开关电源基础与应用(第二版)(辛伊波)6-10章 (3)
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开关电源原理与应用共70页
隔离变压器的必要性
反激型开关电源
反激变换器
反激变换器
反激电器结构特点
半桥型电源
半桥式电源特点（降低了开关管 电压要求）
全桥型电源
全桥式电源特点
推挽型电源
推挽电源特点
开关电源的控制原理
开关电源控制模式
电流控制模式的优点
电流控制模式的优点
电流峰值控制模式
电流平均值控制模式
PWM比较器原理
MOS管开关的驱动
MOS管驱动示意图
MOS管驱动示意图
MOS管驱动示意图
MOS管驱动示意图
MOS管驱动示意图
MOS管驱动示意图
MOS管驱动示意图
MOS管驱动示意图
早期开关电源对电网的污染
因开关电源输入端的整流滤波作用， 从电网进入的电流成为尖脉冲，在 电网中产生多次谐波，甚至在中线 中产生大电流，造成电网无功功率 的剧增。
MOS管优点:驱动功率小,开关速度快.
电感：储能、稳流
电容：储能、滤波
开关电源的过去、现在和未来
过去：用可控、晶体管作开关，开关速
度较低。
现在：用MOS管、IGBT作开关，出现
了PFC功率因数补偿电路，同步整流电 路，软开关电路。开关速度提高。
将来：高性能SiC器件开关，高频磁技
术，大电容技术。开关速度更快。
开关电源原理与应用
开关电源原理与应用
线性稳压电源的缺点
开关电源
定义：凡通过半导体器件作 为开关，实现电压形态的转 化的，即可称为电压转换器。 若同时具有电压稳定的闭环 控制功能和保护功能，即可 称为开关电源。
开关电源稳压原理概述
开关电源稳压原理（脉宽调整）
开关电源的主要元件
开关电源基础与应用(第二版) 第4章
图4-3 LM2577ADJ应用电路
4.1.2 单片开关电源L4962 1．L4962构成的可调稳压电源电路 L4962的内部电路集成有5.1 V的基准电压稳压器、锯齿
波发生器、PWM比较器、误差放大器和功率开关等。为了 提高可靠性，还设有过流限制和芯片过热保护电路。L4962 的锯齿波发生器外接并联的定时电路RT、CT，振荡频率可 以由下式确定：
图4-5 W296组成的降压开关电源电路
3．W296组成的保护电路 W296具有延迟动作保护功能，可用于输出过流、短路 保护电路。图4-6所示为延迟动作保护电路的原理图。该电 路增设小阻值取样电阻R2，串联接在输出负载电路中。当负 载电流超限时，开关管VT立即导通，其发射极输出高电平 经VD3送入12脚，14脚输出延时后，通过VD1输入6脚启动保 护电路。为了使短路保护动作更快，13脚外接C1容量约为 0.22 μF左右，保持大约10 ms的延时。其目的是防止接通电 源瞬间C2的充电峰值电流使电路误动作。
LM2576ADJ的内部结构见图4-1。
图4-1 LM2576ADJ的内部结构
2．LM2576ADJ的应用 LM2576ADJ的典型应用电路如图4-2所示。其中 LM2576ADJ各脚功能如下： 1脚：直流电压输入端，输入电压最高为45 V。若由低 压交流整流供电，为了避免空载时电压超出45 V，交流输入 电压应不高于32 V。 2脚：脉冲输出端，最大输出5.8 A的调宽脉冲。在正脉 冲持续期，二极管VD截止，脉冲电流向L存储磁场能量，同 时向负载提供直通电流，并向C充电。在脉冲截止期，L释 放磁场能量，产生右正左负的感应电势使VD导通，继续向C 充电，并向负载提供不间断的电流。输出电压值取决于输出 脉冲的幅度和占空比。
3脚：输入、输出级共地端。 4脚：脉冲宽度控制端。当4脚电位升高时，输出脉冲宽 度减小，使输出电压降低。电路中由RP3 + RP4、R1组成输出 电压取样分压器，通过调整RP3(细调)和RP4(粗调)可改变输出 电压值。在上述控制过程中，输出电压Ui的表达式为
开关电源基础与应用(第二版) 第2章
图2-3 晶闸管过压保护原理
自激式降压型开关电源的过流保护相当重要，因为自激 式负载短路保护功能不可能代替负载过流保护。实用中一旦 开关电源负载过流引起开关管击穿，将造成严重超压，使开 关电源和负载电路同时损坏。
最简单的过流保护可通过在电路中加入负载电流I0取样 电路实现，原理见图2-4。
在开关电源稳压输出端，设置负载电流取样电阻R0，通过R0 将负载电流I0变成过流电压U0 = I0·R0。VT2作为过流控制管， 当I0R0 > 0.7 V时，VT2导通，稳压管输出电压U2经VT2集电 极输出，触发晶闸管导通，将开关电源负载短路，实现停振
冲变压器，使得VT1可以依靠脉冲变压器的正反馈作用产生 振荡。
图2-2 不隔离电源原理图
2.1.2 降压型电源保护电路 降压型开关电源的输出过压保护至关重要，因为输出电
压超压，不仅开关电源本身受损，负载电路也同时会损坏。 新的过压保护器件的内部电路由一只小型压敏二极管VDVS 和一只晶闸管VS组成，见图2-3。小电流的VDVS和晶闸管VS 封装在同一芯片上，VDVS击穿后触发大电流晶闸管VS，使 短路效果更可靠。该器件有A、K、G三只脚，外表与晶闸 管相同，用于保护电路时，在G极和K极之间外电路加入R、 C，防止干扰脉冲造成晶闸管误触发。
图2-4 自激式电源过流保护原理
利用晶闸管的短路保护可以实现更精确的过压保护。用 分压电阻将U2分压，将分压点经过稳压二极管接入晶闸管 控制极。如果U2升高，分压点电压使稳压管反向击穿，则 触发晶闸管导通。由于稳压管有比较准确的稳定电压值，特 性曲线比较陡，反向电流较小，因此这种过压保护精度可以 达到输出电压2%以内，优于上述简单的过压保护电路。
保护。该电路具有自锁功能，一旦负载电流增大的持续时间
关于开关电源的书
关于开关电源的书开关电源是一种常见的电源类型，广泛应用于许多电子设备中。
它具有高效率、小体积和稳定性好等特点，因此备受推崇。
本文将详细介绍开关电源的工作原理、优点和应用领域，并对其在现代电子技术中的地位进行探讨。
第一章：开关电源的工作原理（约2000字）开关电源是一种能将输入电能转换成稳定输出直流电能的电源装置。
它的基本工作原理是通过开关元件对输入电压进行高频的开关控制，使得输入电能以脉冲形式传递到输出端，经过滤波和稳压环节后得到稳定的直流输出。
开关电源将输入电能转换成高频脉冲信号，可以通过变压变流进行功率传输，然后经过整流和滤波得到所需的直流电压。
