电力电子中的击锤过桥阀工作原理是什么
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所为的312V是AC220*1.414=311.08V这是最高的峰值电压，如果电压低于这个值那逆变输出的波形会平顶。
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2电力电子件
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电力电子技术 主讲：唐元春 电力电子器件 2.1
电力电子器件概述 2.2
不可控器件——电力二极管 2.3
半控型器件——晶闸管 2.4
典型全控型器件
其他新型电力电子器件
电力电子器件的驱动
电力电子器件的保护
电力电子器件的串联和并联使用
电力电子器件
电子技术的基础 电力电子器件的概述 2.2.1 电力电子器件的概念和特征 2.2.2 应用电力电子器件的系统组成 2.2.3 电力电子器件的分类 2.2.4 本章内容和学习要点
电力电子器件的概念和特征
电力电子电路的基础 —— 电力电子器件 概念: 电力电子器件（power electronic device）——可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 主电路（main power circuit）——电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。 广义上分为两类:
电真空器件
(汞弧整流器、闸流管等电真空器件)
半导体器件
(采用的主要材料仍然是硅) 电力电子器件的概念和特征 3.
同处理信息的电子器件相比，电力电子器件的一般特征： 电力电子器件的概念和特征 应用电力电子器件的系统组成 电力电子系统：由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成 应用电力电子器件的系统组成 控制电路按系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的通或断，来完成整个系统的功能。
应用电力电子器件的系统组成 由于主电路中往往有电压和电流的过冲，而电力电子器件一般比主电路中普通的元器件要昂贵，但承受过电压和过电流的能力却要差一些，因此，在主电路和控制电路中附加一些保护电路，以保证电力电子器件和整个电力电子系统正常可靠运行，也往往是非常必要的。 电力电子器件的分类 按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，分为以下三类： 电力电子器件的分类
按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质，分为两类： 本章内容和学习要点 本章内容:
介绍各种器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题。
然后集中讲述电力电子器件的驱动、保护和串、并联使用这三个问题。 学习要点: 最重要的是掌握其基本特性。 掌握电力电子器件的参数和特性曲线的使用方法，这是在实际中正确应用电力电子器件的两个基本要求。 由于电力电子电路的工作特点和具体情况的不同，可能会对与电力电子器件用于同一主电路的其它电路元件，如变压器、电感、电容、电阻等，有不同于普通电路的要求。 不可控器件—电力二极管 2.2.1
PN结与电力二极管的工作原理
电力二极管的基本特性
电力二极管的主要参数
电力二极管的主要类型 不可控器件—电力二极管
Power Diode结构和原理简单，工作可靠，自20世纪50年代初期就获得应用。
快恢复二极管和肖特基二极管，分别 在中、高频整流和逆变，以及低压高频整流的场合，具有不可替代的地位。 PN结与电力二极管的工作原理
基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。
以半导体PN结为基础。
由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的 从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装。 PN结与电力二极管的工作原理
N型半导体和P型半导体结合后构成PN结。 PN结与电力二极管的工作原理
PN结的正向导通状态
电导调制效应使得PN结在正向电流较大时压降仍然很低，维持在1V左右，所以正向偏置的PN结表现为低阻态。 PN结的反向截止状态
PN结的单向导电性。
二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这一主要特征。 PN结的反向击穿
有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式，可能导致热击穿。 PN结的电容效应：
PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容CJ，又称为微分电容。
结电容按其产生机制和作用的差别分为势垒电容CB和扩散电容CD 。 PN结与电力二极管的工作原理
势垒电容只在外加电压变化时才起作用。外加电压频率越高，势垒电容作用越明显。势垒电容的大小与PN结截面积成正比，与阻挡层厚度成反比。 PN结与电力二极管的工作原理
造成电力二极管和信息电子电路中的普通二极管区别的一些因素： 正向导通时要流过很大的电流，其电流密度较大，因而额外载流子的注入水平较高，电导调制效应不能忽略。
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电力电子技术(上)
