电力电子技术-晶体管功率电路4(单管-正激)
(2024年)电力电子技术完整版全套PPT电子课件
实验报告撰写与答辩
讲解实验报告的撰写要求和答辩技巧 ，提高学生的综合素质和能力。
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08
电力电子技术应用案例
2024/3/26
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新能源发电系统中电力电子技术应用
光伏发电系统
最大功率点跟踪（MPPT ）技术、逆变器并网技术 、孤岛检测与保护技术等 。
2024/3/26
风力发电系统
变桨距控制技术、变速恒 频技术、直驱式永磁风力 发电技术等。
2024/3/26
13
可控整流电路分析与应用
可控整流电路原理
可控整流电路通过控制触发角α的大小，实现对输出电压的调 节。
2024/3/26
可控整流电路应用
可控整流电路广泛应用于直流调速、电力拖动、电解、电镀 等领域。
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滤波电路原理与设计方法
滤波电路原理
滤波电路是利用电容、电感等元件对交流电的频率特性进行滤波，从而得到平 滑的直流电的电路。
高性能器件选择
选用高性能的功率器件和驱动电路，提高电路的工作频率和可靠性。例如，选用低导通电阻和低栅极电荷的 MOSFET可以降低电路的导通损耗和开关损耗；选用高耐压和高电流的IGBT可以提高电路的带负载能力等 。
系统优化与热设计
对系统进行全面的优化和热设计，确保电路在高负载、高温等恶劣环境下仍能稳定可靠地工作。例如，采用 合理的散热结构和风扇控制策略可以降低电路的工作温度；采用模块化设计可以提高电路的维修性和可扩展 性等。
2024/3/26
功率场效应晶体管（Power MOSFE…
阐述Power MOSFET和IGBT的结构、特点以及在电力电子电路中的 广泛应用。
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03
整流与滤波技术
2024/3/26
最简晶体管功放电路
最简晶体管功放电路晶体管功放电路是一种常见的电子电路，用于放大电信号。
其中，最简单的晶体管功放电路是单级共射放大电路。
单级共射放大电路由晶体管、电阻和电容组成。
晶体管是一种半导体器件，具有放大电流的特性。
电阻和电容则用于稳定电路工作、限制电流和滤波等功能。
在单级共射放大电路中，晶体管的基极通过电阻与输入信号相连，发射极接地，集电极通过电阻与电源相连。
输入信号经过电阻与基极相连后，使得晶体管的基极电压发生变化。
当输入信号为正半周时，基极电压上升，使得晶体管导通，电流从集电极流向发射极。
当输入信号为负半周时，基极电压下降，使得晶体管截止，电流无法流动。
由于晶体管是一个放大器件，当输入信号较小时，晶体管能够放大它并输出一个较大的信号。
因此，单级共射放大电路可以实现输入信号的放大。
在单级共射放大电路中，电阻的作用是限制电流，并且通过电阻的压降产生输出信号。
电容则用来滤除输入信号中的高频噪声，使得输出信号更加稳定。
除了单级共射放大电路，还有其他类型的晶体管功放电路，如共集电路、共基电路等。
每种电路都有其特定的应用场景和特性。
单级共射放大电路适用于需要较大放大倍数和中等频率的情况，而共集电路适用于需要较大电流放大和低频率的情况。
晶体管功放电路在现代电子设备中广泛应用。
例如，在音响系统中，晶体管功放电路可以将微弱的音频信号放大，以驱动扬声器产生更大的音量。
在通信系统中，晶体管功放电路可以放大收发器的信号，以提高通信质量和传输距离。
最简晶体管功放电路是单级共射放大电路，由晶体管、电阻和电容组成。
它可以将输入信号放大，并通过电阻产生输出信号。
晶体管功放电路在不同的应用场景中发挥着重要作用，为电子设备的性能提供了支持。
电力电子技术课件
电力电子技术课件一、引言电力电子技术是指利用电子器件和电力电子器件来进行电能的变换、控制和调节的技术领域。
随着现代电力系统的发展和电能质量的要求不断提高，电力电子技术在电力系统中的应用越来越广泛。
本课件将介绍电力电子技术的基本原理、常见的电力电子器件以及其在电力系统中的应用。
