《开关控制变换原理》PPT课件

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1、第2章功率半导体器件、应用基础(第二讲)1本章主要内容2.1开关控制和变换原理2.1.1开关功率控制2.1.2功率变换2.2器件物理基础与晶闸管的额定值2.2.1常用开关器件及分类2.2.2pnpn器件导通物理过程2.3晶闸管的主要特性2.3.1晶闸管的断态特性2.3.2晶闸管的通态特性2.3.3晶闸管的动态特性2本节具体内容：简要介绍开关控制和变换的基本原理学习要点：开关控制的基本原理四种变换形式开关变换中平均值、有效值、峰值及波形因子的概念32.1开关控制和变换原理2.1.1开关功率控制功率开关

2、是功率控制的基本单元效率η——负载上消耗的功率与由电源提供的功率之比42.1.1开关功率控制η＝负载上消耗功率/总功率＝RL/(RL＋RV)由晶体管控制52.1.1开关功率控制开关只有两种状态：开态断态负载上的电流：E/RL0开关上：压降≈0漏电流≈062.1.1开关功率控制如何实现？时间比率控制（TimeRatioControl）——通过控制开态和断态的时间以调整平均功率时间比率控制是通过脉宽调制来实现的PWM（PulseWidthModulation）7重要理论基础——面积等效原理冲量相等而形状

3、不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量窄脉冲的面积效果基本相同环节的输出响应波形基本相同形状不同而冲量相同的各种窄脉冲d)单位脉冲函数f(t)d(t)tOa)矩形脉冲b)三角形脉冲c)正弦半波脉冲tOtOtOf(t)f(t)f(t)2.1.1开关功率控制8正弦波脉宽调制原理正弦波脉宽调制(SPWM)等幅矩形脉冲的宽度按正弦规律变化用等效正弦波的、等幅不等宽的矩形脉宽作为控制器件通、断的依据通常采用三角波作载波得到PWM控制波形2.1.1开关功率控制9如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代

4、替一个正弦半波Ouωt>SPWM波Ouωt>Ouωt>若要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。PWM控制的基本思想102.1.1开关功率控制直流斩波原理降压式直流斩波电路（buckchopper）11保持开/关的周期T一定，让开的时间Ton慢慢增加2.1.1开关功率控制122.1.1开关功率控制电压型无源逆变电路单相半桥逆变电路132.1.1开关功率控制电压型无源逆变电路单相全桥逆变电路14urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud单极性PWM控制方式（单相桥逆变）在ur和uc

5、的交点时刻控制IGBT的通断。ur正半周，V1保持通，V2保持断。当ur>uc时使V4通，V3断，uo=Ud。当ur

6、小等优点，得到了广泛应用。162.1.1开关功率控制电机最优效率的实现---采用了先进的算法来提高电机的运行性能解决方案：利用密集的数值计算来提高系统的性能，给定的通量结构下产生最大的力矩。高性能DSP控制器可以实时完成转子定位和速度计算，而无需进行查表操作；DSP控制器的处理能力使得面向现场的控制(field-orientedcontrol，FOC)成为可能；基于同一种DSP控制器平台的其它产品可以复用这些算法。矢量控制－－智能控制172.1.1开关功率控制理想开关的条件：（半导体开关）VoN/E

7、≈0ioFF/IL≈0tS/T≈0其他：调节范围动作延迟信号灵敏无误动作寿命长小型轻量182.1.1开关功率控制开关的功率损耗开关内部损耗p=i.vts1－从通到断ts2－从断到通192.1.1开关功率控制总的平均功耗:P=IL.VontON/T+E.iOFFtOFF/T+E.IL.ξ1.ts1/T+E.IL.ξ2.ts2/Tξ1、ξ2为开关轨迹决定的系数。如果近似有P≈0，则有η＝RL/(RL＋RV)＝100％202.1.1开关功率控制假定：开关期间的电流、电压为线性变化V＝E(1－t/tS)i＝

8、IL.t/tS则pS＝V.i＝E.IL(1－t/tS).t/tS一周期开通一次的过渡损耗:PS(平均)＝1/T∫0tsPSdt＝(1/6)E.IL.tS/T此时轨迹系数:ξ＝1/6212.1.1开关功率控制开关轨迹系数①线性②感性负载③理想开关2220世纪60年代以前的变换2.1.2功率变换直流变换232.1.2功率变换交流电压、频率变换242.1.2功率变换基本开关变换电路三种工况：①S1S4导通、S2S3断开，e2=＋e1②S2S3导通、S1S4断开，e2=－e1