电力电子技术第1章 MCL 系列 电机电力电子及电气传动教学实验台介绍一 概1．特点：（1）采用组件式结构，可根据不同内容进行组合，故结构紧凑，使用方便灵活，并且 可随着功能的扩展只需增加组件即可，能在一套装置上完成《电力电子学》，《电力拖动 自动控制系统》等课程的主要实验。 （2）装置布局合理，外形美观，面板示意图明确，直观，学生可通过面板的示意查寻 故障，分析工作原理。电机采用导轨式安装，更换机组简捷，方便，所采用的电机经过特 殊设计，其参数特性能模拟 3KW 左右的通用实验机组，能给学生正确的感性认识。除实 验控制屏外，还设置有实验用台，内可放置机组，实验组件等，并有可活动的抽屉，内可 放置导线，工具等，使实验更方便。 （3）实验线路典型，配合教学内容，满足教学大纲要求。控制电路全部采用模拟和数 字集成芯片，可靠性高，维修，检测方便。触发电路采用数字集成电路双窄脉冲。 （4）装置具有较完善的过流、过压、RC 吸收、熔断器等保护功能，提高了设备的运 行可靠性和抗干扰能力。 （5）面板上有多只发光二极管指示每一个脉冲的有无和熔断器的通断。触发脉冲可外 加，也可采用内部的脉冲触发可控硅，并可模拟整流缺相和逆变颠覆等故障现象。述2．技术参数（1）输入电源： ?380V 10% 50HZ?1HZ 相对湿度：〈75% 海 拔：〈1000m （3）装置容量：〈1KVA （4）电机容量：〈200W （5）外形尺寸：长 1600mm X 宽 700mm（长 1300mm X 宽 700mm） （2）工作条件：环境温度：-5 ~ 400C1 电力电子技术3．能开设的实验电力电子技术．半控型器件：1．单结晶体管同步移相触发电路及单相半波可控整流电路 2．正弦波同步移相触发电路及单相半波可控整流电路 3．锯齿波同步移相触发电路 4．单相桥式半控整流电路 5．单相桥式全控整流电路 6．单相桥式有源逆变电路 7．三相半波可控整流电路 8．三相半波有源逆变电路 9．三相桥式半控整流电路 10．三相桥式全控整流电路 11．三相桥式有源逆变电路 12．直流斩波电路 13．单相并相逆变电路 14．单相交流调压电路 15．三相交流调压电路电力电子技术．全控型器件特性部分1．功率场效应晶体管(MOSFET)的主要参数测量 2．功率场效应晶体管(MOSFET)的驱动电路研究 3．绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性及其驱动电路的研究 4．电力晶体管（GTR）驱动电路的研究 5．电力晶体管（GTR）的特性研究电力电子技术．全控型器件典型线路部分1．直流斩波电路（升压斩波、降压斩波）的性能研究 2．单相交直交变频电路的性能研究 3．半桥型开关稳压电源的性能研究 4．电流控制型脉宽调制开关稳压电源研究 5．直流斩波电路（Buck-Boost 变换器）的研究 6．采用自关断器件的单相交流调压实验 7．单相正弦波（SPWM）逆变电路实验 8．全桥 DC/DC 变换电路实验2 电力电子技术9．整流电路的有源功率因数校正实验 10．软开关实验直流调速实验1．晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定 2．晶闸管直流调速主要单元调试 3．不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究 4．双闭环晶闸管不可逆直流调速系统 5．逻辑无环流可逆直流调速系统 6．双闭环控制的直流脉宽调速系统(PWM)交流调速实验1．双闭环三相异步电机调压调速系统 2．双闭环三相异步电机串级调速系统 3．微机控制的脉宽调制 SPWM 变频调速系统（IPM） 4．空间矢量控制的变频调速系统 5．采用 DSP 的磁场定向变频调速系统与直接转矩变频调速系统 6．采用 DSP 控制的直流方波无刷电机调速系统4. 组件配置：4．1．实验机组： （1）直流电动机：PN=185W，UN=220V，IN=1.1A，n=1500r/min （2）绕线式异步电机：PN=100W，UN=220V，IN=0.55A，n=1350r/min （3）直流复励发电机 M01：PN=100W，UN＝200V，IN＝0.5A，n＝1500/min （4）三相笼型异步电动机 M04：PN=100W，UN＝220V，IN＝0.48A，n＝1400/min （5）直流方波无刷电机 M15：PN=40W，UN＝36V，IN＝1.3A，n＝1500/min 4．2．实验挂箱： （1）MCL-05 （2）MCL-06 （3）MCL-07 （4）MCL-08 验箱 MCL-04 （5）MCL-09 单结晶体管，正弦波，锯齿波触发电路 单相并联逆变器，斩波器 IGBT、VDMOS、GTR 电力电子器件实验箱 MCL-03 速度变换器，转速调节器，电流调节器 直流斩波电路（Buck-Boost）和电流控制型脉宽调制开关稳压电源实 微机控制的 SPWM 变频调速及空间矢量控制变频调速实验箱 反号器，转矩极性鉴别器，零电流检测器,逻辑控制器.（6）MCL-10A 全桥 DC/DC 变换、直流脉宽调速系统实验箱3 电力电子技术（7）MCL-11单相交流调压实验、单相正弦波（SPWM）逆变电路实验（8）MCL-13A 采用 DSP 控制的变频调速实验箱 （9）MCL-14A 采用 DSP 控制的直流方波无刷电机调速实验箱 （10）MCL-15 （11）MCL-16 （12）MCL-17 （13）MCL-18 （14）MCL-20 相整流桥 （15）MCL-22 现代电力电子电路和直流脉宽调速系统实验 （16）MCL-33 极管三相整流桥 （17）MEL-11 （18）MEL-02 控制器(DLC) 4．3 选配挂箱： （1）MEL―03 挂箱：可调电阻器 （2）电机导轨及测速发电机 直流发电机 M01：PN=100W，UN=200V （3）电机导轨及测功机、测速发电机 MEL―13 组件。 电容箱 三相芯式变压器 触发电路，Ⅰ组晶闸管，Ⅱ组晶闸管，平波电抗器，RC 阻容吸收,二 整流电路的有源功率因数校正实验箱直流斩波电路（升压斩波、降压斩波） 、单相交直交变频电路的性能软开关 速度变换器，转速调节器，电流调节器，电流互感器，电压互感器, 给定，触发电路，Ⅰ组晶闸管，平波电抗器，RC 阻容吸收,二极管三研究、半桥型开关稳压电源的性能研究过流保护，给定，电流反馈（19）MCL-34 挂箱：反号器(AR)，转矩极性鉴别器(DPT)，零电流检测器(DPZ)，逻辑4 电力电子技术二MCL 系统挂箱介绍和使用说明一．MCL―18 挂箱（MCL―31）MCL―18 由 G （给定） 零速封锁器 ， （DZS） 速度变换器 ， （FBS） 转速调节器 ， （ASR） ， 电流调节器（ACR），过流过压保护等部份组成。1. G（给定）：原理图如图 1-1。 