开关电源采用了先进的电子元器件，如功率开关器件、高频变压器、电感、电容等，配合复杂的控制电路实现高效率和稳定输出。
第二章：开关电源的优点（约2000字）开关电源相对于传统的线性电源具有多种优点。
首先，开关电源的效率高，可以达到85%以上，远高于线性电源的60%左右。
其次，开关电源体积小巧，适合应用于小型电子设备中。
此外，开关电源稳定性好，可以在较大的输入电压范围内保持输出电压的稳定性。
开关电源还具有较低的输出纹波和良好的电流、电压调节特性。
总之，开关电源具有高效、小巧、稳定等多方面的优点，因此被广泛应用于各种电子设备中。
第三章：开关电源的应用领域（约2000字）开关电源在现代电子技术中有着广泛的应用。
首先，它常被用于计算机、电视机、音响等家用电器中，为这些设备提供稳定的电源。
其次，开关电源在通信设备领域也有重要应用，如基站、交换机、路由器等。
这些设备需要高效率、小体积的电源，以满足其长时间运行的需求。
再者，开关电源还被广泛应用于医疗设备、工业自动化设备、航空航天等领域。
开关电源可以满足这些设备对稳定性、效率和体积的严格要求，提供可靠的电源支持。
第四章：开关电源的未来发展趋势（约2000字）随着科技的不断发展，开关电源仍然有很大的发展空间。
首先，随着能源危机的日益加剧，节能和环保已成为重要的发展目标。
电工与电子技术基础第2版课件第6章
第6章 发、输、配电和照明电路与安全用电
2.护套导线在安装时一般规定
(1) 室 内 使 用 时 ， 铜 芯 护 套 芯 线 最 小 截 面 不 得 小 于 0.5mm2，铝芯不得小于1.5 mm2； (2) 护套线路连接时，应采用接线盒、分线盒或其它电 器装置的连线柱进行连接接头； (3) 护套线的固定有两种方法，一种是采用金属卡片固 定；另一种是采用与护套线配套专用的塑料线卡固定，严 禁使用铁钉直接穿过护套线固定。
第6章 发、输、配电和照明电路与安全用电
2) 日光灯电路如图6.2.3所示。主要由日光灯管， 镇流器，起动器、起动器座、日光灯灯座、日光灯 架和连接导线等组成。
起辉器
N S
日光灯管
镇流器
FU
L
图6-6 日光灯电路接线图
第6章 发、输、配电和照明电路与安全用电
3.照明电器附件的安装
(1) 安装单极照明开关，应串接在相线中； (2)开关距地面的安装高度：拉线开关为1.8米； 墙壁开关为1.3米；高插座为1.8米；低插座为0.3米； 在托儿所、幼儿园等不应低于1.8米； (3) 成排开关高度一致，高低差不大于 2 毫米， 拉线开关相邻间距不小于20毫米； (4) 安装壁开关时，开关的扳把方向应一致。 (5)插座线孔的排列、连接线路的顺序要一致。 (6)插座必须固定在绝缘板上或接线盒中，不允 许用电线吊装。 (7) 交、直流或不同电压的插座安装在同一场所 时，应有明显区别。
N
(a)
(b)
图6-7 单相触电
第6章 发、输、配电和照明电路与安全用电
(2) 两相触电 如图6-8所示。
(3)跨步电压触电 当带电体接地有电流流入地下时 (如架空导线的一根断落地上时)，在地面上以接地 点为中心形成不同的电位，人在接地点周围，两脚 之间出现的电位差即为跨步电压。线路电压越高， 离落地点越近，触电危险性越大。 (4)接触电压触电 如图6-9所示。
《开关电源基础与应用》课件第10章
第10章 提高电源质量的新技术 10.2.2 多重级联变换器的结构
对于N重相同的H桥臂串联的级联型变换器，若能输出 M个电平，则该变换器称为N重M电平级联型逆变器，其中， M=2N+1。由此可知，由两个级联单元组成的级联型逆变器， 可输出 +2E、E、0、－E、－2E五种电平，由H型全桥逆变 电路作为功率单元级联而成。例如图10-5就是一个三重七电 平级联型逆变器，此种拓扑结构的特点是：
第10章 提高电源质量的新技术 图10-6 H桥逆变单元的主电路拓扑结构
第10章 提高电源质量的新技术
为防止直流母线发生短路，同一桥臂的两个IGBT不能 同时导通，因而来自控制系统的IGBT的触发信号中VT1和 VT2触发信号反相，VT3和VT4触发信号反相。四个IGBT共 有四种有效的组合状态：当VT1和VT4导通而VT2和VT3关断 时，L、R之间输出电压为 +E，即Uo=+E；当VT2和VT3导通 而VT1和VT4关断时，L、R之间输出电压为－E，即Uo= －E；当VT1和VT3导通而VT2和VT4关断时，或当VT2和VT4 导通而VT1和VT3关断时，L、R之间输出电压为0，即Uo=0。 因此，根据四个IGBT不同的状态组合，每个逆变功率单元 能够输出3种不同电平的电压，+E、0和－E，如图10-7所示。
第10章 提高电源质量的新技术
5．线电压冗余与相电压冗余 三相多电平逆变器存在线电压冗余状态。以五电平逆变 器为例，可输出电压2、1、0、－1、－2，则可知当(ua, ub, uc)=(1，1，0)与(ua，ub，uc) = (2，2，1)，或者(0，0，－1) 时，空间矢量是一致的。线电压冗余存在于各种三相多电平 逆变器中。 级联型逆变器不仅存在线电压冗余，还存在相电压冗余。 相电压冗余是针对单相而言，当某相输出某一电压时，对应 于多种级联单元的状态组合。如对于五电平逆变器，不同输 出电平与级联单元的状态如表10-2所示。由表可见，当输出 E时，有两种冗余状态；而对于零电平，则有三种冗余状态； 当输出2E时，则对应于确切的工作模式。
开关电源基础知识学习资料PPT课件
2020/11/13
开关电源最常用的三种拓朴电路1—BUCK Converter 工作原理 降压电路（Buck）其主要原件为：开关管SW、续流流二级管D、
电感L、电容C和负载电阻RL。
ON-Stage:当SW导通时，电流经S、L到负载，能量同时储存在电感中，输出平均 直流电压Vo；
2020/11/13
➢ 保护功能及附属功能： 1、OCP，OVP，OTP，欠压保护，限功率； 2、 绝缘电阻、绝缘电压、漏电流。
➢ 结构要求： 1、外形尺寸，2、外包装，3、安装条件，4、冷却方式，5、接口方式，6、 重量，7、名牌。
➢ 安规标准及EMC标准： 1、认证标志，3C，UL，GS，PSE，2、EMI测试标准。
