电力电子技术第7章
电力电子技术第7章 软开关技术
(1) 零电压开关准谐振电路
ug
VDT
关断过程 开通过程
uT (uCr)
Lr
O
t t t t t0 t1 t2 t3t4t5 t6 t0 t
L
+
T
iT iLr
O uVD
ui
Cr
VD
C
R
uo
-
◆其中开关管T和谐振电容 Cr并联,谐振电感 Lr 与T串联。假设电 路中电感L和电容C值很大。 ◆假设电感L和电容C很大,可以等效为电流源和电压源,并忽略 电路中的损耗。 ◆开关电路的工作过程是按开关周期重复的,在分析时可以选择开 关周期中任意时刻为分析的起点,选择合适的起点,可以使分析得到 简化。
(1) 零电压开关准谐振电路
ug
VDT
关断过程 开通过程
uT (uCr)
Lr
O
t t t t t0 t1 t2 t3t4t5 t6 t0 t
L
+
T
iT iLr
O uVD
ui
Cr
VD
C
R
uo
-
◆工作过程 ☞选择开关关断时刻为分析的起点。 ☞t0~t1时段:t0之前,S导通,VD为断态,uCr=0,iLr=IL,t0时刻T关 断,Cr使T关断后电压上升减缓,因此T的关断损耗减小,T关断后, VD尚未导通;Lr+L向Cr充电,L等效为电流源,uCr线性上升,同时 VD两端电压uVD逐渐下降,直到t1时刻,uVD=0,VD导通。
(1) 零电压开关准谐振电路
ug
VDT
关断过程 开通过程
uT (uCr)
Lr
O
t t t t t0 t1 t2 t3t4t5 t6 t0 t
电子技术基础课件第7章 软开关技术
D1D4
2018/9/3
电力电子技术 t1
26
(d ) fs < fo 处于容性工作状态
Inverter bridge variations
zFull bridge
S1
S2
S3
S4
io
R
zHalf bridge
2018/9/3
S1 and S2 gate signal are complement 50% Duty cycle Voltage on C1 and C2 are constant, =Vs/2
2018/9/3
on 电力电o子ff技术
10
实际元件构成的Buck变换器(Practical Buck converter)
Ideal
Practice
Square Waveforms No Switching Loss
Parasitic Oscillations Switching Loss Snubber Loss
uDS
-
-
u gs
uDS , iDS
iD
Ii
I RM
2018/9/3
Ii Vd
t
Reverse recovery charge Qrr
vs.
dI F dt
Vo
¾ Turn-on loss in switch and boost diode
∫ Aturn _ on
=
QrrVo
+
trr
Ii uDSdt
0
简化:分析基波分量之间的关系,而忽略谐波分量的作用 Vi: square waveform Amplitude: ±Vdc freq: fs Amplitude of fundamental component
第7章 p w m
VD4
信号波 载波
调制 电路
单相桥式PWM逆变电路
7.2.1 计算法和调制法
◆单极性PWM控制方式 ☞在ur的正半周,V1保持通态, V2保持断态。 ur>uc时,V4导通,V3关断, uo=Ud ur<uc时使V4关断,V3导通, uo=0
u
uc
ur
☞在ur的负半周,V1保持断态, V2保持通态。 ur<uc时使V3导通,V4关断, uo=-Ud ur>uc时使V3关断,V4导通, uo=0
7.2.2 异步调制和同步调制
同 步 调 制 三 相
PWM
波 形
7.2.2 异步调制和同步调制
分段同步调制
把fr范围划分成若干个频段,每个频段内保持N恒定, 不同频段N不同 在fr高的频段采用较低的N,使载波频率不致过高 在fr低的频段采用较高的N,使载波频率不致过低
2.4
201 147 99 69
uo Ud
O -U d
t
7.2.1 计算法和调制法
结合IGBT单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明 工作时V1和V2通断互补,V3和V4通断也互补 控制规律:
uo正半周,V1通,V2断,V3和V4交替通断
uo负半周,V2通,V1断,V3和V4交替通断
V1 Ud + V2 ur uc VD1 R VD2 uo V3 L V4 VD3
7.2.4 PWM逆变电路的谐波分析
分析方法 不同信号波周期的PWM波不同,无法直接以信号波 周期为基准分析 以载波周期为基础,再利用贝塞尔函数推导出PWM
波的傅里叶级数表达式
分析过程相当复杂,结论却简单而直观
7.2.4 PWM逆变电路的谐波分析
【电力电子技术习题解答】期末考试题库第7章
第7章 思考题与习题7.1高频化的意义是什么?为什么提高开关频率可以减小滤波器和变压器的体积和重量?答:高频化可以减小滤波器的参数,减小变压器的体积从而使装置小型化、轻型化; 提高开关频率,可以减小滤波器的电感和电容的参数,减小滤波器的体积和重量;当变压器输入正弦波时,fNBS U 44.4 ,频率升高时,可以减小N 和S 的参数,从而减小变压器各绕组的匝数和铁心的尺寸,使变压器的体积减小,重量减轻,。
