向偏置时，当正 向电压较低时，势垒电容为主。 ☞扩散电容仅在正向偏置时起作用。正向电压较高时， 扩散电容为结电容主要成分。 ◆结电容影响 PN 结的工作频率，特别是在高速开关的状 态下，可能使其单向导电性变差，甚至不能工作。
电力电子技术
电力二极管的动态过程波形 a) 正向偏置转换为反向偏置
2015/10/14 33
1.2.3 电力二极管的主要参数
11
2.1.3 电力电子器件的分类
■按照驱动信号的波形（电力二极管除外 ） ◆脉冲触发型 ☞通过在控制端施加一个电压或电流的脉冲信号来 实现器件的开通或者关断的控制。 ◆电平控制型 ☞必须通过持续在控制端和公共端之间施加一定电 平的电压或电流信号来使器件开通并维持在导通 状态或者关断并维持在阻断状态。
电流 电压
阻态
电力电子技术
2015/10/14
31
1.2.2 电力二极管的基本特性
u i i UFP
F
◆动态特性 1： 由零偏置转换为正向偏置 ☞正向恢复时间tfr
《电力电子器件》PPT课件
流。）
h
7
晶闸管的特性总结如下：
承受反向电压时，不论门极是否有触 发电流，晶闸管都不会导通。
承受正向电压时，仅在门极有触发电 流的情况下晶闸管才能开通。
晶闸管一旦导通，门极就失去控制作 用。
结论：
要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电 流降到接近于零的某一数值以下 。
SCR导通条件： UAK>0 同时 UGK>0 由导通→关断的条件：使流过SCR的电流降低至维持电流以下。
2IG ICBO1ICBO2
IA 1(1 2)
（1-5） 图1-7 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理
h
a) 双晶体管模型 b) 工作原理 9
➢ 正 向 阻 断 ： 开 关 S 断 开 ， IG=0 ，
1+2很小。流过晶闸管的漏电流稍大
于两个晶体管漏电流之和。
➢ 触发导通：开关S闭合，注入触发电
流IG。管子内部形成电流正反馈，V1、 V2饱和，1+2趋近于1，流过晶闸管 的电流IA急剧增大，晶闸管导通。IA实
普通晶闸管的关断时间约几
百微秒
h
trr URRM tgr
晶闸管的开通和关断过程波形
15
（2）关断过程
反向阻断恢复时间trr：正向电流 降为零到反向恢复电流衰减至接
近于零的时间
正向阻断恢复时间tgr：晶闸管要 恢复其对正向电压的阻断能力还
需要一段时间
h
16
在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压，晶闸管会重新正 向导通
第一章 电力电子器件
h
1
电力电子器件(2)--晶闸管
• 1. 晶闸管的结构与工作原理 • 2. 晶闸管的基本特性 • 3. 晶闸管的主要参数 • 4. 晶闸管的派生器件
h
7
晶闸管的特性总结如下：
承受反向电压时，不论门极是否有触 发电流，晶闸管都不会导通。
承受正向电压时，仅在门极有触发电 流的情况下晶闸管才能开通。
晶闸管一旦导通，门极就失去控制作 用。
结论：
要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电 流降到接近于零的某一数值以下 。
SCR导通条件： UAK>0 同时 UGK>0 由导通→关断的条件：使流过SCR的电流降低至维持电流以下。
2IG ICBO1ICBO2
IA 1(1 2)
（1-5） 图1-7 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理
h
a) 双晶体管模型 b) 工作原理 9
➢ 正 向 阻 断 ： 开 关 S 断 开 ， IG=0 ，
1+2很小。流过晶闸管的漏电流稍大
于两个晶体管漏电流之和。
➢ 触发导通：开关S闭合，注入触发电
流IG。管子内部形成电流正反馈，V1、 V2饱和，1+2趋近于1，流过晶闸管 的电流IA急剧增大，晶闸管导通。IA实
普通晶闸管的关断时间约几
百微秒
h
trr URRM tgr
晶闸管的开通和关断过程波形
15
（2）关断过程
反向阻断恢复时间trr：正向电流 降为零到反向恢复电流衰减至接
近于零的时间
正向阻断恢复时间tgr：晶闸管要 恢复其对正向电压的阻断能力还
需要一段时间
h
16
在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压，晶闸管会重新正 向导通
第一章 电力电子器件
h
1
电力电子器件(2)--晶闸管
• 1. 晶闸管的结构与工作原理 • 2. 晶闸管的基本特性 • 3. 晶闸管的主要参数 • 4. 晶闸管的派生器件
电力电子技术课件-第1章 电力电子器件 200页
(1) 欲使晶闸管导通需具备两个条件：
① 应在晶闸管的阳极与阴极之间加上正向电 压。