二、电力电子技术的基本原理1. 电力电子器件的工作原理1.1 二极管的工作原理1.2 可控硅的工作原理1.3 晶闸管的工作原理1.4 MOSFET的工作原理1.5 IGBT的工作原理2. 电力电子器件的特性参数2.1 二极管的特性参数2.2 可控硅的特性参数2.3 晶闸管的特性参数2.4 MOSFET的特性参数2.5 IGBT的特性参数三、常见的电力电子器件1. 二极管1.1 整流二极管1.2 快恢复二极管1.3 肖特基二极管2. 可控硅2.1 半控型可控硅2.2 全控型可控硅2.3 可关断可控硅3. 晶闸管3.1 双向晶闸管3.2 单向晶闸管3.3 门极可关断晶闸管4. MOSFET4.1 N沟道MOSFET4.2 P沟道MOSFET5. IGBT5.1 IGBT的结构与工作原理5.2 IGBT的优点与应用四、电力电子技术在电力系统中的应用1. 交流电压控制1.1 交流电压调制技术1.2 交流电压控制器的设计与实现2. 直流电压控制2.1 直流电压调制技术2.2 直流电压控制器的设计与实现3. 电力变换与调节3.1 交流-直流变换技术3.2 直流-交流变换技术3.3 直流-直流变换技术4. 电力电子器件的保护与故障诊断4.1 电力电子器件的热保护4.2 电力电子器件的过流保护4.3 电力电子器件的过压保护4.4 电力电子器件的故障诊断与维修五、总结电力电子技术是现代电力系统中不可或缺的重要技术，通过本课件的学习，我们了解了电力电子技术的基本原理、常见的电力电子器件以及其在电力系统中的应用。
希望本课件能够帮助大家更好地理解和应用电力电子技术，提高电力系统的可靠性和效率。
1_功率二极管、晶闸管及单相相控整流电路
按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为三 类： 1) 2) 3) 单极型器件 双极型器件 复合型器件
由一种载流子参与导电的器件 MOSFET、SIT
由电子和空穴两种载流子参与导电的器件 晶闸管及派生器件、GTR、SITH
A I A K
P
J b)
N
K
K A a)
c)
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
5
功率二极管的伏安特性
当外加正向电压大于UTO
（门槛电压）即克服PN结内电场后管子才开始导通，正向导通 后其压降基本不随电流变化。反向工作时，当反向电压增大到UB （击穿电压），使PN结内电场达到雪崩击穿强度时，反向漏电 流ＩＲＲ剧增，导致二极管击穿损坏。
绝 缘 栅 双 极 晶 体 管 （ Insulated-Gate Bipolar Transistor——IGBT） 门极可关断晶闸管（GTO）等 器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定
通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断， 电力场效应晶体管（电力MOSFET） 又称自关断器件。
（2）反向重复峰值电压ＵＲＲＭ（额定电压）指管子反向能 重复施加的最高峰值电压，此值通常为击穿电压ＵB的2／3。 使用时，往往按照电路中电力二极管可能承受的反向最高峰值电 压的两倍来选定
（3）正向平均电压ＵF在规定条件下，管子流过额定正弦半
波电流时，管子两端的正向平均电压亦称管压降，此值比直流压 降小。
晶闸管内部结构
管芯由四层半导体（P1 N1 P2 N2）组成,形成三个PN结（Ｊ1、Ｊ2、Ｊ
单晶体管功率电路
假设： Ui为理想直流电压源； C很大,UO为直流电压； 器件为理想的
一.降压式变换器
(2)基本工作原理 Q管导通期间(Ton)状态 1:Uce=0UA=Ui，D OFF,L储能，iL 增大
Q管OFF期间(Toff)（状态2）:UD=0， UA=0，Uce=Ui，L释能，iL减小
一.降压式变换器
临界电流连续状态
由于临界电流连续仍满足连 续时工作分析，所以有：
联立求出：
临界电流连续状态
当D＝0.5时，临界电流达到最大值：
代入上式，有
临界电流与占空比关系
IG与IGMAX的关系如图 当I0大于IG时，电流连 续，输出电压仅与占空 比相关 当I0小于IG时，电流断 续