7.2何谓软开关和硬开关?怎样才能实现完全无损耗的软件关过程?答:如果开关器件在其端电压不为零时开通则称为硬件通,在其电流不为零时关断则称为硬关断。
硬开通、硬关断统称为硬开关。
在硬开关过程中,开关器件在较高电压下承载有较大电流,故产生很大的开关损耗。
如果在电力电子变换电路中采取一些措施,如改变电路结构和控制策略,使开关器件被施加驱动信号而开通过程中其端电压为零,这种开通称为零电压开通;若使开关器件撤除其驱动信号后的关断过程中其承载的电流为零,这种关断称为零电流关断。
零电压开通和零电流关断是最理想的软开关,其开关过程中无开关损耗。
如果开关器件在开通过程中端电压很小,在关断过程中其电流也很小,这种开关过程的功率损耗不大,称之为软开关。
7.3零开关,即零电压开通和零电流关断的含义是什么?答:使开关开通前的两端电压为零,则开关导通过程中就不会产生损耗和噪声,这种开通方式为零电压开通;而使开关关断时其电流为零,也不会产生损耗和噪声,称为零电流关断。
7.4试分析图题7.4两个电路在工作原理上的差别,并指出它们的异同点。
图题7.4答:相同点:都是零电压开关准谐振电路。
不同点:(a )图在(b )图软开关的电容上串了一个电阻,7.5软开关电路可以分为哪几类?其典型拓扑分别是什么样的?各有什么特点?答:准谐振变换电路、零开关PWM 变换电路和零转换PWM 变换电路。
见教材“7.1 , 7.2”7.6准谐振变换器与多谐振变换器的区别是什么?答:准谐振变换电路分为零电压开关准谐振变换电路(ZVS QRC )与零电流开关准谐振变换电路(ZCS QRC )。
《电力电子技术》(第六七八章)习题答案
第6章 PWM 控制技术1.试说明PWM 控制的基本原理。
答:PWM 控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。
即通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要波形(含形状和幅值)。
在采样控制理论中有一条重要的结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同,冲量即窄脉冲的面积。
效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。
上述原理称为面积等效原理以正弦PWM 控制为例。
把正弦半波分成N 等份,就可把其看成是N 个彼此相连的脉冲列所组成的波形。
这些脉冲宽度相等,都等于π/N ,但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线,各脉冲幅值按正弦规律变化。
如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替,使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合,且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积(冲量)相等,就得到PWM 波形。
各PWM 脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。
根据面积等效原理,PWM 波形和正弦半波是等效的。
对于正弦波的负半周,也可以用同样的方法得到PWM 波形。
可见,所得到的PWM 波形和期望得到的正弦波等效。
2.设图6-3中半周期的脉冲数是5,脉冲幅值是相应正弦波幅值的两倍,试按面积等效原理计算脉冲宽度。
解:将各脉冲的宽度用i(i =1, 2, 3, 4, 5)表示,根据面积等效原理可得1=m5m 2d sin U t t U ⎰πωω=502cos πωt - =0.09549(rad)=0.3040(ms)2=m525m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=5252cos ππωt -=0.2500(rad)=0.7958(ms)3=m5352m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=53522cos ππωt -=0.3090(rad)=0.9836(ms)4=m5453m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=2=0.2500(rad)=0.7958(ms)5=m54m2d sin U tt Uωϖππ⎰=1=0.0955(rad)=0.3040(ms)3. 单极性和双极性PWM 调制有什么区别?三相桥式PWM 型逆变电路中,输出相电压(输出端相对于直流电源中点的电压)和线电压SPWM 波形各有几种电平?答:三角波载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性,所得的PWM 波形在半个周期中也只在单极性范围内变化,称为单极性PWM 控制方式。
第7章谐振软开关
7.1.3 软开关电路的分类
3.零转换PWM电路 ➢ 分为:零电压/电流转换PWM电路,其基本开电关单
元如图7-8所示。 ➢ 区别是谐振电路是与主开关并联的,在很宽的输入电