② 应在晶闸管的门极与阴极之间也加上正向 电压和电流。
(2) 晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用， 故晶闸管为半控型器件。
(3) 为使晶闸管关断，必须使其阳极电流减小 到一定数值以下，这只有用使阳极电压减 小到零或反向的方法来实现。
(4) 擎住电流IL 晶闸管从断态转换到通态时移去触发信号
之后，要器件维持通态所需要的最小阳极 电流。对于同一个晶闸管来说，通常擎住 电流IL约为维持电流IH的(2～4)倍。
(5) 门极触发电流IGT 在室温且阳极电压为6V直流电压时，使晶
(1) 额定电压
断态重复峰值电压UDRM和反向重复峰值电压URRM 中较小的那个数值标作器件型号上的额定电压。 通常选用晶闸管时，电压选择应取(2～3)倍的安 全裕量。
(2) 额定电流IT(AV) 在环境温度为+40℃和规定冷却条件下，器件在
电阻性负载的单相工频正弦半波电路中,管子全导 通(导通角> 170°)，在稳定的额定结温时所允许 的最大通态平均电流。
功率二极管的开关特性
2. 功率二极管的主要参数
(1) 反向重复峰值电压URRM 取反向不重复峰值电压URSM的80％称为反 向重复峰值电压URRM，也被定义为二极管 的额定电压URR。显然，URRM小于二极管 的反向击穿电压URO。
(2) 额定电流IFR
二极管的额定电流IFR被定义为其额定发 热所允许的正弦半波电流平均值。其正向 导通流过额定电流时的电压降UFR一般为 1～2V。当二极管在规定的环境温度为 +40℃和散热条件下工作时，通过正弦半波 电流平均值IFR时，其管芯PN结温升不超过 允 电许流值为。若正弦电流的最大值为Im，则额定
电力电子器件-电子课件
决定晶闸管的最大电流 管芯半导体结温 流过电流的有效值 （相同的电流有效值条件下，其发热情况相同，选取型号相同）
第一章 电力电子器件
波形系数Kf ：有效值/平均值，反应周期
交流量波形性质。
如果额定电流为100A的晶闸管 其允许通过的电流有效值为1.57×100＝157A
第一章 电力电子器件
选择晶闸管额定电流时，要依据实际波形的电流
有效值与额定电流IT（AV)有效值相等的原则（即管芯结
温一样）进行换算。即：
由于晶闸管的过载能力差，一般选用时取1.5～2倍 的安全裕量。
第一章 电力电子器件
3.通态平均电压UT(AV)
当流过正弦半波的电流为额定电流，并达到稳定 的额定结温时，晶闸管阳极与阴极之间电压降的平均 值，称为通态平均电压。
第一章 电力电子器件
电力电子器件在电力设备或电力系统中，直接 承担电能变换和控制任务的电路称为主电路。
电力电子器件就是可直接用于主电路中实现电 能的变换和控制的电子器件。
电力电子器件则是电力电子电路的基础。 目前常用的电力电子器件都是用半导体材料制 成的，主要分为半控型器件和全控型器件。
第一章 电力电子器件
门极可关断晶闸管实物、图形 和文字符号
GTO在牵引电力机车和斩波器中的应用
第一章 电力电子器件
二、功率晶体管GTR
大功率晶体管（Giant Transistor）简称GTR， 又称为电力晶体管。因为有PNP和NPN两种结构，因此 又称双极型晶体管BJT。
功率晶体管GTR实物、图形和文字符号
第一章 电力电子器件
为晶闸管的额定电压值，用电压等级来表示。
第一章 电力电子器件
2.额定电流IT（AV)
又称为额定通态平均电流。 是指在环境温度小于40℃和标准散热及全导通的条 件下，晶闸管可以连续导通的工频正弦半波电流的平均 值。 晶闸管的额定电流参数系列：1A、5A、10A、20A、 30A、50A、100A、200A、300A。
第一章 电力电子器件
波形系数Kf ：有效值/平均值，反应周期
交流量波形性质。
如果额定电流为100A的晶闸管 其允许通过的电流有效值为1.57×100＝157A
第一章 电力电子器件
选择晶闸管额定电流时，要依据实际波形的电流
有效值与额定电流IT（AV)有效值相等的原则（即管芯结
温一样）进行换算。即：
由于晶闸管的过载能力差，一般选用时取1.5～2倍 的安全裕量。
第一章 电力电子器件
3.通态平均电压UT(AV)
当流过正弦半波的电流为额定电流，并达到稳定 的额定结温时，晶闸管阳极与阴极之间电压降的平均 值，称为通态平均电压。
第一章 电力电子器件
电力电子器件在电力设备或电力系统中，直接 承担电能变换和控制任务的电路称为主电路。
电力电子器件就是可直接用于主电路中实现电 能的变换和控制的电子器件。
电力电子器件则是电力电子电路的基础。 目前常用的电力电子器件都是用半导体材料制 成的，主要分为半控型器件和全控型器件。
第一章 电力电子器件
门极可关断晶闸管实物、图形 和文字符号
GTO在牵引电力机车和斩波器中的应用
第一章 电力电子器件