分类方法多种多样。分为AC/DC和DC/DC两大类，DC/DC变换器现已实 现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到 用户的认可。但AC/DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中， 遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。又可分为离线式非离线式，反激式、 正激式、半桥式全桥式， Adaptor/内置式开关电源open open frame等。
开关电源中应用的电力电子器件主要为快速恢复二极管、肖特基二极管和 MOSFET，SCR在开关电源输入整流电路及软启动电路中有少量应用。 开关电源的三大特征
1、开关：电力电子器件工作在开关接近工频的低频；
3、直流：开关电源输出的是直流而不是交流。 开关电源的种类
开关电源： 优点：体积小重量轻(线性电源的20~30%)；效率高70~95%,易满足 各国的能效要求；输入输出电压范围宽，模块化。 缺点：电路复杂、开发、制程难度较大，由于工作在高频 （50K~300K），干扰大、EMC难解决。
总而言之，开关电源正逐渐取代线性电源，应用领域越来越广泛。
开关电源最常用的三种拓朴电路1—BUCK Converter 工作原理 降压电路（Buck）其主要原件为：开关管SW、续流流二级管D、
电感L、电容C和负载电阻RL。
ON-Stage:当SW导通时，电流经S、L到负载，能量同时储存在电感中，输出平均 直流电压Vo；
2020/11/13
➢ 保护功能及附属功能： 1、OCP，OVP，OTP，欠压保护，限功率； 2、 绝缘电阻、绝缘电压、漏电流。
➢ 结构要求： 1、外形尺寸，2、外包装，3、安装条件，4、冷却方式，5、接口方式，6、 重量，7、名牌。
➢ 安规标准及EMC标准： 1、认证标志，3C，UL，GS，PSE，2、EMI测试标准。
分类方法多种多样。分为AC/DC和DC/DC两大类，DC/DC变换器现已实 现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到 用户的认可。但AC/DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中， 遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。又可分为离线式非离线式，反激式、 正激式、半桥式全桥式， Adaptor/内置式开关电源open open frame等。
开关电源中应用的电力电子器件主要为快速恢复二极管、肖特基二极管和 MOSFET，SCR在开关电源输入整流电路及软启动电路中有少量应用。 开关电源的三大特征
1、开关：电力电子器件工作在开关接近工频的低频；
3、直流：开关电源输出的是直流而不是交流。 开关电源的种类
开关电源： 优点：体积小重量轻(线性电源的20~30%)；效率高70~95%,易满足 各国的能效要求；输入输出电压范围宽，模块化。 缺点：电路复杂、开发、制程难度较大，由于工作在高频 （50K~300K），干扰大、EMC难解决。
总而言之，开关电源正逐渐取代线性电源，应用领域越来越广泛。
电力电子技术(第二版)第6章答案
第六章谐振开关电路与电力公害抑制1.开关器件有几种功率损耗?答: 开通损耗、关断损耗、通态损耗、断态损耗；还有驱动损耗。
2.谐振开关工作的特点是什么?答: 谐振开关电路在开关过程引入谐振过程，使器件在开通前电压先下降到0，或在关断前电流先降到0，这样就可以消除开关过程中的电压电流重叠，使器件的开关损耗降到很小，因而也可以提高电力电子器件的开关频率，提高装置的效率，减小装置的体积。
3.试分析谐振开关电路的优缺点。
答: 谐振开关技术可以使器件的开关损耗降到很小，因而也可以提高电力电子器件的开关频率，提高装置的效率，减小装置的体积。
但也带来一些负面影响：谐振电压峰值很高，要求器件耐压必须提高；谐振电流有效值很大，电路中存在大量的无功功率的交换，造成电路道通损耗加大；谐振周期随输入电压，负载变化而改变，因此电路只能采用脉冲频率调制方式来控制。
4.何谓软开关模式和硬开关模式?答:采用准谐振技术的零电压开关电路和零电流开关电路，这种技术被称为软开关技术。
谐振开关技术是以谐振辅助换流方式来解决开关损耗问题的，提高了器件的开关频率，减小了装置的体积，提高了效率。
谐振开关模式也称为软开关模式。
非谐振开关模式也称为硬开关模式。
5.简述零电流开关谐振电路的工作原理。
答: 零电流开关谐振电路中，谐振电容r C 与二极管VD 并联，而谐振电感r L 与开关管串联。
在0T 时刻以前，开关管VT 处于关断状态，输出滤波电感f L 与二极管VD 构成续流通道，流过负载电流0I 。
谐振电感r L 中的电感为0，谐振电容r C 电压也为0。
零电流开关谐振电路工作原理见书中214页6. 简述零电压开关谐振电路的工作原理。
答：零电压开关谐振电路工作原理见书中215页。
7.软开关PWM 的含义是什么？答：在逆变器和直流输入电源之间加入谐振电路，当谐振电路工作时，逆变器的端电压在零和直流输入电源电压之间振荡，从而实现逆变器上开关管的零电压关断。
开关电源基础与应用第8章图文模板
通过以上分析可知，级联型多电平拓扑具有以下特点： (1) 电平数越多，输出电压谐波含量越少。 (2) 阶梯波调制时，器件工作在基波频率，开关损耗小， 效率高。
第8章 多电平直流变换 (3) 与二极管钳位型和飞跨电容型逆变器相比，其变换电 路简单；由于无钳位器件的限制，易于实现较大的电平数目， 而且在这三种多电平结构中，对于相同的电平数，所需器件最 少。 (4) 级联型逆变器易于实现冗余，易于模块化生产，提高 了装置的可靠性。
第8章 多电平直流变换
2．飞跨电容钳位型电路(Flying-capacitor)
图8-3所示为飞跨电容型三电平变换器的结构。电路利用
飞跨在串联开关器件之间的串联电容CS进行钳位。CS的作用是 将功率开关管的电压钳位在单个直流分压电容的电压上，从而
实现三电平输出。图中，P点电位为Uin/2，N点电位为－Uin/2。 飞跨电容型的拓扑结构也可以拓展到任意电平中，对于一个n
(1) j1 cos n1 j (1)i1 cos n2 j
(1)k1 cos1k ] (1)h1 cos2k ]
(8-2)
第8章 多电平直流变换 3．载波PWM技术 在SPWM调制方法中，载波比n、调制系数m可分别表示为
n fc fs
m As Ac
(8-3) (8-4)
第8章 多电平直流变换
第8章 多电平直流变换 图8-5 阶梯波调制