压范围内并从零负载到满载都能工作在软开关状态。
图7-8 零转换关PWM电路的基本开关单元
14
电力电子技术 a)零电压转换PWM电路的基本开关单元 b)零电流转换PWM电路的基本开关单元
7.1.2 零电压开关和零电流开关
➢ 在20世纪80年代,电力电子软开关技术大部分的研 究集中在谐振变换器的应用上。
➢ 谐振变换器是应用谐振原理,利用开关变换器的谐振 回路(Resonant Tank),使其中的电压(或电流) 按正弦规律变化。
➢ 当电流自然过零时使器件关断ZCS或ZVS,从而减少 开关损耗,提高开关频率,减小磁性元件体积。
UDS=0。 ✓ 由于Us>ucr , iLr上
升,在iLr小于iL (约
0
Us / Zr
iLr
IO
0
uDS
t0 t1 t2 t3t4 t5t6
TS t0
t t
等于Io )前,uCr=0。
0 uCr
t
Us
✓ 这一时段 iLr的上升 0
b)
t
率为diLr /dt=Us/Lr。
图7-11 Buck型半波零电流准谐振变换器 a)电路 b)电路波形
钳位为0,VDf为通
态,VT为断态。
uG
0
✓ 在t6~t`0时段,iLr =0,
iLr 0
如果在t`0时刻开通 uDS
VT,则iLr从0开始上
0 uCr
升,由于电感Lr的作 用,近似于零电流开
电力电子技术课件 第7章 电力电子技术应用
7.1.4混合动力电动汽车对电力电子 技术的要求
受实际运用条件的限制,要求混合 动力电动汽车用电力电子技术及装置应 具有成本低、体积小、比功率大、易于 安装的特点。除此之外,下面的技术细 节需进行重点考虑:
(1)电力电子装置密封问题 (2)电磁兼容/ 电磁干扰(EMC/EMI)问 题
(3)直流母线电压利用问题 (4)电力电子装置控制问题
图7-2 混联工作方式
7.1.3电气系统结 构及各部分电力 电子装置
图7-3 Prius THSⅡ整车电气系统结构
下面主要介绍功率控制单元的结构 组成和主要作用 。
1.电动机/发电机用逆变器单元 2.DC-DC 升压变换器单元 3.DC-DC 降压变换器单元
图7-4 功率主回路示意图
图7-5 Prius THSⅡ可变压系统电路结构图
图7-15 带双向变换器的独立光伏发电系统电路图
图7-11 太阳能光伏发电系统
(1)独立光伏发电系统
图7-12所示为一种常用的太阳 能独立光伏发电系统结构示意图, 该系统由太阳能电池阵列、DC/DC 变换器、蓄电池组、DC/AC逆变器 和交直流负载构成。
图7-12 独立光伏发电系统
(2)并网光伏发电系统
图7-13所示一种常用的并网光伏发 电系统结构示意图,该系统包括太阳能 电池阵列、DC/DC变换器、DC/AC逆变 器、交流负载、变压器,另外该系统可 根据需要在DC/DC变换器输出端并联蓄 电池组,以用于提高系统供电的可靠性, 但系统成本将增加。
7.2半导体照明技术
LED光源与传统光源相比较,具有 如下的优点:超长寿命,可达几万小时, 传统光源一般为几千小时;结构坚固, 没有钨丝、玻壳等容易损坏的部件,具 有极高的抗震性能;响应速度快,光通 上升时间短;对点灯线路要求低,易实 现调光和智能控制;耐开关冲击,适用 于频繁开关场合;高效节能,现有光效 已经超过白炽灯,理论光效可达200 lm/W ;不含汞、铅等有害物质,没有 双向变换器的独立光伏发电 系统结构框图如图7-14所示。该系 统主要包括几个部分:太阳能电池 阵列、BOOST变换器(升压变换 器)、负载、双向BUCK-BOOST 变换器(升降压变换器)、蓄电池 以及控制电路,如图图7-15所示。
电力电子技术第7章 脉宽调(PWM)技术
17-82
7.2.1 计算法和调制法
一般在输出电压半周期内,器件通、断各2k次, 考虑到PWM波四分之一周期对称,k个开关时 刻可控,除用一个自由度控制基波幅值外,可 消去k-1个频率的特定谐波。 k的取值越大,开关时刻的计算越复杂。 除计算法和调制法外,还有跟踪控制方法,在
7.3节介绍。
18
• 第5、6章已涉及到PWM控制:第5章直流斩波 电路采用的就 PWM 技术;第 6 章的 6.1 斩控式 调压电路和6.4矩阵式变频电路都涉及到了。
2
2-82
第七章 PWM控制技术• 引言
• PWM控制的思想源于通信技术,全控型器件的发展使得实
现PWM控制变得十分容易。
• PWM技术的应用十分广泛,它使电力电子装置的性能大大 提高,因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的
在ur的半个周期内,三角波 载波不再是单极性,而是有 正有负,所得PWM波也有正 有负,其幅值只有±Ud两种 电平。 ur正负半周,对各开关器件 的控制规律相同。
N fc 9 fr
Vcm Vrm
vc
2p
0
wt
vr
v ab
VD
p
2
0
3p 2
2p
p
2
wt
VD
d1
d2
图7-6 双极性PWM控制方式波形23
24-82
7.2.1 计算法和调制法
u O uo uof uc ur
u ur uc
wt
O
wt
uo Ud O -Ud
uo Ud
u of
uo
wt
O
-Ud
wt
图7-5 单极性PWM控制方式波形
电力电子技术课后习题重点(第五章~第七章)
