【精品课件】电源变换和控制技术基础知识

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电力电子学电力电子变换和控制技术

•P－MOSFET的工况可用其转移特性和输出特性表述：
•I•D
•I•D
•V•GS3=10
•Ⅰ •V•GS2=8•Ⅱ •Ⅲ
•V•GSth
•V•GS
•(d)转移特性
•V•GS1=4 •V•GS=0
•V•BR
•(e)输出特性
•V•DS
•图2.17 P-MOSFET特性曲线
电力电子学电力电子变换和控制技术
2.6 绝缘门极双极型晶体管IGBT
最大允许反向重复峰值电压额定电流最大允许的全周期均方根正向电流最大允许非重复浪涌电流最大允许的PN结结温和管壳温度结－壳、壳－散热器热阻反向恢复时间
电力电子学电力电子变换和控制技术
2.1.4 二极管的基本应用 ✓ 整流 ✓ 续流
电力电子学电力电子变换和控制技术
2.2 双极结型电力三极管
当正弦半波电流的峰值为Im时，它可用下式计算：
电力电子学电力电子变换和控制技术
二极管电流定额的含义如手册上某电力二极管的额定电流为100A，说明：
允许通过平均值为100A的正弦半波电流；允许通过正弦半波电流的幅值为314A；允许通过任意波形的有效值为157A的电流；在以上所有情况下其功耗发热不超过允许值。
电力电子学电力电子变换和控制技术
2023/5/16
电力电子学电力电子变换和控制技术
2 半导体电力开关器件
•2.1 电力二极管 •2.2 双极结型电力三极管 •2.3 晶闸管及其派生器件 •2.4 门极可关断晶闸管GTO •2.5 电力场效应晶体管P－MOSFET •2.6 绝缘门极双极型晶体管IGBT •*2.7 *2.8 自学 •2.9 半导体电力开关模块和功率集成电路 •本章小结
小结

《电源基础知识学生》课件

电源电路设计
1
基本电路元件
Байду номын сангаас
介绍电源设计中常用的电路元件，如电容、电感和二极管。
2
电源过载保护
探讨电源如何设计过载保护电路，以防止损坏和故障。
3
电路板布局和PCB设计
讲解电路板的布局原则和PCB设计技巧，以提高电源性能。
电源性能测试
1 常见测试指标
2 测试方法和仪器
介绍电源性能测试中需要关注的指标，如效率、纹波、和转换速度。
讨论进行电源性能测试常用的方法和仪器，如示波器和电压表。
课程总结
回顾本课程所涵盖的电源基础知识，并提供学习建议以进一步巩固所学内容。
附录
1 常见电源品牌和型号推荐
列出一些常见的电源品牌和型号，供学习者参考和选购。
2 常见问题及解答
提供电源设计和测试中常见问题的解答，帮助学习者克服困惑和难题。
《电源基础知识学生》 PPT课件
这份PPT课件将为你介绍电源基础知识，让你了解电源的定义、分类和设计，以及电源性能测试和常见问题解答。
课程目标
全面了解电源知识
掌握电源的概念、分类以及与其他电路元件的关系。
掌握电源设计技巧
学习电源电路的设计原则，包括 PCB 布局和过载保护等。
熟悉电源测试方法
了解电源性能测试的常见指标和使用的仪器。
教材和参考资料
1 教材
电源基础知识教程 - 作者名
2 参考书
电源设计手册 - 作者名
3 网上资源
电源设计博客、论坛、和视频教程。
电源的定义和分类
• 电源是将电能转换为其他形式能量的设备。 • 主要分类：直流电源和交流电源。 • 直流电源：稳定输出直流电压。 • 交流电源：将交流电压转换为稳定的直流电压。