第8章 多电平直流变换 在阶梯波调制中，可以通过选择每一个电平持续时间的长 短来实现低次谐波的消除。消除k次谐波的方法是使电压系数 bk=0，此方法的本质是对参考电压的模拟信号作量化逼近。此 方法调制比变化范围宽而且算法简单，硬件电路实现方便。不 足之处是这种方法输出波形的谐波含量高。2m+1次的多电平阶 梯波调制的输出电压波形的傅里叶分析如下：
第8章 多电平直流变换 (3) 与二极管钳位型和飞跨电容型逆变器相比，其变换电 路简单；由于无钳位器件的限制，易于实现较大的电平数目， 而且在这三种多电平结构中，对于相同的电平数，所需器件最 少。 (4) 级联型逆变器易于实现冗余，易于模块化生产，提高 了装置的可靠性。
第8章 多电平直流变换
2．飞跨电容钳位型电路(Flying-capacitor)
图8-3所示为飞跨电容型三电平变换器的结构。电路利用
飞跨在串联开关器件之间的串联电容CS进行钳位。CS的作用是 将功率开关管的电压钳位在单个直流分压电容的电压上，从而
实现三电平输出。图中，P点电位为Uin/2，N点电位为－Uin/2。 飞跨电容型的拓扑结构也可以拓展到任意电平中，对于一个n
(1) j1 cos n1 j (1)i1 cos n2 j
(1)k1 cos1k ] (1)h1 cos2k ]
(8-2)
第8章 多电平直流变换 3．载波PWM技术 在SPWM调制方法中，载波比n、调制系数m可分别表示为
n fc fs
m As Ac
(8-3) (8-4)
第8章 多电平直流变换
第8章 多电平直流变换 图8-5 阶梯波调制
第8章 多电平直流变换 在阶梯波调制中，可以通过选择每一个电平持续时间的长 短来实现低次谐波的消除。消除k次谐波的方法是使电压系数 bk=0，此方法的本质是对参考电压的模拟信号作量化逼近。此 方法调制比变化范围宽而且算法简单，硬件电路实现方便。不 足之处是这种方法输出波形的谐波含量高。2m+1次的多电平阶 梯波调制的输出电压波形的傅里叶分析如下：
开关电源基础与应用(第二版)课件：开关电源设计
开关电源设计
输入电压/V
90 110 220 250
表 6-1 不同负载下的输出电压
输出电压/V
空载
半载(10Ω)
12.456
12.360
12.459
12.368
12.467
12.375
1 12.242 12.247 12.265 12.262
开关电源设计
实测各种负载状况下的效率如表 6-2 所示。 表 6-2 不同负载下的效率
μ=2000(MXO材料)，则电感系数为
L
0.4 π S
l
106
4.44 μH
变压器初级绕组匝数N1为
N1
Ui
t on BmaxS
(6-2) (6-3)
初级绕组电感为
开关电源设计
L1 L N12 87 mH 次级绕组匝数为
N2
N1 (U o
U VD1 UiD
U L )
(6-4)
式中：UVD1为整流二极管VD1的压降，UL为输出电感L的压降。 取UVD1 + UL=0.7 V，代入式(6-4)，得N2=28匝。由式(6-2)，次 级绕组电感为
开关电源设计 图6-2 电流反馈电路
开关电源设计 图6-3 电压反馈电路
开关电源设计
6．保护电路的设计 图6-4所示为变压器过热保护电路，NTC为测变压器温 度的一个负温度系数的热敏电阻。由NTC、R2、运放A1构成 滞环比较器。在正常工作时，变压器温度正常，NTC的阻值 较大，运放两输入端电压U+<U-，输出为零；当变压器异常， 温度上升到设定值时，运放A1输出高电平，并送到PWM控 制芯片使输出脉冲关断。
开关电源设计 3．脉冲变压器的设计 脉冲变压器的初级电感L中的电流与电压的关系为
开关电源原理及其应用
第一部分：功率电子器件第一节：功率电子器件及其应用要求功率电子器件大量被应用于电源、伺服驱动、变频器、电机保护器等功率电子设备。
这些设备都是自动化系统中必不可少的，因此，我们了解它们是必要的。
近年来，随着应用日益高速发展的需求，推动了功率电子器件的制造工艺的研究和发展，功率电子器件有了飞跃性的进步。
器件的类型朝多元化发展，性能也越来越改善。
大致来讲，功率器件的发展，体现在如下方面：1．器件能够快速恢复，以满足越来越高的速度需要。
以开关电源为例，采用双极型晶体管时，速度可以到几十千赫；使用MOSFET和IGBT，可以到几百千赫；而采用了谐振技术的开关电源，则可以达到兆赫以上。
2．通态压降（正向压降）降低。
这可以减少器件损耗，有利于提高速度，减小器件体积。
3．电流控制能力增大。
电流能力的增大和速度的提高是一对矛盾，目前最大电流控制能力，特别是在电力设备方面，还没有器件能完全替代可控硅。
4．额定电压：耐压高。
耐压和电流都是体现驱动能力的重要参数，特别对电力系统，这显得非常重要。
5．温度与功耗。
这是一个综合性的参数，它制约了电流能力、开关速度等能力的提高。
目前有两个方向解决这个问题，一是继续提高功率器件的品质，二是改进控制技术来降低器件功耗，比如谐振式开关电源。
总体来讲，从耐压、电流能力看，可控硅目前仍然是最高的，在某些特定场合，仍然要使用大电流、高耐压的可控硅。
但一般的工业自动化场合，功率电子器件已越来越多地使用MOSFET和IGBT，特别是IGBT获得了更多的使用，开始全面取代可控硅来做为新型的功率控制器件。
第二节：功率电子器件概览一． 整流二极管：二极管是功率电子系统中不可或缺的器件，用于整流、续流等。
目前比较多地使用如下三种选择：1．高效快速恢复二极管。
压降0.8-1.2V，适合小功率，12V左右电源。
2．高效超快速二极管。
0.8-1.2V，适合小功率，12V左右电源。
3．肖特基势垒整流二极管SBD。
开关电源的基础知识 ppt课件
(2).开关管V的截止期内，储能电感中 电流的最大变化量为
ILma1xUi LUO•tON
ILm
a2x
UO L
•tOFF
(3).开关管V导通期与截止期能量转换的条件：
Ui LUO•tONU LO•tOFF 即 U OtOt N O tO NF •U FiD •U itT O• N U i
另一种并联独立输出型开关电源
开关由一个功率场效应管构成（兼脉冲发生），也称为单端型。
脉宽调制等由集成电路UC3842 完成。
开关管导通时储能，开关截止时，储能释放给负载，称为单端型反激式。 开关管导通时间长，传输电能多，变压器次级绕组输出电压高、电流大。 用PWM控制功率开关管， 就可以改变次级绕组输出的电压和电流，同时， 使用闭环反馈可以稳定电压、电流或限制功率。