4-4电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么?为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管?在电压型逆变电路中,当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流侧电容起缓冲无功能量的作用。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反馈二极管。
当输出交流电压和电流的极性相同时,电流经电路中的可控开关器件流通,而当输出电压电流极性相反时,由反馈二极管提供电流通道。
4-8.逆变电路多重化的目的是什么?如何实现?串联多重和并联多重逆变电路备用于什么场合?答:逆变电路多重化的目的之一是使总体上装置的功率等级提高,二是可以改善输出电压的波形。
因为无论是电压型逆变电路输出的矩形电压波,还是电流型逆变电路输出的矩形电流波,都含有较多谐波,对负载有不利影响,采用多重逆变电路,可以把几个矩形波组合起来获得接近正弦波的波形。
逆变电路多重化就是把若干个逆变电路的输出按一定的相位差组合起来,使它们所含的某些主要谐波分量相互抵消,就可以得到较为接近正弦波的波形。
组合方式有串联多重和并联多重两种方式。
串联多重是把几个逆变电路的输出串联起来,并联多重是把几个逆变电路的输出并联起来。
串联多重逆变电路多用于电压型逆变电路的多重化。
并联多重逆变电路多用于电流型逆变电路的多重化。
在电流型逆变电路中,直流电流极性是一定的,无功能量由直流侧电感来缓冲。
当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时,电流并不反向,依然经电路中的可控开关器件流通,因此不需要并联反馈二极管。
5-1简述图5-la 所示的降压斩波电路工作原理。
答:降压斩波器的原理是:在一个控制周期中,让V 导通一段时间on t 。
,由电源E 向L 、R 、M 供电,在此期间,Uo=E 。
然后使V 关断一段时间off t ,此时电感L 通过二极管VD 向R 和M 供电,Uo=0。
一个周期内的平均电压0on offE t U t ⋅=⋅输出电压小于电源电压,起到降压的作用。
5-2.在图5-1a 所示的降压斩波电路中,已知E=200V ,R=10Ω,L 值微大,E=30V ,T=50μs ,ton=20μs ,计算输出电压平均值U o ,输出电流平均值I o 。
电力电子技术第7章斩波调压电路
第七章斩波调压电路7.1 基本斩波电路7.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路7.3 带隔离的直流直流变流电路引言■直流-直流变流电路(DC/DC Converter),也称斩波电路,包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。
■直接直流变流电路◆功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。
◆一般是指直接将直流电变为另一直流电,这种情况下输入与输出之间不隔离。
■间接直流变流电路◆在直流变流电路中增加了交流环节。
◆在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离,因此也称为直—交—直电路。
7.1 基本斩波电路7.1.1 降压斩波电路图7-1 降压斩波电路的原理图及波形a )电路图b )电流连续时的波形c )电流断续时的波形■降压斩波电路(Buck Chopper)◆电路分析☞使用一个全控型器件V ,图中为IGBT,若采用晶闸管,需设置使晶闸管关断的辅助电路。
☞设置了续流二极管VD ,在V关断时给负载中电感电流提供通道。
☞主要用于电子电路的供电电源,也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等,后两种情况下负载中均会出现反电动势,如图中E m 所示。
◆工作原理☞t=0时刻驱动V导通,电源E向负载供电,负载电压u o =E ,负载电流i o 按指数曲线上升。
☞t=t 1时控制V关断,二极管VD续流,负载电压u o 近似为零,负载电流呈指数曲线下降,通常串接较大电感L 使负载电流连续且脉动小。
◆基本的数量关系☞电流连续时√负载电压的平均值为: E E T t E t t t U on offon on o α==+=√负载电流平均值为: 式中t on 为V处于通态的时间,t off 为V处于断态的时间,T 为开关周期,α为导通占空比,简称占空比或导通比。
RE U I m o o −=☞电流断续时,负载电压u o 平均值会被抬高,一般不希望出现电流断续的情况。
◆斩波电路有三种控制方式☞脉冲宽度调制(PWM):T不变,改变t on 。
现代电力电子技术第7章(Snubber and Resonance 4h)
§7.1 开关过程与缓冲电路
开关损耗与器件应力 有损缓冲电路 无损缓冲电路
§7.2 谐振软开关变换器
负载谐振变换器
开关(准)谐振变换器
哈工大(威海)自动化研究所
§7.1 开关过程与缓冲电路
§7.1.1 开关损耗与器件应力
§7.1.2 有损缓冲电路
电感电流断续的缓冲电路 电感电流连续的缓冲电路 §7.1.3 无损缓冲电路 关断缓冲电路 开通缓冲电路