二、功率晶体管GTR
大功率晶体管（Giant Transistor）简称GTR， 又称为电力晶体管。因为有PNP和NPN两种结构，因此 又称双极型晶体管BJT。
功率晶体管GTR实物、图形和文字符号
第一章 电力电子器件
为晶闸管的额定电压值，用电压等级来表示。
第一章 电力电子器件
2.额定电流IT（AV)
又称为额定通态平均电流。 是指在环境温度小于40℃和标准散热及全导通的条 件下，晶闸管可以连续导通的工频正弦半波电流的平均 值。 晶闸管的额定电流参数系列：1A、5A、10A、20A、 30A、50A、100A、200A、300A。
电力电子器件PowerPoint演示文稿
SCR的关断：
减少IA或增大R，使IA <IH 才能使SCR自然关断。通常是施加一定时间 的反压。
❖ 结论
承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。 承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。 要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值 以下 。
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图1-7 晶闸管的双晶体管模型及其工作原 理
a) 双晶体管模型 b) 工作原理
电力电子器件PowerPoint演示文稿
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
根据晶体管的工作原理，得：
•（1-1） •（1-2） •（1-3） •（1-4）
从而，
•（1-5）
在低发射极电流下 是很小的，而当发射极 电流建立起来之后， 迅速增大。
正 则向 漏电电压流超急过剧正增向大转，折 器电 件压 开通Ub。o，
随着门极电流幅值的增大，正向 转折电压降低。
晶闸管本身的压降很小，在1V左 右。
•雪崩 •击穿
••-•IA
•图1-8 晶闸管的伏安特性
•IG2>IG1>IG
PPT文档演模板
电力电子器件PowerPoint演示文稿
1.3.2 晶闸管的基本特性
由一个面积较大的 PN 结 和 两 端 引 线 以及封装组成的。
从外形上看，主要 有螺栓型和平板型 两种封装。
•A
•K •A
•a)
•K
•A
•K
•P •N
•I
•J
•b)
•A
•K
•c)
•图1-2 电力二极管的外形、结构和电气 图形符号
• a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
2019年第1章 电力电子器件56551.ppt
第1章 电力电子器件
1.1 电力电子器件概述 1.2 不可控器件——二极管 1.3 半控型器件——晶闸管 1.4 典型全控型器件
1.5 其他新型电力电子器件
1.6 电力电子器件的驱动 1.7 电力电子器件的保护 1.8 电力电子器件的串并联使用 本章小结及作业
第1章 电力电子器件· 引言
电子技术的基础 ——— 电子器件：晶体管和集成电路 电力电子电路的基础 ——— 电力电子器件 本章主要内容：
IG=0时，器件两端施加正向
电压，只有很小的正向漏 电流，为正向阻断状态。
UA IA 正向 导通
URSMURRM
IH O
IG2
IG1 IG=0 UDRM Ubo +UA UDSM
正向电压超过正向转折电 压Ubo，则漏电流急剧增大， 器件开通。
随着门极电流幅值的增大， 正向转折电压降低。 晶闸管本身的压降很小， 在1V左右。
1.2 不可控器件—电力二极管· 引言
Power Diode 结构和原理简单，工作可靠，自 20 世纪 50年代初期就获得应用。 快恢复二极管和肖特基二极管，分别在中、高频整流 和逆变，以及低压高频整流的场合，具有不可替代的 地位。
整流二极管及模块
1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
基本结构和工作 原理与信息电子 电路中的二极管 一样。 由一个面积较大 的 PN 结 和 两 端 引 线以及封装组成 的。 从外形上看，主 要有螺栓型和平 板型两种封装。
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
A K P1 G A A G a) N1 P2 N2 K b) c) K
G
K
J1 J2 J3
G
A
图1-6 晶闸管的外形、结构和电气图形符号
1.1 电力电子器件概述 1.2 不可控器件——二极管 1.3 半控型器件——晶闸管 1.4 典型全控型器件
1.5 其他新型电力电子器件
1.6 电力电子器件的驱动 1.7 电力电子器件的保护 1.8 电力电子器件的串并联使用 本章小结及作业