它的作用是得到下列几个阶跃的给定信号： （1）0V 突跳到正电压，正电压突跳到 0V； （2）0V 突跳到负电压，负电压突跳到 0V； （3）正电压突跳到负电压，负电压突跳到正电压。 正负电压可分别由 RP1、 RP2 两 多圈电位器调节大小（调节范围为 0??13V 左右）。数值由面板右边的 数显窗读出。 只要依次扳动 S1、 的不同位 S2 置即能达到上述要求。 （1）若 S1 放在“正给定”位， 扳动 S2 由“零”位到“给定”位即 能获得 0V 突跳到正电压的信号，再 由“给定”位扳到“零”位能获得正电压到 0V 的突跳； （2）若 S1 放在“负给定”位，扳动 S2，能得到 0V 到负电压及负电压到 0V 的突跳； （3）S2 放在“给定”位，扳动 S1，能得到正电压到负电压及负电压到正电压的突跳。 使用注意事项：给定输出有电压时，不能长时间短路，特别是输出电压较高时，否则 容易烧坏限流电阻。-15VG(给定)+15V RP1 RP2 RP2 S1负给定RP1S1 S2正给定 + 给定 -S20V图1-1 给定原理图2．FBC+FA+FT（电流变送器与过流过压保护）：此单元有三种功能：一是检测电流反馈信号，二是发出过流信号，三是发出过压信号。 电路图为 1-2。 （1）电流变送器 电流变送器适用于可控硅直流调速装置中，与电流互感器配合，检测可控硅变流器交 流进线电流，以获得与变流器电流成正比的直流电压信号，零电流信号和过电流逻辑信号 等。 电流互感器的输出接至输入 TA1，TA2，TA3，反映电流大小的信号经三相桥式整流5 电力电子技术电路整流后加至 9R1、9R2、VD7 及 RP1、9R3、9R20 组成的各支路上，其中： a．9R2 与 VD7 并联后再与 9R1 串联，在其中点取零电流检测信号。 b．将 RP1 的可动触点输出作为电流反馈信号，反馈强度由 RP1 进行调节。 c．将可动触点 RP2 与过流保护电路相联，输出过流信号，可调节过流动作电流的大 小。（2）过流保护（FA）当主电路电流超过某一数值后(2A 左右)，由 9R3，9R20 上取得的过流信号电压超过运 算放大器的反向输入端，使 D 触发器的输出为高电平，使晶体三极管 V 由截止变为导通， 结果使继电器 K 的线圈得电，继电器 K 由释放变为吸引，它的常闭触点接在主回路接触器 的线圈回路中，使接触器释放，断开主电路。并使发光二极管亮，作为过流信号指示，告 诉操作者已经过流跳闸。1 2 3 4SA 为解除记忆的复位按钮，当过流动作后，如过流故障已经排除，则须按下以解除 记忆，恢复正常工作。D +159R1 TA 1 TA 2 TA 3C9R4 9R3 RP1 9C 1 9R20 9R5 RP26 7 5A1 B 9R6DA5 3 6 D CL K S Q Q 2 1L1 9R8 9R15K19R13V D8 SA4R9R2V D79V 14 9R17IoIf+15BTV 1 9C 2 TV 2 9R21RP32 349R109R11 A1 A1DB9 11 8 D CL K S Q Q 12 13L2 9R9 9R16K29R149R1289V 13 S210R9R79V 15 9R18AT itle图 1-2电流变送器与过流保护原理图2 3Size A4 Da te: File:Nu mb erRe visio n1 2-Ju n-2 00 2 D:\USE R\MCL \m c l01 \Fb c. DDBShe et of Dra wn By : 43．零速封锁器（DZS）1零速封锁器的作用是当调速系统处于静车状态，即速度给定电压为零，同时转速也确 为零时，封锁调节系统中的所有调节器，以避免静车时各放大器零漂引起可控硅整流电路 有输出使电机爬行的不正常现象。原理电路如图 1―3 所示。6 1234电力电子技术D-1 5R7 R11R15 R19 VD1 R3C 2 1 3A1A LF3534R25 DD 401113 11 12 9 8 10 2DC 4011 VD111DA 4011VD2R48VD123VSTVT1 3DG130BR23 R16 R12 R20 VD9 R8+15 B +15R29 R27 R28A图 1―3 零速封锁器 它的总输入输出关系是：1 2 3T itleSize A4Nu mb erRe visio n（1）当 1 端和 2 端的输入电压的绝对值都小于 0.07 V 左右时，则 3 端的输出电压应Da te: File:6 -Oct-2 00 2 D:\USE R\MCL \m c l01 \mc l01 . DdbShe et of Dra wn By : 4为 0V； （2）当 1 端和 2 端的输入电压绝对值或者其中之一或者二者都大于 0.2V 时，其 3 端 的输出电压应为D15V； （3）当 3 端的输出电压已为D15V，后因 1 端和 2 端的电压绝对值都小于 0.07V，使 3 端电压由D15V 变为 0V 时，需要有 100 毫秒的延时。 3 端为 OV 时输入到各调节器反馈网络中的场效 应管，使其导通，调节器反馈网络短路而被封锁，3 端为D15V 时输入到上述场效应管使其夹断，而解除 封锁。具体原理如下：-0.2V -0.07V 0.07V 0.2V它是由两个山形电平检测器和开关延时电路组 成。图1-4 电平检测器输入输出特性（1）DZS 前半部分别由线性集成电路 A1：A 和 A1：B 组成二个山形电平检测器， 山形电平极测器的输入输出特性如图 1―4 所示，输入电压是指 1 或 2 端送入的电压（S3 放在封锁位），输出电压是指在 4 或 5 上得到的电压。调整参数到输出电压突跳的几个输 入电压为： Ua=D0.2V Ub=D0.07V Uc=+0.07V Ud=+0.2V7 电力电子技术输出正向电压无限幅，约为+12V，输出负向电压用二极管 VD9 和 VD10 箝位到D0.7V。 （2）DZS 的后关部为开关延时电路 （a）当 1 和 2 端电压绝对值均小于 0.07V，则 4 和 5 得到的电压都为+15V，高电平 为“1”态，输入单与门 4011，其输出 10 脚也为“1”态，二极管 VD11 截止，这样单与非 门的输入为“1”态，输出 3 脚为“0”态，VD12 导通，使稳压管 VST 不能击穿，所以三 极管 VT1 截止，从而 3 端输出为 0V。 （b）当 1 和 2 端电压绝对值或其中之一或二者都大于 0.2V 时，则在 4 和 5 上或者 4 为D0.7V，或者 5 为D0.7V，或者 4、5 均为D0.7V，低电平为“0”态，三种情况输入 D： C，其输出都为“0”态，VD11 导通，接 0V，D:A 输入为“0”态，其输出为“1”态，使 VD12 截止，稳压管 VST 在 30V 的电压作用下而击穿，VT1 饱和导通，可使 3 端输出为D 15V。 （c）当已在（b）的情况，3 端子输出为D15V，此时 D:C 的输出为 0V，D:A 上输入 电压接近 0V。若要回到（a）的情部，则 D：C 的输出先由“0”态变成“1”态，VD11 截 止，D:A 上输入上电压应为+15V，但电容 C5 二端电压不能突变，+15V 电源通过 R27 对 C5 充电，C5 电压逐步上升，上升到一定数值后 D：A 的输出由“1”态变为“0”态，从而使 3 端输出为 0V，所以 3 端由D15V 变为 0V 有一延时时间，其延时长短取决于 R27C5 的充 电回路时间常数。 （d）钮子开关 S3 有二个位置，放在“封锁位”，用在调速系统正常工作的情况，即 为上述分析情况，放在“解除位”，A1：A 组成的山形电平检测器输入总是+15V，3 端子 电位总是D15V，使各调节器解除封锁，以便单独调试调节器用。4．电源输入输出端：面板下部的 L1、L2、L3 三接线柱表示三相电源的输入，U、V、W 表示电源输出端。 在进行实验时，调压器的输出端接到 L1、L2、L3，U、V、W 接到可控硅或电机，在 L1、 U，L2、V，L3、W 间接有电流互感器，L1、L2 间接有电压互感器，当电流过大或电压过 高时，过流保护和过压保护动作。 使用注意事项：接到可控硅的电压必须从 U、V、W 引出，否则过流保护和过压保护 不起作用。5．FBS（速度变换器）速度变换器（FBS）用于转速反馈 的调速系统中， 将直流测速发电机的输 出电压变换成适用于控制单元并与转 速成正比的直流电压，作为速度反馈。 其原理图如图 1?5 所示。81 2RPRP3 4图1-5 速度变换器 电力电子技术使用时，将测速发电机的输出端接至速度变换器的输入端 1 和 2。分两路输出。 （1）一路经电位器 RP2 至转速表，转速表(0??2000n/s)已装在电机导轨上。 （2）另一路经电阻及电位器 RP，由电位器 RP 中心抽头输出，作为转速反馈信号， 反馈强度由电位器 RP 的中心抽头进行调节，由电位器 RP 输出的信号，同时作为零速封锁 反映转速的电平信号。 元件 RP 装在面板上。6．ASR（速度调节器）速度调节器 ASR 的功能是对给定和反馈两个输入量进行加法，减法，比例，积分 和微分等运算，使其输出按某一规律变化。 它由运算放大器，输入与反馈网络及二极管限幅环节组成。其原理图如图 1-6 所示。 1 2 3 转速调节器 ASR 也可当作电压调节器 AVR 来使用。 速度调节器采用电路运算放大器，它具有两个输入端，同相输入端和倒相输入端，其DC2 473R9 10KR15 120K R16 2MC1 474 1N4007RP1 4.7K R20 470U fnR5 10K C6 224R10 10K VD3 V5 3DJ6H+15C1.5K RP2 1N4007 VD46 34 1 5U srR6 10K C7 224R11 10K2R21 1.5KUA741 VD5 1NK RP3-1 57R14 10KB图1-6 速度调节器输出电压与两个输入端电压之差成正比。电路运算放大器具有开环放大倍数大，零点漂移 小，线性度好，输入电流极小，输出阻抗小等优点，可以构成理想的调节器。图 1-7 中， 由二极管 VD4，VD5 和电位器 RP2，RP3 组成正负限幅可调的限幅电路。由 C2，R9 组成 反馈微分校正网络，有助于抑制振荡，减少超调，R15，C1 组成速度环串联校正网络。场A T itle效应管 V5 为零速封锁电路，当 4 端为 0V 时 VD5 导通，将调节器反馈网络短接而封锁，4 端为-13V 时，VD5 夹断，调节器投入工作。RP1 为放大系数调节电位器。1 3 元件 RP1，RP2，RP3 均安装在面板上。电容 2 C1 两端在面板上装有接线柱，电容 C2Size A4 Da te: File:Nu mb er6 -Oct-2 00 2 D:\USE R\MCL9 电力电子技术两端也装有接线柱，可根据需要外接电容。7．ACR（电流调节器）电流调节器适用于可控制传动系统中，对其输入信号（给定量和反馈量）时进行加法、 减法、比例、积分、微分，延时等运算或者同时兼做上述几种运算。以使其输出量按某种 1 2 予定规律变化。它是由下述几部分组成：运算放大器，两极管限幅，互补输出的电流放大 级、输入阻抗网络、反馈阻抗网络等。D 3470 C2 473 10K R9 12K R15 R16 R5 10K 224 C6 2CW54 VST1 VD3 R6 10K R7 10K 2CW54 VST2 R3 V1 5.1K K 2CW54-1 5474 C1RP1 4.7KR10 2M 10K+151N4007R11 C7 224 10K R124 1V5 3DJ6H+15R18 300CRP2 2.2K 1N40075V3 3DG6C10K2UA741 R216C8 22431.5K7R13 10K1NKV4 3CG23 RP3 2.2K R19 300R4 V2 5.1K 9013BC9 224-1 5VST3图1-7电流调节器电流调节器与速度调节器相比，增加了 4 个输入端，其中 2 端接过流推?信号，来自电 流变换器的过流信号 U?，当该点电位高于某值时，VST1 击穿，正信号输入，ACR 输出负 电压使触发电路脉冲后移。UZ、UF 端接逻辑控制器的相应输出端，当这二端为高电平时，ATi三极管 V1、V2 导通将 Ugt 和 Ugi 信号对地短接，用于逻辑无环流可逆系统。 晶体管 V3 和 V4 构成互补输出的电流放大级，当 V3、V4 基极电位为正时，V4 管（PNP 型晶体管）截止，V3 管和负截构成射极跟随器。如 V32 ，V4 基极电位为负时，V3 管（NPN 1 型晶体管）截止，V4 管和负截构成射极跟随器。接在运算放大器输入端前面的阻抗为输入 阻抗网络。改变输入和反馈阻抗网络参数，就能得到各种运算特性。 元件 RP1、RP2、RP3 装在面板上，C1、C2 的数值可根据需要，由外接电容来改变。