电流断续时波形分析
Q导通时，工作状态同 前，电流从零上升 Q关断时，电感释放电 能，电流下降 当电感电流下降到零时， 电感上压降为零 设关断时间为TOF，电 流下降到零的时间TOF’
直流斩波器
图中所示电路，即为直流斩波器（Chopper）
直流斩波器
当Q导通时，工作状态
直流斩波器
当Q关闭时，工作状态：
直流斩波器
输出电压平均值：
式中T为开关周期，TON为导通时间，D为 为斩波占空比 平均负载电流 io=Uo/Ro
直流斩波器
改变占空比，就可以改变输出电压 输入功率等于输出功率：
标幺曲线在电流断续时特性
当电流断续时，变换器存在很高的非线性内 阻 电流断续时，维持同一输出电压，占空比变 化很大(以UO/Ui为0.6为例)，易失控 当I＝0时，输出电压均为输入电压 在实际工作中，应保证连续工作，以最小电 流作为电感电流临界连续设计电感
降压式变换器小结
(4)输出输入电压关系式 ---CCM工作模式
电力电子技术第四版电力电子器件概述优秀课件
➢ 平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。
电力电子技术(第四版)电力电子器件概述
优秀课件
26
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
电力电子技术(第四版)电力电子器件概述
优秀课件
27
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
✓ 按晶体管的工作原理 ，得：
➢ 肖特基二极管的弱点
• 反向耐压提高时正向压降会提高，多用于200V以下。 • 反向稳态损耗不能忽略，必须严格地限制其工作温度。
➢ 肖特基二极管的优点
• 反向恢复时间很短（10~40ns）。 • 正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲。 • 反向耐压较低时其正向压降明显低于快恢复二极管。 • 效率高，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还小。
I IF
O UTO UF
U
图1-4 电力二极管的伏安特性
电力电子技术(第四版)电力电子器件概述
优秀课件
15
1.2.2 电力二极管的基本特性2) 动态特性FFra bibliotekdiF
dt
trr
——二极管的电压-电流特性随时间变 UF
td
tf
化的 ——结电容的存在
tF t0
t1 t2
UR
t
diR
dt
延迟时间：td= t1- t0, 电流下降时间：tf= t2- t1
优秀课件
6
1.1.3 电力电子器件的分类
➢ 按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：
半控型器件（Thyristor）(半导体闸流管)
——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。 全控型器件（IGBT,MOSFET)
电力电子技术_复习题
《电力电子技术》复习题一、名词解释1、电力电子变流技术2、斩波控制3、直接变频器4、全控型器件5、转折电压6、无源逆变7、驱动电路8、电流源型逆变器9、电压源型逆变器10、全控型器件二、判断题1.在电力电子技术中，电力电子器件工作在放大状态。
2.根据驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端间有效信号波形，可将电力电子器件（电力二极管除外）分为脉冲触发型和电平控制型。
3.半波可控整流电路，大电感负载不加续流二极管，输出电压波形中没有负向面积。
4.无源逆变指的是不需要逆变电源的逆变电路。
5. 单相全控桥式整流电路可用于有源逆变。
（）6.单相半波可控整流电路属单脉波整流电路。
（）7.整流电路按电路组成器件可分为单相和多相两类。
（）8.单相全控桥式整流电路可用于有源逆变。
（）9、三相桥式全控整流电路，输出电压波形的脉动频率是150HZ。
（）10、在普通晶闸管组成的全控整流电路中，带电感性负载，没有续流二极管时，导通的晶闸管在电源电压过零时不关断。
（）11、在桥式半控整流电路中，带大电感负载，不带续流二极管时，输出电压波形中没有负面积。