电源基础知识介绍ppt课件

提供控制模块关断的逻辑功能
原边过温保护（OTP）
保护模块工作于一定的温度范围内，自身保护的一种
原边欠压保护（UVP）
自我保护的一种，同时也是保证系统正常工作的一种电路
原边限流保护（OCP）
模块自身的保护，保护在副边电路发生故障时，不使故障扩大
副边过压保护（OVP）
保护用户电路在模块发生故障时不会损坏
线性电源
8、线性电压调整器的设计考虑因素：压差输出电流损耗功率输入电压范围
线性电源
9、线性电压调整器的设计实例
开关电源
开关电源
定义：利用功率半导体器件使变压器工作在高频开关状态（饱和导通或截止），利用L、C储能并通过PWM控制获得需要的电压的装置。
1、开关电源的缺点与优点
及续流二极管承受过大电流。
Is Vo 2 VsR
开关电源
Boost升压变换器
Vin
L
D
Vo
S
C
R
稳态输入/输出关系
V0
1 V in
1 d
(0 < d < 1)
开关电源
Boost 电路的特点 1）输入电流纹波小，输出电流纹波大。开关管、
二极管的电流总是脉动的。过大的电压、电流应力容易损坏器件。 2）连续方式下，纹波电流随电感的增大而变小。 3）在BOOST电路中，不能空载，否则输出电压很高，有可能损伤电路中器件。
开关电源
13、电源模块应用主要参数：
输入电压范围：48V 36出电压范围：额定±1％
输出额定电流：应用中超过该额定值，输出电压跌落，通常模块设计中会有一定的裕度。
开关电源
9、非隔离DC/DC开关电源实例
BUCK型开关电源

《电工基础》课件——1.8电源等效变换

电源的等效转换
例题
如图3A所示，已知 US1=12V，R1=3Ω，US2=36V，R2=6Ω，R3=8Ω，求R3中的电流I3
依据电路图我们可以看到两个电压源模型处于并联状态，且电压、内电阻不相等，无法进行等效合并，因此需要把电压源模型转化成电流源模型。
电源的等效转换
例题
US1转换后
2Ω
等效电路如图3-c所示
电源的等效转换
例题
此时电路变为R0与R3并联的分流电路，流经R3的电流为
I3
R0 R0 R3
IS
2
2 8
(2)A
0.4A
电源的等效转换
① 电压控制电压源变换为电流源等效条件 iS=μu1/Rs, GS=1/RS ② 电流控制电压源变换为电流源等效条件为 iS=γi1/Rs GS=1/RS
R=R1+R2+R3 U=U1+U2+U3 I=U/R=U/(R1+R2+R3)
电源的等效转换
实际电压源和实际电流源存在一定的等效关系，此等效是指实际电压源和实际电流源端口的的电压、电流在转换过程中保持不变。
电源的等效转换
独立电压源的伏安特性为端电压U=US-UR=US-RsI 得到方程1 独立电流源的伏安特性为I=Is-Ir=Is-UGs 得到方程2 改变独立电流源伏安特性的样式，求得U=（Is-Ir）/Gs 得到方程3 当满足外部等效
电源的等效转换
③电压控制电流源变换为电压源等效条件为 US=δU1/Gs RS=1/GS ④电流控制电流源变换为电压源等效条件为 iS=γi1/Rs GS=1/RS
电源的等效转换讨论答疑
叠加定理是否仅适用于直流电路而不适用于交流电路的分析和计算？

电源等效变换受控源PPT课件

内阻保持不变； IS=US/RS；
内阻保持不变； US=IS ·RS；
等效的概念：保持端钮伏安关系不变的电路互为等效电路。
3、注意事项（1）电压源的正极性端对应于电流源的流出端；（2）等效是对外电路而言，内部不等效；例如：负载开路时，对电压源P0=0，而对电流源 P0=Is2 ·Rs （3）恒压源与恒流源之间不能等效。（4）可以推广到含源支路的等效变换。
I1 + U1=0
-
I2
I2= βI1
βI1
+ U2
-
β =I2/I1 β称为电流放大系数
受控源是双口网络
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
c 20Ω a 5Ω d
140V
6Ω 90V
b
2、将电压源变电流源 3、将电流源并联等效
6Ω
7A 20Ω
5Ω 18A
25A 4Ω
6Ω
4、应用分流公式计算电流 I=25×4/(4+6) =10(A)
课堂练习3：电路如图，求开关闭合后IR4。
解：
d
1、求a、b的等效电路
b
c
+ -
Us
RS
US=Is·R2 =×3=9(V)
电压源与电阻的串联组合
电流源与电阻的并联组合
二、电压源的串联等效
I U E1 RS1E2 RS2E3 RS3
En RSn
I E U RS