1.1开关电源组成及开关电源实例
3、并联独立输出型：通过续流电感的电磁耦合，实现隔离输出。 （电源输入端不使用变压器、实现多种电压输出）
＊应用最多的一种电路形式
＊三极管V可使用功率场效应管 ＊脉冲调宽、脉冲发生及误差信号的产生等可集成化例如TOP221TOP227
1.1开关电源组成及开关电源实例
(1).串联调整式线性性稳压器 (2).并联调整式线性性稳压器 (3).开关式稳压器
1.2 稳压电源的分类 二、开关电源的分类 1. 按激励方式分类
1.2 稳压电源的分类 二、开关电源的分类 2. 按控制原理(调制方式)分类
(1)脉宽调制型(PDM)开关电源
(2)脉频调制型(PFM)开关电源 (3)混合型开关电源 (4)脉冲密度调制型(PDM)开关电源
2. 开关稳压电源的缺点
(1)电压调整率和负载调整率较差 (2)存在较严重的开关噪声和干扰 (3)电路复杂，不便于维修
开关电源培训资料(PPT52页)
或
11
1.3.3.1串联式开关电源的工作原理
• 下图是串联式开关电源输出电压的波形，由图中看出，
控制开关K输出电压Uo是一个脉冲调制方波，脉冲幅度 Up等于输入电压Ui，脉冲宽度等于控制开关K的接通时 间Ton，由此可求得串联式开关电源输出电压Uo的平均 值Ua为：
12
1.3.3.1串联式开关电源特点
测试条件
a、输入电压分别为范围下限，额定值、范围上限。
b、负载条件为各路的小载及满载的正交。
测试方框图
小
满
载
载
V
可调
供电
电源
V
被测
电源
V
小
满
载
载
测试方法 a、先如图连接好测试电路，对于每一路输出都应准备小载、满载。如果负载调整率、
稳压精度的限值用百分比表示，则应进行额定输入电压下的全部半载测量。 b、对于各种正交情况，应统一汇制成一张记录表格。 c、对于每一种情况都进行测试并记录数据。 d、此交调测试记录数据作为计算输出电压范围，电压调整率、负载调整率，稳压精度
提高近一倍 占空比：
在一串理想的脉冲周期序列中，正脉冲的持续时间与脉冲总周期 的比值。方波的占空比为50%，占空比为0.5，说明正电平所占时间为0.5 个周期。占空比是电源适应负载大小的结果，负载大，占空比就高。
4
1.2 开关电源基本原理
开关电源的基本工作原理是：用一个半导体功率器件（功率晶 体管或功率场效应管）作为开关，该器件不断地重复开启和关 断，使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波， 该方波经过电感、电容等组成的滤波器滤波之后便得到了另一 个直流电压。
测试方法 针对电源输入电压的高低而使用不同的测试工装，测试方框图如上图1、2， 测试方法如下： 一、电源输入高电压（Vin>75V） a、先如上图1接好测试电路。 b 、 先 把 数 字 示 波 器 调 到 自 动 触 发 捕 获 状 态 （ 一 般 ： v/div ： 1 或 2V ，
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1.3.3.1串联式开关电源的工作原理
• 下图是串联式开关电源输出电压的波形，由图中看出，
控制开关K输出电压Uo是一个脉冲调制方波，脉冲幅度 Up等于输入电压Ui，脉冲宽度等于控制开关K的接通时 间Ton，由此可求得串联式开关电源输出电压Uo的平均 值Ua为：
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1.3.3.1串联式开关电源特点
测试条件
a、输入电压分别为范围下限，额定值、范围上限。
b、负载条件为各路的小载及满载的正交。
测试方框图
小
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可调
供电
电源
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被测
电源
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测试方法 a、先如图连接好测试电路，对于每一路输出都应准备小载、满载。如果负载调整率、
稳压精度的限值用百分比表示，则应进行额定输入电压下的全部半载测量。 b、对于各种正交情况，应统一汇制成一张记录表格。 c、对于每一种情况都进行测试并记录数据。 d、此交调测试记录数据作为计算输出电压范围，电压调整率、负载调整率，稳压精度
提高近一倍 占空比：
在一串理想的脉冲周期序列中，正脉冲的持续时间与脉冲总周期 的比值。方波的占空比为50%，占空比为0.5，说明正电平所占时间为0.5 个周期。占空比是电源适应负载大小的结果，负载大，占空比就高。
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1.2 开关电源基本原理
开关电源的基本工作原理是：用一个半导体功率器件（功率晶 体管或功率场效应管）作为开关，该器件不断地重复开启和关 断，使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波， 该方波经过电感、电容等组成的滤波器滤波之后便得到了另一 个直流电压。
测试方法 针对电源输入电压的高低而使用不同的测试工装，测试方框图如上图1、2， 测试方法如下： 一、电源输入高电压（Vin>75V） a、先如上图1接好测试电路。 b 、 先 把 数 字 示 波 器 调 到 自 动 触 发 捕 获 状 态 （ 一 般 ： v/div ： 1 或 2V ，
精品课件-开关电源基础与应用(第二版)(辛伊波)-第3章
第3章 它激式开关电源 图3-1 MC1394内部结构图
第3章 它激式开关电源
5脚：高电平保护输入端，如此脚输入等于VCC的高电平， 则通过内部闭锁电路关断驱动脉冲输出，开关电源呈保护性停 机。5脚可作为过电压保护，因保护阈值太高，若用于过流保 护，需外设过流检测放大器。
7脚：PWM驱动脉冲输出端，内设射随器输出正向脉冲， 可驱动NPN型开关管。由于驱动功率较小，脉冲电压幅度较低， 开关管需设置前级驱动放大器。
第3章 它激式开关电源