第1章 电力电子器件· 引言
电子技术的基础 ——— 电子器件：晶体管和集成电路 电力电子电路的基础 ——— 电力电子器件 本章主要内容：
IG=0时，器件两端施加正向
电压，只有很小的正向漏 电流，为正向阻断状态。
UA IA 正向 导通
URSMURRM
IH O
IG2
IG1 IG=0 UDRM Ubo +UA UDSM
正向电压超过正向转折电 压Ubo，则漏电流急剧增大， 器件开通。
随着门极电流幅值的增大， 正向转折电压降低。 晶闸管本身的压降很小， 在1V左右。
1.2 不可控器件—电力二极管· 引言
Power Diode 结构和原理简单，工作可靠，自 20 世纪 50年代初期就获得应用。 快恢复二极管和肖特基二极管，分别在中、高频整流 和逆变，以及低压高频整流的场合，具有不可替代的 地位。
整流二极管及模块
1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
基本结构和工作 原理与信息电子 电路中的二极管 一样。 由一个面积较大 的 PN 结 和 两 端 引 线以及封装组成 的。 从外形上看，主 要有螺栓型和平 板型两种封装。
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
A K P1 G A A G a) N1 P2 N2 K b) c) K
G
K
J1 J2 J3
G
A
图1-6 晶闸管的外形、结构和电气图形符号
第1章电力电子器件概述97967 119页PPT文档
a) 正向偏置转换为反向偏置
b) 零偏置转换为正向偏置
1-17
1.2.2 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ力二极管的基本特性
关断过程
IF
diF
dt
trr
须经过一段短暂的时间才能重新获 UF
td
tf
得反向阻断能力，进入截止状态。
tF t0
t1 t2
UR
t
diR
关断之前有较大的反向电流出现，
dt
并伴随有明显的反向电压过冲。
IRP URP
1-3
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
电力电子器件
1）概念: 电力电子器件（Power Electronic Device）
——可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电 子器件。
主电路（Main Power Circuit）
——电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控 制任务的电路。
2）分类:
1-26
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
A
G
KK
A A
G
G
P1 N1 P2 N2
J1 J2 J3
K
K G
A
a)
b)
c)
图1-6 晶闸管的外形、结构和电气图形符号
a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
外形有螺栓型和平板型两种封装。
有三个联接端。
螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧 密联接且安装方便。
平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。
1-27
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
平板型晶闸管外形及结构
1-28
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
b) 零偏置转换为正向偏置
1-17
1.2.2 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ力二极管的基本特性
关断过程
IF
diF
dt
trr
须经过一段短暂的时间才能重新获 UF
td
tf
得反向阻断能力，进入截止状态。
tF t0
t1 t2
UR
t
diR
关断之前有较大的反向电流出现，
dt
并伴随有明显的反向电压过冲。
IRP URP
1-3
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
电力电子器件
1）概念: 电力电子器件（Power Electronic Device）
——可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电 子器件。
主电路（Main Power Circuit）
——电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控 制任务的电路。