《电源的等效变换》课件

变换原则
变换前后，电源的功率应相等。
Y-Δ等效变换的计算方法
01
计算步骤
注意事项
02
03
计算实例
首先找出Y形和Δ形网络中对应元件的数值关系，然后根据这些关系计算出新的元件数值。
在变换过程中，应保持电路的结构不变，即支路电流和支路电压的数值和方向均应保持不变。
以实际电路为例，详细介绍如何进行Y-Δ等效变换的计算。
实例三
一个电路中有两个电源，一个为10V的直流电源，另一个为5A的直流电源，求总电压和总电流。
03
电源的Y-Δ等效变换
Y-Δ等效变换的基本原理
01
02
03
定义
将一个Y形网络变换为Δ形网络，或反之，以便简化电路的分析和计算。 Nhomakorabea前提条件
变换前后电路的伏安关系应保持不变，即对外电路来说，变换前后的电压和电流应分别相等。
02
电源的串并联等效变换
电源串联等效变换
串联等效变换的概念
当多个电源串联时，总电压等于各电源电压之和，总电流等于各电源电流之和。
串联等效变换的公式
总电压 (V_{total} = V_1 + V_2 + ... + V_n)，总电流 (I_{total} = I_1 + I_2 + ... + I_n)。
电源等效变换的应用场景
在电子工程中，电源的等效变换广泛应用于电路的分析和设计中。例如，在模拟电路、数字电路、电力电子等领域中，都需要用到电源的等效变换。
在电力工程中，电源的等效变换可以帮助我们更好地理解电力系统的运行原理，提高电力系统的稳定性。
在实际生活中，电源的等效变换也广泛应用于各种电子设备和电器的设计和优化中。例如，在电视、电脑、手机等各种电子设备中，都需要用到电源的等效变换来提高设备的性能和稳定性。

《电源等效变换》课件

03 电源等效变换的方法与技巧
电源等效变换的步骤
01
ห้องสมุดไป่ตู้
02
03
04
05
确定原始电路
列出原始电路的电压和电…
进行电源等效变换
重新列写电压和电流关系
化简电路
首先明确原始电路的结构和参数，包括电源、电阻、电容、电感等元件及其连接方式。
根据电路结构和参数，列出原始电路的电压和电流方程，以便后续分析。
自动控制系统
在自动控制系统中，电源等效变换可用于模拟不同阻抗元件对系统性能的影响，优化系统设计和控制效果。
02 电源等效变换的基本原理
线性电阻电路的等效变换
总结词
线性电阻电路的等效变换是指通过改变电路中电阻的连接方式，使得电路在输入和输出端表现出相同的电压和电流特性。
详细描述
线性电阻电路的等效变换基于欧姆定律和基尔霍夫定律，通过改变电阻的连接方式，使得电路在输入和输出端表现出相同的电压和电流特性。这种变换可以简化电路的分析和设计过程。
互感与理想变压器电路的等效变换
总结词
互感与理想变压器电路的等效变换是指将互感线圈和理想变压器转换为等效的电路元件，以便于分析和计算。
详细描述
互感与理想变压器电路的等效变换是电路分析中的重要方法，可以将互感线圈和理想变压器转换为等效的电路元件。这种变换可以简化电路的分析和设计过程，并且有助于理解电路的工作原理。互感与理想变压器电路的等效变换需要考虑磁场耦合和电压、电流的比例关系等因素。
根据需要，将电路中的电源进行等效变换，如串并联电阻、电容、电感等元件，以简化电路。
在完成电源等效变换后，重新列写电压和电流方程，确保变换的正确性。