（）12、提高电力电子装置的工作频率，可以使电力电子装置的体积和重量减小。
（）13、无源逆变电路，是把直流电能逆变成交流电能，送给电网，（）三、读图题1 写出下列电路符号的名称或简称。
（a） (b)(c) (d)2．画出单结晶体管的电路符号及伏安特性；说明单结晶体管的导通条件和截止条件。
3．在第1题所给的器件中，哪些属于自关断器件？四、简答题1、晶闸管导通和关断条件是什么？2、有源逆变实现的条件是什么？3、什么是逆变失败，造成逆变失败的原因有哪些？4、电压型逆变器与电流型逆变器各有什么样的特点？5、换流方式有哪几种？分别用于什么器件？6、什么是直流斩波电路？7、单相全波与单相全控桥从直流输出端或从交流输入端看均是基本一致的，两者的区别？8、桥式全控整流电路、三相桥式全控整流电路中，当负载分别为电阻负载。
电力电子技术讲义
电力电子技术讲义电力电子技术讲义目录第1章电力电子器件 (3)第2章整流电路 (18)第3章逆变电路 (30)第4章直流直流变流电路 (39)第5章PWM控制技术 (45)第1章电力电子器件1.1电力二极管1. 电力二极管的基本特性电力二极管是指可以承受高电压大电流具有较大耗散功率的二极管，它与其他电力电子器件相配合，作为整流、续流、电压隔离、钳位或保护元件，在各种变流电路中发挥着重要作用；它的基本结构、工作原理和伏安特性与信息电子电路中的二极管相同，以半导体PN结为基础；主要类型有普通二极管、快恢复二极管和肖特基二极管；由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成，从外形上看，大功率的主要有螺栓型和平板型两种封装，小功率的和普通二极管一致。
图1-1 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2.电力二极管的基本特性静态特性，主要是指其伏安特性。
正向电压大到一定值（门槛电压UTO ），正向电流才开始明显增加，处于稳定导通状态。
与IF对应的电力二极管两端的电压即为其正向电压降UF。
承受反向电压时，只有少子引起的微小而数值恒定的反向漏电流。
动态特性，因为结电容的导致电压-电流随时间变化，这就是电力二极管的动态特性，并且往往专指反映通态和断态之间转换过程的开关特性，由正向偏置转换为反向偏置。
电力二极管并不能立即关断，而是须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断图1-2 电力二极管的伏安特性能力，进入截止状态。
在关断之前有较大的图1-3 电力二极管的动态过程波形 a)正向偏置转换为反向偏置b)零偏置转换为正向偏置反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过冲。
延迟时间：td=t1-t0电流下降时间：tf =t2- t1反向恢复时间：trr=td+ tf恢复特性的软度： tf /td ，或称恢复系 数，用Sr 表示。
由零偏置转换为正向偏置，先出现一个过冲UFP ，经过一段时间才趋于接近稳态压降的某个值（如2V ）。
电力电子技术 晶闸管 单节晶体管
一、晶闸管的工作原理
1.晶闸管的结构
晶闸管是一种大功率PNPN四层半导体元件，具有三个PN结，引出三个极， 阳极A，阴极K，门极（控制极）G，其外形符号如下图：
部分晶闸管外形
内部结构
电气图形 符号及文 字符号
2.晶闸管的工作原理
晶闸管在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成 晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组 成晶闸管的控制电路。
（1）单结晶体管
单结晶体管是一种特殊的半导体器件，有三个电极，只有一个PN结，因此 成为“单结晶体管”，又因为管子有两个基极，所以又称为“双极二极 管”。
（a）结构
（b）等效电路
（c）图形符号 （d）外形管角排列
(2)单结晶体管的伏安特性及主要参数
单结晶体管的伏安特性：当两基极b1和b2间加某一固定直流电压Ubb时， 发射极Ie与发射极正向电压Ue之间的关系曲线称为单结晶体管的伏安特性 Ie=f(Ue).