2）分类:
1-26
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
A
G
KK
A A
G
G
P1 N1 P2 N2
J1 J2 J3
K
K G
A
a)
b)
c)
图1-6 晶闸管的外形、结构和电气图形符号
a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
外形有螺栓型和平板型两种封装。
有三个联接端。
螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧 密联接且安装方便。
平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。
1-27
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
平板型晶闸管外形及结构
1-28
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
电力电子器件综合概述PPT课件( 83页)
也加正向电压。
关断条件： 阳极电流IA小于维持电流IH
实现方法：1）减小阳极电源电压或增大阳极回路电阻； 2）将阳极电源反向。
16
晶闸管的结构与工作原理
A
A
P1
N1 N1
G
P2 P2
N2
K
IA
PNP
IB1V1 NhomakorabeaG
I
G
I c1I B2
Ic2
R
V
NPN 2
S
E
I
A
E
K
G
K
IG
IB2
IC2 =IB1
IC1
模块型电力晶体管的内部结构既有单管型，也有达林顿复合型， 其容量范围从30A／450V～800A／1400V不等。
在一个模块的内部有一单元结构、二单元结构、四单元结构和 六单元结构。
39
电力晶体管（GTR）
1. GTR的结构和工作原理
模块型电力晶体管的内部结构既有单管型，也有达林顿复合型， 其容量范围从30A／450V～800A／1400V不等。
第1章 电力电子器件
1.1 电力电子器件概述 1.2 不可控器件——电力二极管 1.3 半控型器件——晶闸管 1.4 典型全控型器件 1.5 其他新型电力电子器件 1.6 电力电子器件的驱动 1.7 电力电子器件的保护 1.8 电力电子器件的串联和并联使用
本章小结
1
1.1 电力电子器件概述
1.1.1 电力电子器件的概念和特征 1.1.2 电力电子电路系统组成 1.1.3 电力电子器件的分类
电主电 压电流
路
关断
反应快、可靠性高、寿命长、功率大、价格低，且具 有节能的特点。
9
电力电子器件的分类
关断条件： 阳极电流IA小于维持电流IH
实现方法：1）减小阳极电源电压或增大阳极回路电阻； 2）将阳极电源反向。
16
晶闸管的结构与工作原理
A
A
P1
N1 N1
G
P2 P2
N2
K
IA
PNP
IB1V1 NhomakorabeaG
I
G
I c1I B2
Ic2
R
V
NPN 2
S
E
I
A
E
K
G
K
IG
IB2
IC2 =IB1
IC1
模块型电力晶体管的内部结构既有单管型，也有达林顿复合型， 其容量范围从30A／450V～800A／1400V不等。
在一个模块的内部有一单元结构、二单元结构、四单元结构和 六单元结构。
39
电力晶体管（GTR）
1. GTR的结构和工作原理
模块型电力晶体管的内部结构既有单管型，也有达林顿复合型， 其容量范围从30A／450V～800A／1400V不等。
第1章 电力电子器件
1.1 电力电子器件概述 1.2 不可控器件——电力二极管 1.3 半控型器件——晶闸管 1.4 典型全控型器件 1.5 其他新型电力电子器件 1.6 电力电子器件的驱动 1.7 电力电子器件的保护 1.8 电力电子器件的串联和并联使用
本章小结
1
1.1 电力电子器件概述
1.1.1 电力电子器件的概念和特征 1.1.2 电力电子电路系统组成 1.1.3 电力电子器件的分类
电主电 压电流
路
关断
反应快、可靠性高、寿命长、功率大、价格低，且具 有节能的特点。
9
电力电子器件的分类
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1μs后分4路送至桥臂的驱动器。死区抑
制时间的长短取决于IGBT开通和关闭速 度及驱动自身的延时。
19
驱动电路如图
图9-10 驱动电路
20
驱动电路如图9-10所示，它由隔离的辅 助电源和驱动器EXB840构成，完成对4 个 IGBT管的控制。驱动器同时带有过 饱和保护的功能。
驱动电路与GE之间的导线连接必须用双 绞线，而且要尽ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的短，以克服驱动过 程的干扰。
