现代电子系统设计课件第四章.ppt

第4章电力电子系统设计
电力电子系统中常用元器件介绍;
电力电子系统设计举例。

电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术,是将强电(电力)和弱点(电子)相结合的一门学科,就是使用电力电子器件(如晶闸管,门级可关断晶闸管GTO,绝缘栅双极型晶体管IGBT等)对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW,也可以小到数W甚至1W以下,和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。
电力电子器件
晶闸管(SCR)
工作原理:,晶闸管才能导通
***级将失去控制作用

大功率晶体管(GTR)
与普通的双极结型晶体管基本原理是一样的。
主要特性是耐压高、电流大、开关特性好。
通常采用至少由两个晶体管按达林顿接法组成的单元结构。
采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成。
(P- MOSFET)
特点——用栅极电压来控制漏极电流
驱动电路简单,需要的驱动功率小。
开关速度快,工作频率高(高达100kHz)。
热稳定性优于GTR。
电流容量小,耐压低,一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。
(IGBT)
工作原理:
驱动原理与电力MOSFET基本相同,场控器件,通断由栅射极电压uGE决定。
导通:uGE大于开启电压UGE(th)时,MOSFET内形成沟道,为晶体管提供基极电流,IGBT导通。
通态压降:电导调制效应使电阻RN减小,使通态压降减小。
关断:栅射极间施加反压或不加信号时,MOSFET内的沟道消失,晶体管的基极电流被切断,IGBT关断。
§ 电力电子系统设计举例
三相正弦波变频电源设计(三相SPWM逆变器的应用)
题目(2005年全国电子设计大赛F题)
设计并制作一个三相正弦波变频电源,输出线电压有效值为36V,,负载为三相对称阻性负载(Y接法)。变频电源框图如下图所示:

(1)输出频率范围为20Hz~100Hz的三相对称交流电,;
(2)输出电压波形应尽量接近正弦波,用示波器观察无明显失真;
(3)当输入电压为198V~242V,~3A时,输出线电压有效值应保持在36V,误差的绝对值小于5%;
(4)具有过流保护()、负载缺相保护,保护时自动切断输入交流电源。

(1)当输入电压为198V~242V,~3A时,输出线电压有效值应保持在36V,误差的绝对值小于1%;
(2)设计制作具有测量、显示该变频电源输出电压、电流、频率,测量误差的绝对值小于5%;
(3)变频电源输出频率在50Hz以上时,输出相电压的失真度小于5%;
(4)其它。
设计方案
(1)控制方案设计
设计关键在于逆变电路的设计,采用SPWM技术,产生SPWM波的电路方案可以有以下三种:
a. 使用模拟电路
主要使用集成函数发生器ICL8038
该方案技术成熟且广泛应用,但电路规模庞大,调试不方便。