晶闸管的工作条件：
(1)晶闸管承受正向阳极电压，仅在门极承受正向的情况下晶闸管才导通。这时晶 闸管处于正向导通状态，这就是晶闸管的闸流特性，即可控性。 (2)晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向电压，不论门极电压如何，晶闸管保 持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。门极只起触发作用。 (3) 晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近与零时，晶闸管关 断。 (4)晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种何种电压，晶闸管都处于反向 阻断状态。
单结晶体管的特点
1. UE < UP时单结管截止；
B2
UE > UP时单结管导通， UE < UV时恢复截止。 2.单结晶体管的峰点电压UP与 外加固定电压UBB及分压比 有关，外加电压UBB或分压比不同，则峰点电 压UP不同。 3. 不同单结晶体管的谷点电压UV和谷点电流IV都 不一样。谷点电压大约在2 ~ 5V之间。常选用 稍大一些， UV稍小的单结晶体管，以增大输 出脉冲幅度和移相范围。
《电力电子技术课件》
MOS为金属氧化物半导体，功率MOS管即功率场效应管，是一种功率电子器件。由于单管可控电 流大、反向截止电容小，所以被广泛应用于各种电力电子系统中。
电力电子的应用
电力电子技术在现代化的电力系统中扮演着举足轻重的作用。掌握电力电子的原理和应用场合，必须了解各种 电力电子器件的特性和不同应用。例如： 逆变器用于太阳能光伏发电、风力发电；稳压电源和稳流电源用于 电子设备的电源。
电力电子系统的保护控制技术主要是针对不同的电气装置出现故障时，通过各种保护控制策略和措施保护电气 装置的安全和可靠性。
高压断路器
高压断路器被广泛应用于电力系 统中。在故障时，能够迅速和可 靠地切断电路，保护电气设备和 人员的安全。
变压器保护控制
变压器保护控制也是电力电子系 统的重要部分之一。主要是针对 变压器的不同故障，采取不同的 保护措施，保护变压器的安全和 可靠性。
直流电机控制系统的调试 和测试
利用各种控制策略和技术，对直 流电机转换技术
高频电力电子变换技术是将高频电能转换成所需的电源电能，是实现电力电子技术系列化、集成化、智能化的 必要手段。高频电力电子变换技术被广泛应用于电池供电、太阳能电池板、电动汽车等领域。
1
高频电源
电力电子技术的魅力
电力电子技术是将半导体电子器件应用于电力变换、调节和控制中，极大提 高了电力传输、分配的效率。这也是现代化高新技术的重要组成部分。
半导体器件
了解电力电子技术，就必须对半导体器件有所了解。如何根据各种底片和工艺制作得到不同种类的半导体元器件； 组成各类半导体器件的晶体材料、结构形式、工作原理、性能指标和应用特点。
直流电机控制技术
直流电机控制技术对于各种电力传动、控制和调节都有着非常重要的作用。掌握这项技术的核心内容，包括直 流电机的控制原理、直流电机控制装置的选型和设计、直流电机控制系统的调试和测试等方面。
电力电子技术-晶体管功率电路4(单管-正激)
L
Q
D3
C
+
RL Uo
_
Q N1
N2 D3
输入输出间 无法隔
L离
+
C
RL Uo
_
变压器的无法实
现磁复位
11
正激式变换器
(1)电路构成及工作原理 由变压器T，晶体管Q，二极管D1和滤波电容
C组成。 此外还有磁复位绕组，磁复位二极管D2和电感
续流二极管D3
12
稳态工作状态分析1
当Q导通时：
t
0
5
t
正激变换器
所谓正激，Q导通时，能量通过变压 器耦合到副边传递给负载，Q关断时， 能量反馈给电源
6
正激式变换器的电路变化
BUCK变换器 带变压器隔离BUCK变换器 +
_Ui
L
Q
D3
C
+
RL Uo
_
输入输出间 无法隔
L离
+
Q
N1
N2 D3
Ui
+
C
RL Uo
_
_
变压器的无法实
现磁复位
7
2
单端反激flyback:三种工作方式
反激式变换器中的电感 变压器起着电感和变压 器的双重作用。
具有电感电流连续、临 界连续和断续3种工作模 式。(磁通的连续性)
电流连续时电压关系
3
单端反激式变换器－电路外特性
依据：连续和断续时的输入输出关系，分界线为IG
Uo D Ui N 2 1 D N1
O
16
Ｎ3绕组的工程设计
所以：
当N3<N1时，D可以大于 0.5，但晶体管承受耐压 也提高
电力电子技术-第八章 功率晶体管和二极管
第二节 功率晶体管
作业
1. 二极管的种类有哪些? 各自的应用场合? 2. 二极管的反向恢复带来哪些影响? 3. P169,"8-4"
4. 大功率三极管的 "SOA" 区由哪些曲线组成?