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2、在线式不间断电源
图9-8在线式不间断电源框图
15
在线式不间断电源工作原理
当市电正常情况下，输入市电经滤波器输入到 有源功率因数校正整流电路 PFC，使输入功率 因数接近l。由PFC电路输出稳定的直流电压与 电池升压电路输出电压经二极管VDl、VD2在 直流母线上并联。电池升压电路的输出电压略 低于PFC整流器输出电压，所以在市电正常情 况下，由PFC整流后的市电向逆变器提供能量。
第一章电力电子器件
28V/100A开关电源的原理框图
图9-1 开关电源原理图
2
稳压调压的原理
当开关电源由于负载电流减小或交 流输入电压的升高而引起输出直流电压 升高时，由脉宽调制PWM环节控制，使 逆变器中功率开关器件的导通时间缩短， 逆变器输出脉宽变窄，从而使输出电压 下降；反之，使逆变器输出脉宽展宽， 由此实现输出直流电压的稳定与调节。
输出端8、9、11、10脚有两种连接：一种是 8、11脚接电源，9、10脚接负载发射极输出； 另一种是9、10脚接地，8、11脚经电阻接电 源，由集电极8、11脚输出
11
三、 IGBT管的驱动与控制
(3)死区时间控制 死区时间由死区控制 比较器来实现。CW494的死区时间由4 脚外接电阻设定，设定死区时间约为振 荡周期的5％。
波发生器、误差放大器 与PWM调制器构成。逆 变器的输出电压、反馈
信号和基准正弦波信号
送到误差放大器，其输 出误差信号再与20kHz 三角波通过电压比较器 进行比较，调制出PWM 信号，如图9-9所示。
图9-9逆变控制器输出的PWM波形
18
硬件保护电路的主要功能是死区抑制时 间的产生、逆变器关闭的执行、4个桥臂 驱动信号的产生等。PWM信号和正／负 信号来自单片机，经过死区抑制时间
(4)稳压与过电压、过电流保护 稳压和 保护功能由两个误差放大器来完成。
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第二节 不间断电源(UPS)
一、不间断电源的发展和分类 1、后备式不间断电源（offlineUPS，
或称back一up UPS）
图9-7后备式不间断电源框图
13
1、后备式不间断电源
后备式不间断电源（offlineUPS，或称back 一up UPS）是一种结构简单、运行可靠性高 的后备电源系统。它一般由逆变器、充电器、 交流稳压器(AVR)、电源滤波器(EMl)、切换 开关等构成，如图9-7所示。当市电正常时， 市电经过输入电源滤波器(EMl)、交流稳压器 (AVR)后分为两路。一路通过切换开关，由输 出端电源滤波器(EMl)输出；另一路经充电器 对后备电池充电。当市电异常时，启动逆变器， 转换开关转向逆变器。
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第三节 PSPICE在电力电子技术仿真中的应用
PSPICE则是由美国Microsim公司在 SPICE 2G版本的基础上升级并用于PC 机上的SPICE版本，其中采用自由格式 语言的5.0版本自80年代以来在我国得 到广泛应用，并且从6.0版本开始引入图 形界面。
7
三、 IGBT管的驱动与控制
2)脉宽调制控制
图9-5 CW494集成脉冲调制器管脚排列及内部功能框图
8
三、 IGBT管的驱动与控制
(1)锯齿波振荡器 其振荡频率由5、6脚 外接RT、CT参数决定[f ≈1/(RTCT))， 对于双端输出，其振荡频率调整为2倍的 逆变器频率(40kHz)。
(2)脉宽调制(PWM)控制 主要由PWM 比较器实现。振荡器产生的锯齿波经反相 输入比较器负端，与两个误差放大器输出 的误差电压进行比较，其输入、输出波形 如图9-6所示。
当市电出现异常情况时，PFC输出将低于电池 升压输出，这时由电池升压后向逆变器提供能 量，这时充电器停止工作。
16
逆变器是UPS中重要的组成部分之一。 现在都选用IGBT管作为主功率变换器的 开关管，逆变器的调制频率为20kHz。 由逆变控制器、H形桥式逆变器、驱动 和保护电路组成。
17
逆变控制器由基准正弦
9
三、 IGBT管的驱动与控制
当误差电压小于锯
齿波电压(已反相)
时，输出低电平，
当误差电压大于锯
齿波电压时，输出
高电平。图9-6中示
出两种误差电压时
比较器输出脉冲波
形。改变误差电压
即可方便地调节脉
冲宽度。
图9-6 PWM比较器输入、输出波形
10
三、 IGBT管的驱动与控制
13脚是输出方式控制，高电平时使两晶体管在 正、负半周交替通断为双端输出，适用于推挽、 半桥和全桥逆变电路； 13脚低电平时，触发 器封锁，两输出晶体管同时通断，可用于单端 逆变，此时两管并联工作，输出驱动电流可达 400mA。