设: uCE线性下降
Ui
IL
Ui
tFU tUP
IL
Ui
tFU IL uCE tUP
iC
tUP
uCE
iC
uCE
iC
哈工大(威海)自动化研究所
RLD开通缓冲电路
临界电感缓冲
Ui
IL
由 对偶原理:
★ 开关损耗α=2/3时最小
iC
tUP
t tUP
uCE
开通 并联 电压 电容 上升 …
关断 串联 电流 电感 下降 …
T
D1 C1 D3 L1
L
C
R
uo
D
Ui
C2
D2
自行分析
哈工大(威海)自动化研究所
2
无损开通缓冲电路 与RLD串联缓冲相似
Ut L1 (0.06 ~ 0.5) i UP IL
T L Ds N2 N1 D C R
uo
★ 在最小关断时间内应保证次级电流回零,剩余能量为零
Ui
L2 I 2 t OFF -min
哈工大(威海)自动化研究所
§7.1.1 开关损耗与器件应力
总损耗P = 导通损耗Pon + 阻断损耗Poff + 开关损耗 Ps ( Ps=40~80%P)
电力电子技术第七章PWM控制技术
5
7.2.1 计算法和调制法
■计算法 ◆根据逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期内
的脉冲数,将PWM波形中各脉冲的宽度和间隔准确计算出 来,按照计算结果控制逆变电路中各开关器件的通断,就可 以得到所需要的PWM波形,这种方法称之为计算法.
负载相电压的PWM波由±2/3Ud、±1/3Ud和0 共5种电平组成.
◆为了防止上下两个臂直通而造成短路,在上 图7-8 三相桥式PWM逆变电路波形 下两臂通断切换时要留一小段上下臂都施加
关断信号的死区时间.
12
7.2.1 计算法和调制法
图7-9 特定谐波消去法的输出PWM波形
■特定谐波消去法 ◆是计算法中一种较有代表性的方法. ◆如果在输出电压半个周期内开关器件开通和关断各k次,考虑到
◆在fr低的频段采用较高的载波比,以 使fc不致过低而对负载产生不利影响.
◆为了防止fc在切换点附近的来回跳 动,在各频率切换点采用了滞后切换的方 法.
◆有的装置在低频输出时采用异步调
制方式,而在高频输出时切换到同步调制 方式,这样可以把两者的优点结合起来, 和分段同步方式的效果接近.
19
7.2.3 规则采样法
高频段略有差异. ◆实例 ☞将图7-1a、b、c、d所示的脉冲作为输入,加在图7-2a所示的R-L
电路上,设其电流it为电路的输出,图7-2b给出了不同窄脉冲时it的响应波 形.
图7-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
图7-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形
3
7.1 PWM控制的基本原理
■用PWM波代替正弦半波
第7章晶体管的结构与工作原理
2020年9月9日星期三
6
第 7 章 电力电子技术
7.1.3 晶闸管的伏安特性
晶闸管的伏安特性如下图所示
1.当门极电压UGK=0时,门极电流IG =0。 此时,若施加正向 阳极电压UAK,当UAK较 小时,阳极电流IA较小,称为正向漏流,管 子处于阻断状态。继续加大UAK至UBO时,管 子处于正向阻断状态。管子突然由阻断状态 变为导通状态。称UBO值为正向转折电压。导 通之后,管压降降为UT,IA随UAK快速增减。 当IA减至IH以下时,管子恢复阻断,回到原点。 IH为维持电压。
2020年9月9日星期三
2
第 7 章 电力电子技术
7.1.1 晶闸管的基本结构பைடு நூலகம்
晶闸管的外型如下图所示
螺旋式
平板式
塑封式
它有三个引出极:阳极(A)、阴 极(K)、和门极(G)。螺旋式 晶闸管中, 螺栓是阳极A的引出 端,并利用它与散热器紧固。平板 式则由两个彼此绝缘的散热器把晶 闸管紧夹在中间,由于两面都能散 热,因而200A以上的晶闸管常 采用平板式。小功率晶闸管常采用 塑封式,其上部的金属片用螺栓与 散热片紧密接触,以利散热。
2020年9月9日星期三
7
第 7 章 电力电子技术
7.1.4 晶闸管的主要参数
1.正向重复峰值电压UDRM UDRM是指在门极开路和晶闸管阻断条件下,允许重复加在晶闸管上的正向
峰值电压。普通晶闸管的UDRM值为100—3000V。
2.反向重复峰值电压URRM URRM是指门极开路时,允许重复加在晶闸管上的反向峰值电压。普通晶闸管
2020年9月9日星期三
5
第 7 章 电力电子技术
实验结果如下:
1.晶闸管在反向阳极电压作用下,不论门极为何种电压,它都 处于关断状态。
电工与电子技术基础课件第七章晶闸管电路
结论 2.晶闸管的导通与关断条件
(1)导通条件
1)阳极加适当的正向电压,即UA>0。 2)门极加适当的正向触发电压,即U G>0。 3)电路参数必须保证晶闸管阳极工作电流大于维 持电流,即IA>IH,维持电流IH是维持晶闸管导通的最 小阳极电流。
(2)关断条件
特点
单相半波可控整流电路具有线路简单,只需要一个晶闸管, 调整也很方便。整流输出的直流电压脉动大、设备利用率不 高等缺点。故只适用于要求不高的小功率整流设备上。
【例7-1】在图7-5a所示电路中,变压器二次电压U2=100V,
当控制角α分别为0º、90º、120º、180º时,负载上的平均电 压是多少?