电源基础知识学生.ppt

比较环节
i11
单相逆变单元
i11
比较环节
i12
单相逆变单元
i12
io io
uo
uo
22/27
逆变电源的并联控制
实现方式：
主从方式无主从方式
23/27
逆变电源的并联控制
主从方式：
主机：既有电压环，又有电流环，实现系统电压、
频率的控制，分担相应的负载电流，并向从机发出电流指令；
抗负载冲击能力大大提高。
18/27
逆变电源的并联控制
逆变电源并联的目的：
整流器
PWM 逆变器
Q1
Q3
Q2
Q4
变压器 LC 滤波器 L
C
整流器
PWM 逆变器
Q1
Q3
Q2
Q4
变压器 LC 滤波器 L
C
扩容冗余节能运行加快生产周期
缩短维修时间
19/27
逆变电源的并联控制
并联的基本问题：
6/27
逆变电源的基本概念
评价指标：
稳态特性：
稳压精度稳频精度波形品质电压不平衡与电压相位差
动态特性：
电压超调与电压降落恢复时间
负载适应性
7/27
逆变电源的主电路
单相电源：
整流器
PWM 逆变器
Q1
Q3
Q2
Q4
变压器 LC 滤波器 L
C
8/27
逆变电源的主电路
三相电源：
a b c N
U* +-
正弦波发生器
PI
? ei PWM 逆变器
变压器
LC
uo
滤波器

DCDC变换基础与新技术课件

DC/DC变换的意义何在？
电源按其一次能源的不同可以分为
– 1.产生电能的电源（电池、光伏电板、发电机等） – 2.变换电能的电源（相控整流、DCDC、逆变等）
产生电能——从无到有变换电能——从一种形态转变为另一种形态两者拥有同等重要的地位
DCDC变换基础与新技术
DC/DC变换的意义何在？
DCDC变换电源是一个将质量较低的电能变为质量较高电能的过程
DCDC变换基础与新技术
0W-2000W的应用场合。
同样会因为两开关管或输入电容参数失配而造成偏磁饱和，但很容易改良电路以避免。
DCDC变换基础与新技术
双管正激拓扑
目前在500W以上电源中很常用的一种拓扑，逐渐替代了半桥。
许多分析的文章中给出的原因是稳定可靠，自己尚未琢磨出缘由。
DCDC变换基础与新技术
全桥拓扑
功率方面已经达到开关电源的极限，应用于大功率场合。
DCDC变换基础与新技术
DC/DC变换器新技术
节能是一台电源永恒的追求，所以DC/DC变换新技术绝大多数都是围绕着降低开关损耗提出的。
常见的新技术包括：
地的若干种输出电压。
4.无需工频变压器，重量轻、体积小 5.管耗很小，散热器小缺点：
1.输出电压纹波较大（10mV-100mV） 2.剧烈的开关动作造成严重的电磁兼
容问题
DCDC变换基础与新技术
开关电源的基本结构
输入整流滤波辅助电源时钟振荡电路
功率变换驱动电路控制电路
输出整流滤波过压过流保护反馈补偿
粗电
精电
DCDC变换基础与新技术
DC/DC变换的途径有哪些？
串联式稳压电源开关式稳压电源