3
二、 开关电源主电路工作原理
图9-2 开关电路主电路
4
开关电源主电路
图9-2中，220V交流输入，经开关S、电源
滤波与MDC 40A/800V硅桥整流滤波，变换为
300V左右的恒定直流，再经限流电阻(四个
200/8W并联)输入高频逆变器，进行功率变换。
逆变器为电压型半桥式电路，由两只IGBT管
(V1、V2)、电容C1、 C2以及高频变压器组成，
将直流电变换为20kHz的正负矩形波电压。该高
频电压经Tr降压，电压比约为5.3：l，送至高频
整流桥进行全波整流与滤波，得到稳定的28V直
流电压。
5
三、 IGBT管的驱动与控制
1）IGBT管的驱动电路
6
三、 IGBT管的驱动与控制
由脉宽调制集成块CW494的8、11脚输出相 位差180º、频率为20kHz、脉宽可调的驱动 信号，经比较器(4050集成块)整形缓冲和分 立元件功放电路(亦可用EXB等系列集成功放)， 送到IGBT管的G、E脚，导通正脉冲的幅度为 15V，要求输出回路阻抗值很小，以保证 IGBT的快速开通与较小的通态管压降。为了 可靠关断，电路中设置 2CW5B6稳压管，使 关断时管子承受一6V左右的负偏压。
制时间的长短取决于IGBT开通和关闭速 度及驱动自身的延时。
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驱动电路如图
图9-10 驱动电路
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驱动电路如图9-10所示，它由隔离的辅 助电源和驱动器EXB840构成，完成对4 个 IGBT管的控制。驱动器同时带有过 饱和保护的功能。
驱动电路与GE之间的导线连接必须用双 绞线，而且要尽ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的短，以克服驱动过 程的干扰。
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2、在线式不间断电源
图9-8在线式不间断电源框图
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在线式不间断电源工作原理
当市电正常情况下，输入市电经滤波器输入到 有源功率因数校正整流电路 PFC，使输入功率 因数接近l。由PFC电路输出稳定的直流电压与 电池升压电路输出电压经二极管VDl、VD2在 直流母线上并联。电池升压电路的输出电压略 低于PFC整流器输出电压，所以在市电正常情 况下，由PFC整流后的市电向逆变器提供能量。
第一章电力电子器件
28V/100A开关电源的原理框图
图9-1 开关电源原理图
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稳压调压的原理
当开关电源由于负载电流减小或交 流输入电压的升高而引起输出直流电压 升高时，由脉宽调制PWM环节控制，使 逆变器中功率开关器件的导通时间缩短， 逆变器输出脉宽变窄，从而使输出电压 下降；反之，使逆变器输出脉宽展宽， 由此实现输出直流电压的稳定与调节。
输出端8、9、11、10脚有两种连接：一种是 8、11脚接电源，9、10脚接负载发射极输出； 另一种是9、10脚接地，8、11脚经电阻接电 源，由集电极8、11脚输出
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三、 IGBT管的驱动与控制
(3)死区时间控制 死区时间由死区控制 比较器来实现。CW494的死区时间由4 脚外接电阻设定，设定死区时间约为振 荡周期的5％。
波发生器、误差放大器 与PWM调制器构成。逆 变器的输出电压、反馈
信号和基准正弦波信号
送到误差放大器，其输 出误差信号再与20kHz 三角波通过电压比较器 进行比较，调制出PWM 信号，如图9-9所示。
图9-9逆变控制器输出的PWM波形
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硬件保护电路的主要功能是死区抑制时 间的产生、逆变器关闭的执行、4个桥臂 驱动信号的产生等。PWM信号和正／负 信号来自单片机，经过死区抑制时间
(4)稳压与过电压、过电流保护 稳压和 保护功能由两个误差放大器来完成。
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第二节 不间断电源(UPS)
一、不间断电源的发展和分类 1、后备式不间断电源（offlineUPS，
或称back一up UPS）
图9-7后备式不间断电源框图
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1、后备式不间断电源