晶闸管
例如KP10-20表示额定通态平均电流为10A,正反向重复峰值电压为 2000V的普通反向阻断型晶闸管。
五、晶闸管使用注意事项
晶闸管特点:具有体积小、损耗小、无声、控制灵 敏度高等许多优点的半导体变流器件,但它对过流 和过压承受能力比其他电器产品要小得多。
使用时应注意以下几点:
1)在选择晶闸管额定电压、电流时,应留有足够的安 全余量。
1)撤除阳极电压,即UA≤ 0。 2)阳极电流减小到无法维持导通的程度,即IA<IH。 常采用的方法有:降低阳极电压,切断电流或给阳极 加反向电压。
想一想
1)根据晶闸管的结构图7-2a所示,可将其看成是 ( )型和( )型两个晶体三极管的互连。
2)有人说:“晶闸管只要加上正向电压就导通, 加上反向电压就关断,所以晶闸管具有单向导电性 能。”这句话对吗?
第二节 晶闸管可控整流电路
晶闸管可控整流与二极管整流有所不同,它不仅能将 交流电变成直流电,且改变的直流电的大小是可调的、可控的。
电力电子技术第7章 触发电路
27
图 7.12 同步移相环节
28
图 7.13 αmin、βmin的限制
29
图 7.14 C6 充放电路径
30
三、电路评价 本触发电路的缺点是理论上移相范围可达 180°, 但由于正弦波顶都平坦,实际上只有150°左右;由 于同步信号直接取自电网,若不经滤波或滤波效果 不好,可能会出现误触发;若同步电压不叠加其他 波形,则当电网电压下降时,可能会出现交点丢失 的失控现象。
8
二、阻容移相触发电路 图 7.4(a)是另一种简单的相控触发直流调 压电路。其触发电路是一个具有中心抽头的变压器 T和电位器 RW、电容 C 组成的 R、C 桥式电路, 所以又称为阻容移相桥触发电路。
9
图 7.4 阻容移相桥触发电路
10
定
α 角与 RW、C 参数的关系可由图 7.4(b)确
移相桥参数可由以下经验公式求得:
5
一、幅值控制触发电路 图 7.3(a)电路是一种简单的相控触发直流 调压电路。其主电路为单相半波可控整流电路。触 发是通过来自电源,经 RW 和 VD 进入晶闸管门极 的电流实现的。
6
图 7.3 简易相控直流调压电路
7
如果忽略负载电阻及 VD、门极———阴极间 的电阻,则 ig≈u2/RW;当 ig= IGT时晶闸管导通,因 此可以近似认为: 令 α =π/2,可方便地标出 RW max的值为
14
图 7.5 单结管的结构、符号及电路
15
图 7.6 单结管的特性
16
17
二、单结晶体管自激振荡电路 负阻特性是单结晶体管的重要特性,利用这种 特性并经过电阻、电容的简单组合就可以构成自激 振荡电路。
18
图 7.7 单结管自振荡电路
电力电子技术 第七章:脉冲整流
谐波含量低,减少对电网污染;
体积小、重量轻、动态响应快。
二、基本原理
控制目标:使交流侧电 流与电压同相位
u N (t ) 2U N sin t
i N (t ) 2I N sin t
Pd (t ) ud (t ) id (t ) PN (t ) u N (t ) iN (t ) U N I N (1 cos 2t )
+
IN uN
LN us
T2
A
T4
2
L2 Cd C2 ud
B
4
D D 变流器工作模式及能流关系(网压 uN (t) 为正半波时)
图7.6 单相电压型PWM整流器的主电路图
T1
T3 D1 D3
+
IN uN
LN us
u C 变流器工作模式及能流关系(网压 uN (t) 为正半波时) B C T T
d d
CN
Ld Id
T1
T3
负 载
T2
T4
图7.15 电流型单相PWM整流器