26
3 双极型功率晶体管参数
额定电流
（参见P146）
集电极最大允许电流IcM 通常规定为hFE下降到规定值的1/2--1/3时所对应的
Ic
实际使用时要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多
一点
电流Ibm, Iem
16
第二节 功率晶体管
3 双极型功率晶体管参数
集电极最大耗散功率PcM
指定工作温度下允许的最高耗散功率. PcM与温度相关
2 BJT的开关特性
PN结有势垒电容和扩散电容影响 PN结的电容同样也影响GTR的开关特性
10
第二节 功率晶体管
2 BJT的开关特性
开通过程:延迟时间td+上升时间tr=开通时间ton
td--由发射结势垒电容和集电结势垒电容充电产生 增大ib的幅值并增大dib/dt，可缩短延迟时间，同时可缩
短上升时间，从而加快开通过程
11
第二节 功率晶体管
2 BJT的开关特性
关断过程 关断时间toff =存储时间ts+下降时间tf Ts对应于除去饱和导通时储存在基区的少数载流子的 时间，是关断时间的主要部分
12
第二节 功率晶体管
2 BJT的开关特性
减小导通时的饱和深度以减小储存的载流子，或者增
大基极抽取负电流Ib2的幅值和负偏压，可缩短储存
1 BJT的稳态特性
应用时的主要参数设计
临界饱和电流Ics （式8-20） ic Ices (Ec Uces ) / Rc
电力电子技术：第一章 功率半导体器件
晶闸管 晶闸管的工作原理（续）
2. 内部物理过程 晶体管的内部物理过程可用复合三极管效应等效，如下图：
集电极电流为另一只晶体管的基极电流，形成正反馈。
晶闸管的等效复合三极管效应
晶闸管正反馈过程仿真演示
晶闸管
晶闸管的阳极电流： Ia Ic1 Ic2 Ic0 1Ia 2 Ik Ico 晶闸管的阴极电流： Ik I g Ia
单极导电性：只有电子(N沟道)或空穴(P沟道)参与导电 电压全控型：通过调节栅极电压控制漏、源极(D、S)间通断
一、结构与工作原理
(a) 结构图
(b) N沟道符号
(c) P沟道符号
功率场效应晶体管
二、工作特性
1、静态特性
1）漏极伏安特性
a）可调电阻区I：UGS固定，UDS由0 上升到预夹断电压，ID线性增加； 接近预夹断电压时ID变化慢。
b开关特性大功率晶体管主要参数1电压参数集电极额定电压ucembucbobucexbucesbucerbuceo饱和压降uces2电流参数连续直流额定集电极电流ic集电极额定电流最大允许电流icm基极电流最大允许值ibm集电极最大耗散功率pcme开路cb击穿电压e反偏ce反穿电压eb间电阻连接或短路时ce间的击穿电压b开路ce击穿电压gtr正常工作过程中必须保证ucebuceo大功率晶体管1二次击穿现象abceceocc现低电压大电流的负阻效应二次击穿元件损坏出现击穿现象ab段称为一次击穿
3.1 主要参数
(1)漏极电压UDS (2)电流定额ID (3)栅源电压UGS
3.2 安全工作区
Ⅰ： 漏源电阻限制线 Ⅱ：最大漏极电流限制线 Ⅲ：最大功率限制线 Ⅳ：最大漏源电压限制线
绝缘栅双极型晶体管（IGBT）
双极导电性：电子与空穴均参与导电 电压全控型：通过调节门极电压控制极、射极(C、E)间通断
功率二极管、晶闸管以及单相相控整流电路第二部分
/2
t 2
额定值ITa=100A 有效值Ia=157A
平均值
Ida
Im
2
50
2 70.7A
2021/4/5
16
（３）动态参数
除开通时间tgt和关断时间tq外，还有： (1) 断态电压临界上升率du/dt
指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管
从断态到通态转换的外加电压最大上升率
➢在阻断的晶闸管两端施加的电压具有正向的上升率时，相当于一个 电容的J2结会有充电电流流过，被称为位移电流。此电流流经J3结时， 起到类似门极触发电流的作用。如果电压上升率过大，使充电电流足 够大，就会使晶闸管误导通