后备式不间断电源（offlineUPS，或称back 一up UPS）是一种结构简单、运行可靠性高 的后备电源系统。它一般由逆变器、充电器、 交流稳压器(AVR)、电源滤波器(EMl)、切换 开关等构成，如图9-7所示。当市电正常时， 市电经过输入电源滤波器(EMl)、交流稳压器 (AVR)后分为两路。一路通过切换开关，由输 出端电源滤波器(EMl)输出；另一路经充电器 对后备电池充电。当市电异常时，启动逆变器， 转换开关转向逆变器。
21
第三节 PSPICE在电力电子技术仿真中的应用
PSPICE则是由美国Microsim公司在 SPICE 2G版本的基础上升级并用于PC 机上的SPICE版本，其中采用自由格式 语言的5.0版本自80年代以来在我国得 到广泛应用，并且从6.0版本开始引入图 形界面。
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三、 IGBT管的驱动与控制
2)脉宽调制控制
图9-5 CW494集成脉冲调制器管脚排列及内部功能框图
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三、 IGBT管的驱动与控制
(1)锯齿波振荡器 其振荡频率由5、6脚 外接RT、CT参数决定[f ≈1/(RTCT))， 对于双端输出，其振荡频率调整为2倍的 逆变器频率(40kHz)。
(2)脉宽调制(PWM)控制 主要由PWM 比较器实现。振荡器产生的锯齿波经反相 输入比较器负端，与两个误差放大器输出 的误差电压进行比较，其输入、输出波形 如图9-6所示。
当市电出现异常情况时，PFC输出将低于电池 升压输出，这时由电池升压后向逆变器提供能 量，这时充电器停止工作。
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逆变器是UPS中重要的组成部分之一。 现在都选用IGBT管作为主功率变换器的 开关管，逆变器的调制频率为20kHz。 由逆变控制器、H形桥式逆变器、驱动 和保护电路组成。
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逆变控制器由基准正弦
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三、 IGBT管的驱动与控制
当误差电压小于锯
齿波电压(已反相)
时，输出低电平，
当误差电压大于锯
齿波电压时，输出
高电平。图9-6中示
出两种误差电压时
比较器输出脉冲波
形。改变误差电压
即可方便地调节脉
冲宽度。
图9-6 PWM比较器输入、输出波形
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三、 IGBT管的驱动与控制
13脚是输出方式控制，高电平时使两晶体管在 正、负半周交替通断为双端输出，适用于推挽、 半桥和全桥逆变电路； 13脚低电平时，触发 器封锁，两输出晶体管同时通断，可用于单端 逆变，此时两管并联工作，输出驱动电流可达 400mA。
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二、 开关电源主电路工作原理
图9-2 开关电路主电路
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开关电源主电路
图9-2中，220V交流输入，经开关S、电源
滤波与MDC 40A/800V硅桥整流滤波，变换为
300V左右的恒定直流，再经限流电阻(四个
200/8W并联)输入高频逆变器，进行功率变换。
逆变器为电压型半桥式电路，由两只IGBT管
(V1、V2)、电容C1、 C2以及高频变压器组成，
将直流电变换为20kHz的正负矩形波电压。该高
频电压经Tr降压，电压比约为5.3：l，送至高频
整流桥进行全波整流与滤波，得到稳定的28V直
流电压。
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三、 IGBT管的驱动与控制
1）IGBT管的驱动电路
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三、 IGBT管的驱动与控制
由脉宽调制集成块CW494的8、11脚输出相 位差180º、频率为20kHz、脉宽可调的驱动 信号，经比较器(4050集成块)整形缓冲和分 立元件功放电路(亦可用EXB等系列集成功放)， 送到IGBT管的G、E脚，导通正脉冲的幅度为 15V，要求输出回路阻抗值很小，以保证 IGBT的快速开通与较小的通态管压降。为了 可靠关断，电路中设置 2CW5B6稳压管，使 关断时管子承受一6V左右的负偏压。