与电压型类似,根据各功率器件的工作状态及能量流 向,变流器的工作模式也可分成3类12种模式: (1)电源断接(us=0):电源与CN交换能量(4种) (2)整流:变流器从交流电源或CN吸收能量(4种) (3)逆变:变流器向交流电源或CN泄放能量(4种)
1、直接电流控制——电流跟踪控制
双闭环控制系统 根据外环的比较结果确定参考电流幅值和极性
根据内环的比较结果确定功率开关的通/断状态 特点: 控制系统简单; u 电流响应快; + u 开关频率不固定, 滤波困难。
* d
iaibic
-
PI
id
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1、串行通信的特点:
按位传送 造价低,适合于远距离传送 串行通信传送的信息有固定格式。
2、串行通信分类:按照数据流方向
单工:两个设备之间只允许一个方向传送信息。 半双工:两个设备之间只有一条通信通路。
全双工:两个设备之间有两条通信通路。
8
串行通信根据数据流方向不同的三种分类 A A A B B B 单工方式 半双工方式 全双工方式
•计数器 工作方 式选择 位
•数据读/写 格式选择位
SC1、SC0:计数器选择位。这两位表示这个控制字是对哪一个 计数器设置的。 00—计数器0;01—计数器1;10—计数器2;11—非法选择。 RW1、RW0:数据读/写格式选择位。 00—将计数器当前值锁存于输出锁存器中,以便读出; 01—只读/写计数器的低8位,写入时高8位自动设置为0; 10—只读/写计数器的高8位,写入时低8位自动设置为0; 11—对16位计数器进行两次读/写操作,低字节在前,高字节在 后, 两次操作的地址相同。 M2、M1、M0:计数器工作方式选择位。 000—方式0;001—方式1;010—方式2; 011—方式3;100—方式4;101—方式5。
第六章重点内容
一、I/O端口
1、什么是I/O端口?I/O端口根据功能分类。
2、8086CPU 管理I/O端口的能力以及I/O端口的编址 方法。 3、微型计算机中主机与外设之间常用数据的输入输出 方式。
4、简单接口的应用(地址译码、软件编程)
二、中断
1、中断的概念,中断的分类。 2、中断处理的一般过程。
RS -- 232 -C电平
~ ~
RS — 232C接口
7、RS-232C总线标准及电平转换
1、机械特性:25芯插座(孔或针) 2、信号定义: 286页 3、电平标准:- 5V ~ - 15V 表示逻辑 ‘1’,+ 5V ~ +15V 表示逻辑 ‘0’ +12V -12V +5V
TTL电平
发送器 MC1488
(2) 用户如果需要读出当前计数器的值,必须先发控制字 令计数值锁存;然后在下一条指令才能读回已锁存的计数 值。
初始化程序流程
只有一个计数器被应 用时的初始化程序设 计流程:
当有两个以上计数器 被应用时的初始化程 序设计流程:
写 CNT0 控制字 写 CNT0 计数初 值
写控制字
初始化CNT0
MOV AL,04H
OUT 40H,AL ;写计数器 0 的初值
例2
8253工作为计数器 1,方式 3,初值为4020H,十进制计 数,设寄存器地址为40H、41H、42H 、 43H 控制字
0 1 1 1 0 1 1 1 77H
编程 MOV AL,77H
OUT 43H,AL ;写计数器 1 的控制字
串行通信根据数据传送格式不同分类: 同步通信
异步通信
9
3、发送器与接收器
并串变换寄存器
………... 发送 控制 通信线路 …….. 通信线路 发送 时钟
串并变换寄存器
………..
……….. 接收 时钟
……...