103SiADa Fi 电力电子技术二．MCL-33 挂箱：MCL―33 由脉冲控制及移相，双脉冲观察孔，一组可控硅，二组可控硅及二极管，RC 吸收回路，平波电抗器 L 组成。 本实验台提供相位差为 60O，经过调制的“双窄”脉冲（调制频率大约为 3?10KHz）， 触发脉冲分别由两路功放进行放大，分别由 Ublr 和 Ublf 进行控制。当 Ublf 接地时，第一组 脉冲放大电路进行放大。当 Ublr 接地时，第二组脉冲放大电路进行工作。脉冲移相由 Uct 端的输入电压进行控制，当 Uct 端输入正信号时，脉冲前移，Uct 端输入负信号时，脉冲后 移，移相范围为 100―1600。偏移电压调节电位器 RP 调节脉冲的初始相位，不同的实验初 始相位要求不一样。 双脉冲观察孔输出相位差为 60o 的双脉冲，同步电压观察孔，输出相电压为 30V 左右 的同步电压，用双踪示波器分别观察同步电压和双脉冲，可比较双脉冲的相位。 使用注意事项：单双脉冲及同步电压观察孔在面板上俱为小孔，仅能接示波器，不能 输入任何信号。 1. 脉冲控制。 面板上部的六档直键开关控制接到可控硅的脉冲，1、2、3、4、5、6 分别控制可控硅 VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6 的触发脉冲，当直键开关按下时，脉冲断开，弹出时 脉冲接通。 2. 一桥可控硅由六只 5A800V 组成。 3. 二桥可控硅由六只 5A800V 构成，另有六只 5A800V 二极管。 4. RC 吸收回路可消除整流引起的振荡。 当做调速实验时需接在整流桥输出端。 平波电 抗器可作为电感性负载电感使用，电感分别为 50mH、100mH、200mH、700mH, 在 1A 范 围内基本保持线性。 使用注意事项： 外加触发脉冲时，必须切断内部触发脉冲。 D1 2三．MCL―34 挂箱MCL―34 为逻辑无环流可逆直流 调速专用挂箱。由 AR(反号器)、DPT （转矩器性鉴别器）、DPZ（零电流检 测器）、DLC(逻辑控制器）构成。R1 20K R2 10KR3 15K4RP 10K2 1 3R4 1.5K1．AR（反号器）C反号器 AR 由运算放大器及有关电 阻组成，如图 1-8 所示。用于调速系统图1-8 反号器118 电力电子技术中信号需要倒相的场合。 反号器的输入信号由运算放大器的反相端接入，故输出电压为 USC=-（RP+R3）/R1 调节 RP 的可动触点，可改变 RP 的数值，使 RP+R3=R1，则 USC=-USR，输入与输出成 倒相关系。元件 RP 装在面板上。2．DPT（转矩极性鉴别器）转矩极性鉴别器为一电平检测器，用于检测控制系统中转矩极性的变化；它是一个模 数转换器，可将控制系统中连续变化的电平转换成逻辑运算所需的’0”、”1”状态信号。其 原理图如图 1?9（a）所示。转矩极性鉴别器的输入输出特性如图 1?9（b）所示，具有继 电特性。调节同相输入端电位器可以改变继电特性相对于零点的位置。特性的回环宽度为 Uk=Usr2-Usr1=K1(Uscm2-Uscm1) 式中 K1 为正反馈系数，K1 越大，则正反馈越强，回环宽度就越大，Usr2 和 Usr1 分别为1 2 3输出由正翻转到负及由负翻转到正所需的最小输入电压；Uscm2 和 Uscm1 分别为正向和负向 饱和输出电压。D逻辑控制系统中的电平检测环宽一般取 0.2~0.6V，环宽大时能提高系统抗干扰能力， 但环太宽时会使系统运作迟钝。U sr R8 C2VD4R76 7 5VD3R2UmU sc m2+15VD2 R3R6R5Usr1RP2CR42-1 501U sc m1Usr23(a) 图1-9 转矩极性鉴 别器D(b)3．DPZ（零电流检测器）BU srR8 C2R76 7 5VD4 VD3R2UmU sc m2+15VD2 R3R6R5Usr1RP2CR4 0U sc m1A(a) 图1-10 零电流检测1 2(b)Usr2T itleSize A4 Da te: File: 3Nu mb er6 -Oct-2 00 2 D:\USE R\MCL \m12B 电力电子技术零电流检测器也是一个电平检测器，其工作原理与转矩极性鉴别器相同，在控制系统 中进行零电流检测，其原理图和输入输出特性分别如图 1-10（a）和 1-10（b）所示。4．DLC（逻辑控制器）逻辑控制器适用于直流电动机可控硅无环流反并联供电的调压调速系统中，它对转矩 极性指令和主回路零电流信号进行逻辑运算，切换加于正组桥或反组桥可控硅整流装置上 的触发脉冲。逻辑电路除了功率输出级外，全部采用 CMOS 集成化与非门电路组成。对于与1 2 3 4非门电路来说，只有当输入端全部为“1”信号（高电平）时，其输出才为零（低电平）； 只要输入端中任一个“0”信号，其输出便为“1”信号。D其原理图如图 1-11 所示。DLC 主要由逻辑判断电路，延时电路，逻辑保护电路，推? 环节等组成。+15U bl f Uz R1 15K11 1 2UCM 13 124011 D1D4011 D1A1N4007 VD33R3 15K12 134011 D2D11UB 1N4007 D3D12 131N4007 VD511R5 2KR7 30K V1 3DG12CC31 474C3 1051 2 1 D2A32CW56 VST1 VD8 1N4007474 C1VD1 1N4007D3A3 29 84011 D2C104011 VD9 1N4007C2 474B 9VD2 1N4007 D1B6 4 10 5C4 474 C41 VD4 1ND1C 40116 4 8 5D3C10 9UI 82CW56 VST2 V2 3DG12C R6 2K R8 30KK+15R4 15KD2B 40114011 UFVD6 1N4007U bl r图1-11 逻辑控制AA．逻辑判断环节逻辑判断环节的任务是根据转矩极性电平检测器和零电流电平T itle Size A4 Nu mb er Re visio n Da te: File: 6 -Oct-2 00 2 D:\USE R\MCL \m c l04 \mc l04 . Ddb She et of Dra wn By : 4检测器的输出 UM 和 UI 状态，正确地判断晶闸管的触发脉冲是否需要进行切换（由 UM 是 否变换状态决定）及切换条件是否具备（由 UI 是否由“0”态变“1”态决定）。