IH
IG2
IG1 IG=0
O
UDRM Ubo +UA
UDSM
对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的2~4倍
-IA
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4) 浪涌电流ITSM --指由于电路异常情况引起的并使 结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流
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i
波形系数
Im
I
Kf
Id
Ida
0
t
2
平均值
Ida
1
2
0
Im
sin td (t )
➢包括所有专为快速应用而设计的晶闸管，有快速晶闸管 和高频晶闸管
➢管芯结构和制造工艺进行了改进，开关时间以及du/dt 和di/dt耐量都有明显改善
➢普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒， 高频晶闸管10s左右 ➢高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额都不易做高
➢由于工作频率较高，选择通态平均电流时不能忽略其开 关损耗的发热效应
晶闸管会重新正向导通
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25
作业
如图所示为单端正激DC/DC变换电路，开关管工作在开关状 态，设输出电容足够大输出电压为一平直的直流电压，N1： N2：N3=14：1：14。
（1）在图中画出原边开关管Q、D1管、D2管和D3管的电压波 形，并标注电压大小(用Ui变量表示)；
17
电应力分析（Q）
晶体管关断磁复位时，Q上承受最大电压为
UQ Ui U1'
Ui
Ui
N1 N3
18
电应力分析（D1）
晶体管关断磁复位时，D1上承受最大反压：
U D1
Ui
N2 N3
19
电应力分析（D2）
晶体管导通时，D2上承受最大反压：
UD2
Ui
Ui
N3 N1
20
电应力分析（D3）
O
16
Ｎ3绕组的工程设计
所以：
当N3<N1时，D可以大于 0.5，但晶体管承受耐压 也提高
通常N3＝N1时，D<0.5， 以保证磁心复位
为了使从将导通期间存 储于磁场中的能量全部 返回电源，N1必须与N3 紧密耦合，通常采用并 绕
on UiTon / N1
off UiTR / N 3
TR Toff
ub
根据Q的开关控制波形 O
做出磁通, uQ,uD1,uD2, Φ
uD3波形 设Ui=100V, N1:N2:N3
O
uce
200 100
200
=10:1:10,标注各的数 O
值大小
uD1
-10
-10
O
uD2
-200
O
uD3
O
-10
-100 -200
-10
23
正激式变换器---变压器磁复位电路2—双管正激变换器
第九章 晶体管功率电路
隔离的单管变换器
1
单端反激flyback:电路组成
由电感变压器T，晶体管Q，二极管D和滤波电容C组成，与 Buck等单管电路元件数相同。
+ Ui
ub
_
•D •C
Q
+ RL_Uo
所谓反激变换是指：Q
导通期间变压器储能， Q关断，能量耦合到次 级，传递给负载
所谓正激，Q导通时，能量通过变压器 耦合到副边传递给负载，Q关断时，能 量反馈给电源
磁复位概念
如图的变压器工作情况： 变压器的工作情况：
u1 → Φ → u2 电压和磁通满足：
u N d
dt 当电压为正时，磁通增长
当电压为负时，磁通减小 变压器的设计保证一周期
内磁通变化量为零！
T
u1
u2
u1
0
2
t
ห้องสมุดไป่ตู้
Φ
0
u2
0
t
2
t
8
反激式变换器的变压器磁复位
在Q导通时（承受正向电压）：
2