(6) 过流检测输入端可对逐个脉冲进行控制，直接控制 每个周期的脉宽，使输出电压调整率达到0.01%/V。如果3脚 电压大于1 V或1脚电压小于1 V，PWM比较器输出高电平使锁 存器复位，直到下一个脉冲到来时才重新置位。利用1脚和3脚 的电平关系，在外电路控制锁存器的开/闭，使锁存器每个周 期只输出一次触发脉冲。因此，电路的抗干扰性极强，开关管 不会误触发，提高了可靠性。
第3章 它激式开关电源
(4) 电流取样比较器：3脚ISENSE用于检测开关管电流， 当UISENSE > 1 V时，关闭输出脉冲，迫使开关管关断，达到过 流保护的目的。
(5) 欠压锁定电路UVLO：开通阈值16 V，关闭阈值10 V， 具有滞回特性。
(6) PWM锁存电路：保证每一个控制脉冲作用不超过一个 脉冲周期，即所谓逐脉冲控制。另外，VCC与GND之间的稳压管 用于保护，防止器件损坏。
第3章 它激式开关电源
2．充电原理 用MC712构成的锂电池充电电路如图3-6所示。电路中，C1 为输入端滤波电容；R1是限流电阻，可以控制充电电流；C2为 1 μF；C3是0.1 μF补偿电容；VT为PNP功率管，其参数为： UCBO=80 50 V的硅整流管；R5为检测电阻，R5用来设定快速充电 电流Ifast的值，当Ifast = 1 A时，R5为0.25 Ω；RT1、RT2为负 温度系数的热敏电阻。该电路在快速充电、涓流充电时的充电 电流分别为1 A、1/16 A。
《开关电源基础教程》课件
开关电源的工作流程
01
输入电路将交流电转换 为直流电。
02
通过开关管的控制，将 直流电输入变压器进行 电压转换。
03
通过输出电路的滤波和 稳定，输出稳定的直流 电。
04
控制电路监测电源的工 作状态，根据需要调整 开关管的通断。
开关电源的波形分析
01
02
03
04
输入波形
分析输入电压和电流的波形， 了解其是否满足开关电源的要
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详细描述
开关电源是一种将电能进行转换的设备，通过控制开关管开通和关断的时间比率 ，将输入的直流电压转换成特定的输出电压或电流。开关电源的核心是开关管， 通过控制其开通和关断的时间比率，实现电能的转换。
开关电源的特点
总结词
开关电源具有效率高、体积小、重量轻、动态性能好等特点。
详细描述
开关电源的效率一般在80%以上，甚至可以达到90%以上，相比传统的线性电源，具有更高的能源利用效率。由 于开关电源的开关管工作在高频率，使得其体积和重量相对较小，有利于设备的紧凑设计和轻量化。此外，开关 电源的动态性能较好，能够快速响应负载的变化，维持稳定的输出电压或电流。
高频化与小型化
随着技术的进步，开关电源正朝 着更高频率和更小体积的方向发 展，以满足便携式设备和穿戴设
备等新兴市场的需求。
智能化与网络化
智能化和网络化技术使得开关电源 具备远程监控、故障诊断和自动调 整等功能，提高了电源的管理效率 和可靠性。
绿色环保
随着环保意识的提高，低噪声、低 辐射、低能耗的绿色开关电源成为 未来的发展趋势，有助于减少对环 境的负面影响。
开关电源的应用前景
电动汽车与充电设施
《开关电源培训》PPT课件
• 对于PWM回扫变换器，因周期TS是恒定的，不会 发生RCC的上述现象，然而，虽然设计到额定负 载时为DCM，若过负载，就变为CCM,即使TON的 最大时间已经设定，电流还会增大，有时会使变 压器饱和，故仍需要设OCP电路
整理ppt
35
OCP
• 图1中当Q1的电流增大时，IRS增大，若IRS 大于VZ，则比较器输出高电平，RS触发器 置位输出PWM闭锁脉冲，Vout输出低电平， 开关管截止，输出电压降低
电流限制图1
整理ppt
33
Q1
Rs VR
OCP
振荡器
+ A1
-
RS触发器
PWM闭锁脉冲输出 R
S
Q1的峰值电流=VR/Rs
电流限制图2
整理ppt
34
OCP
• 对于RCC变换器，开关管导通时流经开关管中的 电流必须从零开始升，若TON的最大时间已经确定， 就可防止发生过流
• 但是当输入电压下降较大时，绕组N12感应的正向 电压也下降，从而使开关管导通的时间变长而造 成变压器饱和
整理ppt
16
控制电路的工作过程
• 当因某种原因输出端的电压发生变化时，精密电 压基准TL431通过采样电阻R7，R8感知此一变化， 并通过PC1把此一变化反馈回初级侧的控制电路
• 具体的过程为当输出电压升高时，IR10增大，流 过TL431 AK端的电流增大，PC1中的发光二极管 发光强度增大，流过光敏三极管电流增大，A点 电位升高，Q2基极电压提前升到0.8V，Q2导通， Q1截止，TON减小，从面使电压保持稳定
• RCC的振荡频率一般选在20KHz以上
整理ppt
13
控制电路
• 开关电源的控制电路有间接控制电路和直 接控制电路两类
整理ppt
35
OCP
• 图1中当Q1的电流增大时，IRS增大，若IRS 大于VZ，则比较器输出高电平，RS触发器 置位输出PWM闭锁脉冲，Vout输出低电平， 开关管截止，输出电压降低
电流限制图1
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Q1
Rs VR
OCP
振荡器
+ A1
-
RS触发器
PWM闭锁脉冲输出 R
S
Q1的峰值电流=VR/Rs
电流限制图2
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OCP
• 对于RCC变换器，开关管导通时流经开关管中的 电流必须从零开始升，若TON的最大时间已经确定， 就可防止发生过流
• 但是当输入电压下降较大时，绕组N12感应的正向 电压也下降，从而使开关管导通的时间变长而造 成变压器饱和
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控制电路的工作过程
• 当因某种原因输出端的电压发生变化时，精密电 压基准TL431通过采样电阻R7，R8感知此一变化， 并通过PC1把此一变化反馈回初级侧的控制电路
• 具体的过程为当输出电压升高时，IR10增大，流 过TL431 AK端的电流增大，PC1中的发光二极管 发光强度增大，流过光敏三极管电流增大，A点 电位升高，Q2基极电压提前升到0.8V，Q2导通， Q1截止，TON减小，从面使电压保持稳定
• RCC的振荡频率一般选在20KHz以上
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控制电路