即当 UM1 2 3变换后，零电流检测器检测到主电路电流过零（UI =“1”）时，逻辑判断电路立即翻转， 同时应保证在任何时刻逻辑判断电路的输出 UZ 和 UF 状态必须相反。 B．延时环节 要使正，反两组整流装置安全，可靠地切换工作，必须在逻辑无环 流系统中逻辑判断电路发出切换指令 UZ 或 UF 后。 经关断等待时间 t1(3ms)和触发等待时间 t2(10ms)之后才能执行切换指令，故设置相应的延时电路，电路中 VD1、C1, VD2、C2 起 t1 的延时作用，VD3、C3,、VD4、C4 起 t2 的延时作用。 C．逻辑保护环节 逻辑保护环节也称多一保护环节。当逻辑电路发生故障时，UZ、13 电力电子技术UF 的输出同时为”1”状态，逻辑控制器两个输出端 Ublr 和 Ublf 全为”0”状态，造成两组整流 装置同时开放，引起短路环流事故。加入逻辑保护环节后，当 UZ、UF 全为”1”状态时，使 逻辑保护环节输出”A”点电位变为”0”，使 Ublf 和 Ublr 都为高电平，两组触发脉冲同时封锁， 避免产生短路环流事故。 D．推?环节 在正，反桥切换时，逻辑控制器中 D2:10 输出”1” 状态信号，将此信 号送入 ACR 的输入端作为脉冲后移推?指令，从而可避免切换时电流的冲击。 E．功率放大输出环节。 由于与非门输出功率有限， 为了能可靠推动脉冲门Ⅰ或Ⅱ, 故加了由 V1 和 V2_组成的 功率放大级,由逻辑信号 ULK1 或 ULK2 进行控制,或为“通”，或“断”来控制触发脉冲门Ⅰ或 触发脉冲门Ⅱ。四．MCL05 挂箱MCL-05 挂箱为触发电路专用挂箱，其中有单结晶体管，正弦波，锯齿波同步移相触 发电路。 面板左上方装有同步变压器原边组的接线柱，下有“触发选择开关”，可根据需要选 择“单结管”，“正弦波”，“锯齿波”等触发电路。 当外加同步电压 220V 为时，通过触发电路选择直键开关可选择输出至单结管触发电 路, 正弦波触发电路，锯齿波触发电路的同步电压分别为 60V, 15, 7V1 2 3 41．单结晶体管触发电路D由单结晶体管 V3，整流稳压环节，及由 V1,V2 等组成的等效可变电阻等组成，其原 理图如图 1-12 所示。A620/8W BR11 N40 07 VD1 1 N40 07 VST 1 2 CW 10 9 VD3R2 1KR5 5.1KR7 3.6K V2 3CG23BR8 240CT1VST 22 CW 10 92 20 V6 0VR3C1D CVD5 V1 3DG6C R6 1KRP1 4.7KV3 BT35C C2 6831 N40 07 VD71N4007VD8 E* TP * VD9 1N40071 N40 07 VD41 N40 07VST 3 2 CW 10 9VD24 7u /25 VR4 VD6B1N4007图1-12 单结晶体管触发电路由同步变压器副边输出 60V 的交流同步电压，经全波整流，再由稳压管 VST1,VST214A T itleSize A4 Da te: File: 1 2 3Nu mb erRe vi7 -Oct-2 00 2 D:\USE R\MCL \m c l05 \mc l05 . DdbShe et of Dra wn By : 4 电力电子技术进行削波，而得到梯形波电压，其过零点与晶闸管阳极电压的过零点一致，梯形波通过 R7,V2 向电容 C2 充电，当充电电压达到单结晶体管的峰点电压时，单结晶体管 V3 导通， 从而通过脉冲变压器输出脉冲。同时 C3 经 V3 放电，由于时间常数很小，Uc2 很快下降至 单结晶体管的谷点电压,V3 重新关断，C2 再次充电。每个梯形波周期，V3 可能导通，关断 多次，但只有第一个输出脉冲起作用。电容 C2 的充电时间常数由等效电阻等决定，调节 RP3 的滑动触点可改变 V1 的基极电压，使 V1,V2 都工作在放大区，即等效电阻可由 RP1 来调节，也就是说一个梯形波周期内的第一个脉冲出现时候（控制角）可由 RP1 来调节。 元件 RP1 装有面板上，同步信号已在内部接好。2．正弦波同步触发电路正弦波同步触发电路由同步移相和脉冲形成放大等环节组成， 其原理图如图 1-13 所示。1 2 3 4同步信号由同步变压器副边提供。晶体管 V1 左边部分为同步移相环节，在 V1 的基极D上综合了同步信号 UT，偏移电压 Ub 及控制电压 Uct，RP2 可调节 Ub，调节 Uct 可改变触发+15R9 20/2W TP1VD8R10 30G2KR5 15KUcC -1 5R6 47KR7 3.9K C3 473VD7 C4 474 RP3 47KR1 1R4 5.1KF VD6V3 3DG12CC5 104VD9EVD5KRP2 2.2KR3 6.8KC BC2 1000p VD3DVD2 VD4 V2 3DG6C R8 390T1R1 2KARP1 27KR2 51KVD1B3 DG6 V12 20 V3 0VC1 1u图1-13 正弦波触发电路电路的控制角。脉冲形成放大环节是一集基耦单稳态脉冲电路，V2 的集电极耦合到 V3 的 基极，V3 的集电极通过 C4,RP3 耦合到 V2 的基极。当同步移相环节送出负脉冲时，使单A稳电路翻转，从而输出脉宽可调的触发脉冲。 调节元件均装在面板上，同步变压器副边已在内部接好 .T itleSize A4 Da te: File: 3Nu mb erRe visio n7 -Oct-2 00 2 D:\USE R\MCL \m c l05 \mc l05 . DdbShe et of Dra wn By : 43．锯齿波同步移相触发电路等环节组成，其原理图如图 1-14 所示。12锯齿波同步移相触发电路由同步检测，锯齿波形成，移相控制，脉冲形成，脉冲放大 由 VD1,VD2,C1,R1 等元件组成同步检测环节， 其作用是利用同步电压来控制锯齿波产 生的时刻和宽度。 VST1,V1,R3 等元件组成的恒流源电路及 V2,V3,C2 等组成锯齿波形成 由15 电力电子技术1 2 3 4环节。控制电压 Uct,偏移电压 Ub 及锯齿波电压在 V4 基极综合叠加，从而构成移相控制环 节。V5,V6 构成脉冲形成放大环节，脉冲变压器输出触发脉冲。 