《基础知识电气控制》课件

保设备动作准确。
运行故障
检查电源电压是否稳定，更换损坏的元件或调整设备运行参
数，恢复设备正常运行。
05
发展趋势与展望
智能化发展
总结词
随着人工智能技术的不断进步，电气控制领域正朝着智能化方向发展。
详细描述
智能化发展主要体现在自动化控制、故障诊断、优化运行等方面。通过引入人工智能技术，可以实现更加精准、高效的电气控制，提高生产效率和能源利用率。
电气控制发展历程
总结词
电气控制技术的发展经历了手动控制、机械控制和计算机控制三个阶段。
详细描述
在手动控制阶段，人们主要依靠手动操作开关来控制电路通断；随着技术的发展，人们开始利用机械装置实现电路的自动切换，进入机械控制阶段；现代的计算机技术使得电气控制更加智能化，实现了对设备的精确控制和远程监控。
控制元件是电气控制系统中用于实现控制功能的元件。
控制元件包括继电器、接触器、开关等，它们能够根据输入信号或指令来控制电路的通断状态。
控制元件的作用是实现对电路的有效控制，保证系统的稳定运行
。
执行元件
执行元件是电气控制系统中用于执行控制指令的元件。
执行元件包括电动机、电磁阀、调节阀等，它们能够根据控制信号或指令来驱动相应的机械或设备。
执行元件的作用是将控制信号转化为实际的机械动作，实现系统的自动化控制。
传感器
传感器是电气控制系统中用于检测和感知物理量变化的元件。
传感器能够将检测到的温度、压力、流量、位移等物理量转化为电信号，传输给控制器进行处理。
传感器的精度和可靠性对整个电气控制系统的性能有着重要影响。
控制器
控制器是电气控制系统中用于处理输入信号并输出控制指令的核