发送缓冲器
接收缓冲器
接收 控制
CPU 发送数据
CPU 接收数据
发送器
接收器
4、传送速率
16
D7 ~D0
输出锁存器 CLK1 GATE1 OUT1 CLK2 GATE2 OUT2
读 写 逻 辑 电 路
控制 寄存器
计 数 器1
计 数 器2
8253内部寄存器:
8253包括三个可独立工作的16位定时/计数器,一个控制寄 存器。 4个端口的地址编码: A1 A0 0 0 CNT0(计数初值寄存器和计数寄存器) 0 1 CNT1 (计数初值寄存器和计数寄存器) 1 0 CNT2 (计数初值寄存器和计数寄存器) 1 1 控制寄存器 8253的初始化:工作方式设置;计数初值设置(0-65535 或0-9999)
1
第六章重点内容
3、8086CPU可以管理的中断类型数量,范围。
4、什么是中断向量?中断向量表的功能。
5、中断向量表在内存中的位置?中断向量号和中断向 量表中的中断向量之间的关系。CPU响应中断时,如何 根据中断向量号找到对应的中断服务程序? 6、8086CPU响应可屏蔽中断的过程。
三、8259A芯片应用(理解)
向计数器赋计数初值,高8位、低8位写入同一地址。 控制字的功能是:选择计数器,确定对计数器的读/ 写格式,选择计数器的工作方式以及确定计数的数
制。
8253控制字的格式如图 所示。
23
•控制字寄存器(8位,只写,A1A0=11B)
D7 SC1 D6 D5 D4 D3 M2 D2 M1 D1 M0 D0 BCD
MOV AL,20H OUT 41H,AL ;写计数器 1 的低 8 位初值 MOV AL,40H OUT 41H,AL ;写计数器 1 的高 8 位初值
例3
8253工作为计数器 2,方式 3,初值为4000H,十进制 计数,设寄存器地址为40H 、41H、42H、43H • 控制字
1
0
1
0
0
1
•数制选择 1: BCD 码计数
SC0 RW1 RW0
00: 选通道0 01: 选通道1 10: 选通道2 11: 无效
•计数器选择位
0:二进制计数 000:方式0 001:方式1 10:方式2 11:方式3 100:方式4 101:方式5 00:计数器锁存 01:只读/写计数器低字节 10:只读/写计数器高字节 11:先读/写计数器低字节, 后读/写高字节
O
RS — 232C电平
O
TTL电平 接收器 MC1489
二、可编程定时器/计数器8253
掌握:
引线功能及计数启动方法
6种工作方式及其输出波形
应用:
芯片与系统的连接
芯片的初始化编程
13
8253芯片概述
• 8253是Intel公司生产的可编程计数/定时器芯片。8253的通 用性强,适用于各种微处理器组成的系统。
用来衡量数据传送快慢的量,传送速率的单位是波特率。 波特率:每秒钟传送的二进制位数,用 b / s 表示。 波特率与发送/接收时钟的关系为
b /s =
收/发时钟 n
n
叫波特率因子,(可取 1, 16, 64)
5、同步通信与异步通信数据传送格式
同步通信:收发时钟一致,以多个字符序列组成一个信息帧,每帧
需要两个写脉冲
两条OUT指令
第1个写脉冲写入控制字 第2个写脉冲写入计数初值
不同的工作方式,有不同的计数启动方法。
可根据对输出波形的要求,选择不同的工作 方式。 能输出连续波形的只有方式2和方式3。
22
3、
8253的控制字、初始化编程
在8253工作之前,必须对它进行初始化编程:
向8253的控制字寄存器写入控制字
1
1
A7H
编程
MOV AL,0A7H OUT 43H,AL ;写计数器 2 的控制字,
;并清 16 位初值寄存器
MOV AL,40H
OUT 42H,AL ;仅写计数器 2 的高 8 位初值
4. 8253的应用
与系统的连接:数据线、地址线、控制线
初始化程序设计:
写入控制字 置计数初值:如果初值为8位字长,则一次写 入;若初值为16位字长,则需两次写入 初值计算: 计数器 定时器
GATE 方式 2(频率发生器)
20
WR
CW=16
LSB=4
CLK GATE OUT
WR
工作方式
CW=16
4
LSB=5
3 2 (a) 计数值为偶数
1
4
3
2
1
4
3
CLK GATE OUT
WR
CW=18
5 LSB=3
4
3
2
1
5
4
3
2
1
(b) 计数值为奇数
方式 CLK3(方波发生器)
GATE
软、硬件启动,自动重复计数。 OUT 3 OUT端输出对称方波
31
与系统的连接示意
8253
DB IOW IOR A1 高 位 地 址 D0~D7
WR
RD A1
CLK
GATE OUT
外设
A0
译码器
A0
CS
32
8253应用例
采用8253作定时/计数器,其接口地址为0120H~0123H。 输入8253的时钟频率为1MH。要求:
CNT0每0.5ms输出一个CLK周期宽的负脉冲(频率为2KHZ), BCD计数(方式2)
17
8253寄存器选择表
软件启动 硬件启动
GATE端为高电平 GATE端有一个上升沿
19
WR CLK GATE=1 OUT
CW=10
LSB=4
2、 8253的工作方式(6种)
4 3 2 1 0 FF
FE
方式0(计数结束中断) CW=12
WR
LSB=3
软件启动,不自动重复计数; 由初值写入指令启动;启动计数时: OUT端变为低电平,计数 CLK 结束OUT端输出高电平。 GATE
以同步字符做为开始。 同步字符 校验字符
异步通信:收发时钟可不一致,以一个字符为单位,以起始位开始,停止位结束。