元件 RP 装在面板上 ，同步变压器副边已在内部接好。RP 4.7K2 CW 51 VST 11 N40 01 VD6VD7 1N4001 TP VD8 1N4001R3 4.7K V1 3CG23R9 6.2KR10 30K C3 104 V5 3DG6CR11 6.2KR1 10K V3 3DG6C R4 200 V2 3DG6C C1 1uF R2 47K Uc UbC2 4 74 1 0KVD3 1NK R6 R7 3.3K 6.8K R8R12 47C5 474VD4 1NDG6C1N4001 VD5 C4 104-1 5V6 3DG6C1N4001 VD11N4001 VD2R5图1-14 锯齿波触发电路五．MCL06 使用说明MCL06 为单相并联逆变和直流斩波器专用挂箱。11．单相并联逆变触发电路234123以 555 集成时基电路为基础振荡电路，通过双 D 触发器二分频得到相位差 180 的触Size Nu mb er A4 发脉冲, 经三极管 V1,V2 功率放大后交替触发主电路的两个晶闸管。 振荡频率由电位器 RPDT itleORe visD1进行调节，555 的输出”3”接至 4013 的 CLK 端，输出为相位相差 180 的脉冲。 2 3 单相并联逆变触发电路原理图见图 1-15+15ODa te: File:7 -Oct-2 00 2 D:\USE R\MCL \m c l05 \mc l05 . DdbShe et of Dra wn By : 4TP1VD5VD3VD3+151CC3VT1VD6 L23R17 DIS48D1 D2A VD1Q 1R3 V1R VCCCQ CVo lt3 5R23C R5VD4CL K+15TP2 VT2VD7RPT RIG T HRGND2 6RS5DQ2L1C4VD2 VD1VD864C1C2 VD22R4 V2 R641图1-16 斩波器主电路B图1-15 单相并联逆变触发电路B2．斩波器主电路16AT itleSize A4Nu mb erRe visio n 电力电子技术图 1─16 所示的是一脉宽可调的逆阻型斩波器，晶闸管 VT1 为主晶闸管，VT2 为辅 助晶闸管，用来控制输出电压的脉宽，C 和 L1 组成换流振荡环节。3．UPW（脉宽调制器）脉宽调制器 UPW 的第一级为由幅值比较电路和积分电路组成的一个频率和幅值均可 调的锯齿波发生器。电位器 RP2 用来调节锯齿波的幅值，电位器 RP1 用来调节锯齿波的频 率。电路如图 1-17 所示。 由第二比较器产生的方波接至电路的输入端，则在方波的前沿和后沿分别产生两个脉 冲，如图所示，其后沿脉冲随方波的宽度变化而移动，前沿脉冲相位则保持不变。将此两1 2 3脉冲通过功放级送至面板上的主晶闸管和辅助晶闸管，其中前沿脉冲送主晶闸管 VT1，后 沿脉冲送辅助晶闸管 VT2。D +15 1 0K RP2 R6 1 . 2K C2 1 04U ctT L 0 84 D1 B 7 6R1 1 00 C1T L 0 84 13 12 .1u R3 5 1K D1 D 14111 N40 07 VD1R5 5 00D1 A 2 1 3 T L 0 844R7 2K5RP1 1 0K R2 1 00 C -1 5VST 1 2 CW 54 VST 2 2 CW 54+15T P11 N40 01 VD5R4 5 1KVD3 4 74 C6VD6 1 N40 011 N40 07 VD21 00 0P C3 13R8 2K 12 1 D2 F 4 01 06 D2 A 4 01 06 2 1 0K R1 1 V1 9 01 3R1 3 47 VD4+15T P21 N40 01 VD7R9 9 1K+15 R1 0 9 1K 11 4 01 06 D2 E 104 74 C7VD8 1 N40 011 0K R1 2 V2 9 01 3R1 4 47C4 1 00 0P B图1-17 斩波器触发电路六．MCL－07 挂箱MCL－07 挂箱由 GTR 驱动电路、 MOSFET 驱动电路、 IGBT 驱动电路、 PWM 发生器、 主电路等部分组成。 1．GTR 电路：内含普通光耦、比较器、贝克箝位电路、GTR 功率器件、串并联缓冲 A 电路、保护电路等。可对光耦的特性（延迟时间、上升时间、下降时间），贝克电路对 GTR 通、关断特性的影响，不同的串、并联电路对 GTR 开关的影响以及保护电路的工作原理进 行研究和分析。1 2 3 T itleSize A4 Da te: File:Nu mb7 -Oct-2 D:\USE2．MOSFET 电路：内含高速光耦、比较器、推挽电路、MOSFET 功率器件等。可对 高速光耦、推挽驱动电路、MOSFET 的开启电压、导通电阻 RON、跨导 gm、反向输出特性、 转移特性、开关特性进行研究。17 电力电子技术3．IGBT 电路：采用富士 IGBT 专用驱动芯片 EXB841，线路典型，外扩过流保护电 路。可对 EXB841 的驱动电路各点波形以及 1GBT 的开关特性进行研究。 特点： （1）线路典型，注重对基本概念的了解，力求通过实验，使学生对自关断器件的特性 有比较深刻的理解。 （2）由于接线比较多，设计时充分考虑到学生实验时可能产生的误操作，保护功能完 善，可靠性高。 使用注意事项： （1）面板上有比较多的扭子开关控制电源，需注意扭子开关的通断。 （2）GTR 采用较低频率的 PWM 波形驱动，MOSFET、IGBT 采用较高的 PWM 波形 驱动。 （2）由于接线头采用防转动叠插头，使用时需注意防转动叠插头导线的导通，以免观 察不到波形。七．MCL－08 挂箱MCL－08 挂箱由直流变换电路（Buck－Boost 电路）和电流控制型脉宽调制开关稳压 电源组成。 1．直流转波电路：控制回路采用 555 波形发生器，由光耦进行隔离经过推挽电路驱动 GTR。555 产生波形的占空比可由电位器进行调节，频率约为 8K 左右。斩波电路主回路的 功率器件采用 GTR（10A，800V），输入电压为 15V，输出电压为 7.5~30V 之内可调。 按流过电感 L 的电流在周期开始时是否从 0 开始， 可分为连续或不连续工作状态两种模式。 实验中，可分别观察两种模式下，电感电流 iL、二极管电流 iVD、GTR 电流 iVT 等波形。 2．