• 开关电源的控制电路有间接控制电路和直 接控制电路两类
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n－1)只，直流分压电容n－
1只，钳位电容
只。 (n 1)(n 2)
2
第8章 多电平直流变换 图8-3 飞跨电容型三电平变换器的结构
第8章 多电平直流变换 飞跨电容型多电平变换器的特点是： (1) 电平数越多，输出电压谐波含量越少。 (2) 阶梯波调制时，器件工作在基波频率，开关损耗小， 效率高。 (3) 大量的开关状态组合冗余，可用于电压平衡控制。 (4) 可以采用背靠背的方式实现四象限运行。
+Uin/2、0、－Uin/2三种电平，故称之为三电平逆变器。显然， NPC逆变器的输出电压的谐波成分比传统的单相逆变器电路要 小。对于每一种开关组合来说，由于钳位二极管的作用，每个 关断的开关管均仅承受一半的输入直流母线电压，这与开关管 串联技术相比，避免了动态电压的均压分配问题。图8-2所示 为NPC逆变器与传统的逆变器的单相输出电压波形对比。由图 可见，前者输出更接近正弦波。
第8章 多电平直流变换
2．飞跨电容钳位型电路(Flying-capacitor)
图8-3所示为飞跨电容型三电平变换器的结构。电路利用
飞跨在串联开关器件之间的串联电容CS进行钳位。CS的作用是 将功率开关管的电压钳位在单个直流分压电容的电压上，从而
实现三电平输出。图中，P点电位为Uin/2，N点电位为－Uin/2。 飞跨电容型的拓扑结构也可以拓展到任意电平中，对于一个n
现有的电力电子开关器件无法满足其功率与开关频率之间 的矛盾，往往功率越大，耐压越高，开关频率越低。为了设计 高频、高压、高性能和低EMI的大功率变换器，必须将高性能 开关器件、主电路拓扑以及变换器所在系统的控制策略进行综 合考虑，以寻找合理的解决方案。为此人们进行了大量的研究 和探索，提出了多种中、高压大功率变换器的解决方案，如功 率器件串/并联技术，功率变换器的串/并联，多重化技术以及 组合变换器相移等。多电平结构成为其中一种具有代表性和较 为理想的解决方案。
第8章 多电平直流变换
第8章 多电平直流变换
8.1 多电平变换的基本原理 8.2 单管直流变换器三电平拓扑变换 8.3 推挽变换器三电平拓扑变换 8.4 全桥直流变换器的三电平拓扑变换 8.5 三电平直流变换器的控制方法
第8章 多电平直流变换
8.1 多电平变换的基本原理 8.1.1 多电平变换器的特点
第8章 多电平直流变换 图8-2 两种逆变器输出电压波形对比
第8章 多电平直流变换 若要得到n电平，需将直流分压电容增为(n－1)(n－2)/2 个，每n－1个串联后分别跨接在正、负半桥臂对应开关器件之 间进行钳位，再根据与三电平类似的控制方法进行控制即可。 NPC变换和其他几种技术相比具有以下特点： (1) 每个功率开关器件仅承受1/(n－1)的母线电压。 (2) 随着电平数的增加，输出电压波形得到改善，输出电 压谐波含量THD降低。di/dt和du/dt减少，可有效防止击穿电 机绕组的故障，也提高了设备的EMI特性。 (3) 阶梯波调制时器件在基频下工作, 开关损耗小, 效率 高。 (4) 可控制无功功率。
第8章 多电平直流变换 图8-1 中点钳位型(NPC)三电平单相电路
第8章 多电平直流变换
图8-1所示变换器中的功率开关管由于二极管的钳位作用， 所承受的电压是直流侧电压的1/2，因此开关过程的电压应力 du/dt减小，这种特性导致利用低压器件实现高压大功率变换 成为可能。同时由于输出的相电压为三电平，使得输出的高次 谐波比两电平变换器也大大降低。NPC逆变器输出电压有
第8章 多电平直流变换 8.1.2 多电平变换器主电路拓扑结构
三电平结构的提出为研制高压大功率变换器提供了新的途 径。通过改进变换器电路的结构，即增加输出电路电平数的方 法减小du / dt和EMI，从而减小输出电压中的谐波和开关损耗， 提高变换器的输出电压和输出功率。将现有多电平变换器按主 电路拓扑结构来区分，可以分为以下三种基本的拓扑结构。
第8章 多电平直流变换
3．级联多电平变换器(Cascaded-converters with separate DC sources)
级联多电平变换器是通过将具有独立直流电源的全桥变换 器进行级联，将各个变换器的输出电压串联起来合成最终的电 压输出波形。图8-4为两个单相独立直流电源的级联逆变器电 路。每个逆变电路由独立直流电源Uin和一个单相的全桥逆变 器相连。通过4个开关器件VT1～VT4的组合，每个逆变器都可 以产生3个电平的电压：+Uin、0和－Uin。多个逆变器的输出串 联在一起，合成为逆变器输出电压uao。当独立的直流电源的 电压值相等时，由K个单相全桥逆变单元组成的单相级联型多 电平电路输出的电平数为n=2K+1。这种电路不需要前两种电路 中大量的钳位二极管或钳位电容，但需要多个独立电源。对这 种类型的n电平单相电路，需要(n－1)/2个独立电源，2(n－1) 个主开关器件。
第8章 多电平直流变换
1．二极管钳位型电路(Diode-clamped) 在电压型变换器中，传统应用的是两电平逆变电路，即通 过控制开关器件的导通和关断，在输出端将正、负端电压分别 引出。三电平电路对原有两电平电路拓扑结构进行改进，在开 关器件耐压水平不变的条件下，可获得更多电平的电压输出。 三相三电平电路的某一相桥臂电路如图8-1所示。直流侧通过 两个串联的电容将输入电压Uin分为三种电平，中点O为零电平； 功率变换部分采用4个带有反并二极管VD1～VD4的开关管VT1～ VT4串联构成，并有两个钳位二极管VD11、VD12与内侧开关管VT2、 VT3并联，中心点和直流侧电容的中点相连实现中点钳位，形 成中点钳位变换器结构，也称为NPC(Neutral Point Clamped) 电路。
第8章 多电平直流变换
多电平变换器具有以下突出特点： (1) 主电路中的每个开关器件仅承受部分的直流母线电压， 可以采用较低耐压的器件的组合来实现高压大功率输出，且无 需动态均压电路。 (2) 输出电压电平数的增加改善了输出电压波形，减小了 输出电压波形的畸变。 (3) 相同的直流母线电压条件下，du/dt应力减小。若在 中、高压大电机驱动中应用，可有效防止电机绕组绝缘击穿， 并改善变换器装置的EMI特性。 (4) 以较低的开关频率获得与高开关频率下两电平变换器 类似的输出电压波形，开关损耗较小，效率高。