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几种典型的电力电子器件
不可控器件――电力二极管半控型器件――晶闸管电力场效应晶体管――电力MOSFET 绝缘栅双极型晶体管――IGBT
1、不可控器件――电力二极管
（1）电力二极管的基本特性：电力二极管（Power Diode）承受的反向电压耐力与阳极通流能力均比普通二极管大得多，但它的工作原理和伏安（V－A）特性与普通二极管基本相同，都具有正向导电性和反向阻断性。电力二极管的电路符号和静态特性（即伏安特性）如下图所示。
2.1.1电力电子器件的概念和特征
◆电力技术（电力设备、电力网络） ◆ 电子技术（电子器件、电子电路） ◆ 控制技术（连续、离散）
1974年美国学者W.Newell用于表征电力电子技术的倒三角
2.1.2电力电子器件的分类
◆电力电子及其特性 ◆电力电子器件的分类 ◆几种典型的电力电子器件
电力电子及其特性
正向通态压降UF ：在额定结温下，电力二极管在导通状态流过某一稳态正向电流（IF）所对应的正向压降。正向压降越低，表明其导通损耗越小。
反向恢复电流IRP及反向恢复时间trr ：反向恢复时间trr通常定义为从电流下降为零至反向电流衰减至反向恢复电流峰值25％的时间。反向恢复电流 IRP及恢复时间trr与正向导通时的正向电流IF及电流下降率diF/dt密切相关。
2、按驱动信号类型分类
(1) 电流驱动型：通过对控制极注入或抽出电流，实现其开通或关断的电力电子器件称为电流驱动型器件，如Thyrister，GTR，GTO等。
(2) 电压驱动型：通过对控制极和另一主电极之间施加控制电压信号，实现其开通或关断的电力电子器件称为电压驱动型器件，如P－MOSFET，IGBT等。
（2）半控型器件：可以通过控制极（门极）控制器件导通，但不能控制其关断的电力电子器件。晶闸管(Thyristor)及其大部分派生器件(除GTO及 MCT—MOSFET控制晶闸管等复合器件外)，器件的关断一般依靠其在电路中承受反向电压或减小通态电流使其恢复阻断。
（3）全控型器件：既可以通过器件的控制极（门极）控制其导通，又可控制其关断的器件。主要有：功率晶体管（GTR）、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、门极可关断晶闸管（GTO）和电力场效应晶体管(P-MOS)等。
图2-2 晶闸管电路符号及伏安（V－A）特性
（1）基本特性：
电流触发特性：当晶闸管A－K极间承受正向电压时，如果G－K极间流过正向触发电流，就会使晶闸管导通。
单向导电特性：当承受反向电压时，此时无论门极有无触发电流，晶闸管都不会导通。
半控型特性：晶闸管一旦导通，门极就失去作用；此时，不论门极电流是否存在、触发电流极性如何，晶闸管都维持导通。要使导通的晶闸管恢复关断，可对其A－K极间施加反向电压或使其流过的电流小于维持电流（IH）。
3、电力场效应晶体管――电力MOSFET （1）基本特性
S G
N+ P N+
N+ P N+
沟道
N-
N+
D
a)
D
D
G
G
S N沟道
b)
S P沟道
图2-3 电力MOSFET结构图和电路图形符号
a)转移特性
b)输出特性
图2-4 电力MOSFET的转移特性和输出特性
（2）主要参数
漏极电压UDS 漏极直流电流额定值ID和漏极脉冲电流峰值IDM 漏源通态电阻RDS(on)：在栅源间施加一定电压（10～15V），
电力电子器件被广泛用于处理电能的主电路中，是实现电能的传输、变换或控制的电子器件。
电力电子器件所具有的主要特征为： ①电力电子器件处理的电功率的大小是其主要的特征
参数。 ②电力电子器件往往工作在开关状态； ③在实际应用中因此需要驱动电路对控制信号进行放
大。
电力电子器件的分类
1、按可控性分类
（1）不控型器件：不能用控制信号控制其导通和关断的电力电子器件。如：功率二极管（Power Diode）。
反向恢复过程：受二极管PN结中空间电荷区存储电荷的影响，向正向导通的二极管施加反向电压时，二极管不能立即转为截止状态，只有存储电荷完全复合后，二极管才呈现高阻状态。
2、半控型器件――晶闸管
KG
IA
电路符号
A
U U RSM RRM
IH
IG1 IG2 IG=0
0
U U DRM
bo
UDSM
UA
优点：晶闸管可以承受的电压、电流在功率半导体中均为最高，具有价格便宜、工作可靠的优点，尽管其开关频率较低，但在大功率、低频电力电子装置中仍占主导地位。
K
I
A
电路符号
URBO
IF
0管电路符号及伏安（V－A）特性
（2）电力二极管的主要参数
正向平均电流IF(AV) ：电力二极管在连续运行条件时，器件在额定结温和规定的散热条件下，允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。
反向重复峰值电压URRM ：指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压，通常是雪崩击穿电压URBO的2/3。
第2章电源变换和控制技术基础知识
本章主要内容
2.1 电力电子器件及应用 2.2 AC-DC变换电路 2.3 DC-DC变换电路 2.4 DC-AC变换电路 2.5 AC-AC变换电路 2.6 多级复合形式的变换电路 2.7 半导体功率器件的驱动与保护电路
2.1 电力电子器件及应用
◆电力电子器件的概念和特征 ◆电力电子器件的分类 ◆ 不可控器件——电力二极管 ◆半控型器件——晶闸管 ◆电力场效应晶体管——电力MOSFET ◆绝缘栅双极型晶体管——IGBT
（2）主要参数
额施一加个定的电电正压压、值UT反称：向为晶断晶闸态闸管重管在复的额峰额定值定结电电温压压、UU门DT。极RM开和路UR时RM，中允较许小重的复
正路反(向、Ig=峰反0值向)、电断器压态件。重在一复额般峰定分值结别电温取压时正U，D、R允M反、许向U重断R复RM态加：不在晶重器闸复件管峰上门值的极电正开压、
（于U转D折SM电、压UR（SMU）bo）的。90%。正向断态不重复峰值电压应小
通下、态稳平定均结电温流不IT(A超V)过：额在定环结境温温时度，为晶40闸℃管和允规许定流的过散的热最条大件
工频正弦半波电流的平均值。这也是额定电流的参数。
维几十持到电几流百IH：m维A。持晶闸管导通所必需的最小电流，一般为