单端反激flyback:三种工作方式
反激式变换器中的电感 变压器起着电感和变压 器的双重作用。
具有电感电流连续、临 界连续和断续3种工作模 式。(磁通的连续性)
电流连续时电压关系
3
单端反激式变换器－电路外特性
依据：连续和断续时的输入输出关系，分界线为IG
Uo D Ui N 2 1 D N1
1
Ton 0
1 N1
u1dt
1
N1
U
i
DT
伏秒积平衡
在Q关断时：（承受反向电压）
2
Toff 0
1 N2
u2dt
1 N2
U
o
(1
D)T
Q导通时磁通增量等于Q关断时
磁通减量：
一个周期内，磁通变化量为零，
可以完成磁复位
9
单端反激式变换器的同名端变化
对于反激式变换器，在一个周期 内，可以自动完成磁复位。
如果将反激式变换器的变压器同 名端改为相同端，则不能完成磁 复位！
10
正激式变换器的电路变化
BUCK变换器
带变压器隔离BUCK变换器 +
带磁复位正激式变换器
_Ui
N1在Q关断瞬间，电流突然变 为0，产生大的感应电动势，下 正上负，N3中亦如此，上正下 负，迫使D2导通，实现磁复位
+
Ui _
t
0
5
t
正激变换器
所谓正激，Q导通时，能量通过变压 器耦合到副边传递给负载，Q关断时， 能量反馈给电源
6
正激式变换器的电路变化
BUCK变换器 带变压器隔离BUCK变换器 +
_Ui
L
Q
D3
C
+
RL Uo
_
输入输出间 无法隔
L离
+
Q
N1
N2 D3
Ui
+
C
RL Uo
_
_
变压器的无法实
现磁复位
7
晶体管导通时，D3承受最大电反压
UD2
Ui
N2 N1
21
课堂练习：
工作条件：电流连续
ub
根据Q的开关控制波形 O
作出磁通, uQ,uD1,uD2,
Φ
uD3波形 设Ui=100V, N1:N2:N3
=10:1:10,标注各数值 大小
O
uce
O
uD1
O
uD2
O
uD3
O
22
课堂习题答案：
工作条件：电流连续
L
Q
D3
C
+
RL Uo
_
Q N1
N2 D3
输入输出间 无法隔
L离
+
C
RL Uo
_
变压器的无法实
现磁复位
11
正激式变换器
(1)电路构成及工作原理 由变压器T，晶体管Q，二极管D1和滤波电容
C组成。 此外还有磁复位绕组，磁复位二极管D2和电感
续流二极管D3
12
稳态工作状态分析1
当Q导通时：
连续模式—
☺晶体管峰值电流小，同样电流容量的晶体管
可以输出更大功率
二极管有反向恢复； 变压器体积较大。
断续模式— 晶体管峰值电流大
调节困难；
☺二极管无反向恢复；
☺变压器体积较小。
i1
i1min TON
i1 max
0
i2 i2 max
TOF
t
i2 min
0
i1
t
0 t
i2 0
t i1
0
通常：小电流断续，大电流连续。i2
实际上和降压变压器工作方式类似
设
+
_Ui 那么输出电压：
L
Q D3
+
C
RL Uo
_
15
复位绕组工作分析
当Q导通时，D2截止，N3不参与能量传输 当Q截止时，N3上感应电势反号，迫使二极管
D2导通。将存储在铁心中的能量返回电源， 使铁心复位， 当Ｑ截止时，N１上的感应电势箝位于
ub
O
Φ
O
u1,3
变压器星号为正端，副边 形成功率通路
u2=n*ui (n=N2/N1为变比) D2反压截止 D3反压截止
13
稳态工作状态分析2
当Q截止时：
变压器星号为负端 D2导通，完成磁复位 D3导通，为电感电流续流
14
正激式变换器的输出电压
T ON时: D1导通，传递能量
T OFF时: D1截止，磁复位，D3续流
Uo
Ui 2TD2 2L1 I o
U
2 i
D
2
2L1 fIo
IG
UiT 2L1n
D(1
D)
标幺特性，相对概念，无量 纲化
中间为临界模态，右边为连 续，左边为断续
电流断续时，Vo不变时，Io 变化，D变化 较大，调节困难。
空载，输出趋于无穷大
4
单端反激flyback——电路参数设计
连续模式和断续模式的比较(Pg191、192)、