1只，钳位电容
只。 (n 1)(n 2)
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第8章 多电平直流变换 图8-3 飞跨电容型三电平变换器的结构
第8章 多电平直流变换 飞跨电容型多电平变换器的特点是： (1) 电平数越多，输出电压谐波含量越少。 (2) 阶梯波调制时，器件工作在基波频率，开关损耗小， 效率高。 (3) 大量的开关状态组合冗余，可用于电压平衡控制。 (4) 可以采用背靠背的方式实现四象限运行。
+Uin/2、0、－Uin/2三种电平，故称之为三电平逆变器。显然， NPC逆变器的输出电压的谐波成分比传统的单相逆变器电路要 小。对于每一种开关组合来说，由于钳位二极管的作用，每个 关断的开关管均仅承受一半的输入直流母线电压，这与开关管 串联技术相比，避免了动态电压的均压分配问题。图8-2所示 为NPC逆变器与传统的逆变器的单相输出电压波形对比。由图 可见，前者输出更接近正弦波。
第8章 多电平直流变换
2．飞跨电容钳位型电路(Flying-capacitor)
图8-3所示为飞跨电容型三电平变换器的结构。电路利用
飞跨在串联开关器件之间的串联电容CS进行钳位。CS的作用是 将功率开关管的电压钳位在单个直流分压电容的电压上，从而
实现三电平输出。图中，P点电位为Uin/2，N点电位为－Uin/2。 飞跨电容型的拓扑结构也可以拓展到任意电平中，对于一个n
现有的电力电子开关器件无法满足其功率与开关频率之间 的矛盾，往往功率越大，耐压越高，开关频率越低。为了设计 高频、高压、高性能和低EMI的大功率变换器，必须将高性能 开关器件、主电路拓扑以及变换器所在系统的控制策略进行综 合考虑，以寻找合理的解决方案。为此人们进行了大量的研究 和探索，提出了多种中、高压大功率变换器的解决方案，如功 率器件串/并联技术，功率变换器的串/并联，多重化技术以及 组合变换器相移等。多电平结构成为其中一种具有代表性和较 为理想的解决方案。
第8章 多电平直流变换
第8章 多电平直流变换
8.1 多电平变换的基本原理 8.2 单管直流变换器三电平拓扑变换 8.3 推挽变换器三电平拓扑变换 8.4 全桥直流变换器的三电平拓扑变换 8.5 三电平直流变换器的控制方法
第8章 多电平直流变换
8.1 多电平变换的基本原理 8.1.1 多电平变换器的特点
第8章 多电平直流变换 图8-2 两种逆变器输出电压波形对比
第8章 多电平直流变换 若要得到n电平，需将直流分压电容增为(n－1)(n－2)/2 个，每n－1个串联后分别跨接在正、负半桥臂对应开关器件之 间进行钳位，再根据与三电平类似的控制方法进行控制即可。 NPC变换和其他几种技术相比具有以下特点： (1) 每个功率开关器件仅承受1/(n－1)的母线电压。 (2) 随着电平数的增加，输出电压波形得到改善，输出电 压谐波含量THD降低。di/dt和du/dt减少，可有效防止击穿电 机绕组的故障，也提高了设备的EMI特性。 (3) 阶梯波调制时器件在基频下工作, 开关损耗小, 效率 高。 (4) 可控制无功功率。
第8章 多电平直流变换 图8-1 中点钳位型(NPC)三电平单相电路
第8章 多电平直流变换
图8-1所示变换器中的功率开关管由于二极管的钳位作用， 所承受的电压是直流侧电压的1/2，因此开关过程的电压应力 du/dt减小，这种特性导致利用低压器件实现高压大功率变换 成为可能。同时由于输出的相电压为三电平，使得输出的高次 谐波比两电平变换器也大大降低。NPC逆变器输出电压有
第8章 多电平直流变换 8.1.2 多电平变换器主电路拓扑结构
三电平结构的提出为研制高压大功率变换器提供了新的途 径。通过改进变换器电路的结构，即增加输出电路电平数的方 法减小du / dt和EMI，从而减小输出电压中的谐波和开关损耗， 提高变换器的输出电压和输出功率。将现有多电平变换器按主 电路拓扑结构来区分，可以分为以下三种基本的拓扑结构。
第8章 多电平直流变换
3．级联多电平变换器(Cascaded-converters with separate DC sources)
级联多电平变换器是通过将具有独立直流电源的全桥变换 器进行级联，将各个变换器的输出电压串联起来合成最终的电 压输出波形。图8-4为两个单相独立直流电源的级联逆变器电 路。每个逆变电路由独立直流电源Uin和一个单相的全桥逆变 器相连。通过4个开关器件VT1～VT4的组合，每个逆变器都可 以产生3个电平的电压：+Uin、0和－Uin。多个逆变器的输出串 联在一起，合成为逆变器输出电压uao。当独立的直流电源的 电压值相等时，由K个单相全桥逆变单元组成的单相级联型多 电平电路输出的电平数为n=2K+1。这种电路不需要前两种电路 中大量的钳位二极管或钳位电容，但需要多个独立电源。对这 种类型的n电平单相电路，需要(n－1)/2个独立电源，2(n－1) 个主开关器件。
第8章 多电平直流变换
1．二极管钳位型电路(Diode-clamped) 在电压型变换器中，传统应用的是两电平逆变电路，即通 过控制开关器件的导通和关断，在输出端将正、负端电压分别 引出。三电平电路对原有两电平电路拓扑结构进行改进，在开 关器件耐压水平不变的条件下，可获得更多电平的电压输出。 三相三电平电路的某一相桥臂电路如图8-1所示。直流侧通过 两个串联的电容将输入电压Uin分为三种电平，中点O为零电平； 功率变换部分采用4个带有反并二极管VD1～VD4的开关管VT1～ VT4串联构成，并有两个钳位二极管VD11、VD12与内侧开关管VT2、 VT3并联，中心点和直流侧电容的中点相连实现中点钳位，形 成中点钳位变换器结构，也称为NPC(Neutral Point Clamped) 电路。
第8章 多电平直流变换
多电平变换器具有以下突出特点： (1) 主电路中的每个开关器件仅承受部分的直流母线电压， 可以采用较低耐压的器件的组合来实现高压大功率输出，且无 需动态均压电路。 (2) 输出电压电平数的增加改善了输出电压波形，减小了 输出电压波形的畸变。 (3) 相同的直流母线电压条件下，du/dt应力减小。若在 中、高压大电机驱动中应用，可有效防止电机绕组绝缘击穿， 并改善变换器装置的EMI特性。 (4) 以较低的开关频率获得与高开关频率下两电平变换器 类似的输出电压波形，开关损耗较小，效率高。