开关电源 采用 UC3842 构成电流控制型脉宽调制开关稳压电源，通过实验使学生对开关电源的 工作原理以及 UC3842 的应用有一定的了解， UC3842 脉宽调制器的具体说明可参见第二章 的有关内容。八．MCL－09 挂箱：MCL－09 挂箱为电机变频调速专用挂箱，它由主回路和控制回路组成，现分别说明： 1．主回路 主回路结构如下图。变频器为电压源 VSI 型，其中间直流环节采用大电容滤波，主回 路整流电路采用桥式不控整流模块， 电网电压经桥式整流后对直流母线上的滤波电容充电， 串联限流电阻 R1 是为限制过大的充电电流。若不用限流电阻，当系统合闸时会有相当大的 充电电流，可能会烧毁滤波大电容和整流模块。不过，限流电阻也不是一直串联在回路中，18 电力电子技术只是在电容刚开始充电时进行限流，当电容两端的电压充到一定值时，继电器收合，把限 流电阻 R1 短路。 直流环节滤波电容为 2200MF／450V，电路中电容 C2、二极管 VD 和电阻 R4 构成一个 典型的吸收缓冲电 路。主回路工作时， 因为功率器件开关 频率很高， 开关动作 时会在直流环节中 产生电流突变， 若直 流环节存在电感， 则 可能在功率器件两 端产生很大的尖峰 电压， 吸收缓冲电路 的作用就是吸收消 除此尖峰电压。 电容电压的检测用电阻 R2 和 R3 分压进行检测，分别控制继电器 K 和过压保护电路。 功率器件采用三菱智能 IGBT 模块。内含过压、过流、过热保护，是一种新型的功率 器件。具有驱动电路简单、可靠性高等优点。 电机采用三相鼠笼式异步电机、Δ 接法，功率为 120W，电压为 220V。 2．控制回路 控制回路主芯片采用美国英特尔公司的电动机专用变频芯片 80C196MC，内含六路 PWM 输出，其低电平有效，可直接驱动隔离控制电路和驱动电路的光电耦合器，因此可直 接用于控制三相逆变器中的六个主开关器件驱动级。 80C196MC 的具体说明可参考有关资料。C1 R3 C2 R2 R4 VD IPM R1M图1-18 变频调速主回路九．MCL―10 挂箱：MCL―10 为直流脉宽调速专用挂箱，原理框图如图 1―19。 在结构上分为两部分：主回路和控制回路。 1．主回路： 二极管整流桥把输入的交流电变为直流电，正常情况下，交流输入为 220V，经过整流 后变为 300V 直流电，电阻 R1 为起动限流电阻，滤波电容 C 为 470μ F/450V；四只功率 MOS 管构成 H 桥，根据脉冲占空比的不同，在直流电机上可得到＋或－的直流电压。H 桥 的具体工作原理可参考有关资料。 在 VT2 和 VT4 的源极回路中，串接两取样电阻，其上的电压分别反映流过 VT2、VT419 电力电子技术的电流，经过差放放大，在“21”端输出一反映电流大小的电压，作为双闭环控制系统的 电流反馈信号。 电阻 R2 在本实验箱中有两个作用。第一，可用来观察波形，R2 的阻值为 1Ω ，其上的 电压波形反映了主回路的电流波形。第二，作为过流保护用。当 R2 的电压超过整定值后， 过流保护电路动作，关闭脉冲，从而保护功率 MOS 管。 2．控制回路VT1C AC220V RVT3 VT4VT2差分放大 过流 保护 13 SG3525 10隔 离 驱 动 图1-19控制回路采用 SG3525 构成，SG3525 的具体参数可参见实验指导书的第三章。 SG3525 的 13 脚输出占空比可调（改变 9 脚电压）的脉冲波形（占空比调节范围不小 于 0.1~0.9），同时频率可通过充放电时间的不同而改变（通过钮子开关 S1 调节），经过 RC 移相后，输出两组互为倒相，死区时间为 5μ S 左右的脉冲（观察“33”端和“34”端）， 经过光耦隔离后，分别驱动四只 MOS 管，其中 VT1、VT4 驱动信号相同，VT2、VT3 驱 动信号相同。 为了保证系统的可靠性，在控制回路设置了保护线路，一旦出现过流，保护电路输出 二路信号，分别封锁 SG3525 的脉冲输出和与门的信号输出。 面板的左端为正、负给定。当钮子开关 S5 打向“±给定”，S4 打向“正给定”时， “24”端输出－15V，同时调节电位器 RP3，“23”可得到 0~12V 的正电压输出；当 S4 打 向“负给定”时，调节 RP4，“23”可得到 0~12V 的负电压输出。当钮子开关 S5 打向“0” 时，“23”端输出 0V，同时“24”端输出为 0V，封锁控制电路的工作。20 电力电子技术十．MCL―11 挂箱：MCL―11 挂箱分成两部分：正弦波逆变电源和单相交流调压。1．正弦波逆变电源正弦波逆变电源的功能是把直流电逆变成交流电。该实验电路框图如图 1―3。 由波形发生器产生一 50Hz、幅度可变的正弦波，送入 SG3525 中的第 9 端，和 3525 的第 5 脚（为锯齿波）比较后，输出经调制（调制频率约为 10kHz）的 SPWM 波形，经过 倒相器反相后，得到两路互为反相的 PWM 驱动信号，分别驱动功率场效应管 VT1、VT2， 使 VT1、VT2 交替导通，从而在高频变压器的副边得到一 SPWM 波形，经过 LC 滤波后， 得到一 50Hz 的正弦波，幅度可通过电位器 RP 进行改变。+15正弦波 发生器 RP9VT1 L15 13N11 N2 N12 C6 SG 12VT2图1-202．单相交流调压电路采用自关断器件的单相交流调压电路和采用传统的可控硅组成的调压电路相比，具有 功率因数高、电网污染少、波形畸变小等优点。其原理框图如图 1―21。 输入交流电压为 220V，经过同步变压器 T 后，分别形成两路互为倒相的方波，宽度为 180°，分别对应正弦波的正半周和负半周，由 3525 进行调制（调制频率约为 2.5kHz）后， 经过隔离及驱动电路，分别驱动两路功率场效应管。 工作过程为： 当输入交流电处于正半波时，经调解制的方波信号施加于 VT2 的栅极和源极，VT1 的 控制电压为 0V，交流电经 L、R、VT2、VD1 构成回路；21 电力电子技术当输入交流电处于负半周时， 方波信号加于 VT1、 VT2 控制电压为 0， 交流电经过 VT1、 VD2、R、L 构成回路，从而在 R 上得到一完整的经过调制的单相正弦波交流电，有效值通 过调节脉冲的占空比进行改变。L220VACYM FU RS T4 3 + 8 5 6VD1 VT1VD2 VT2C21调制、隔离及驱动722+图1-21 电力电子技术第2章现代电力电子芯片介绍集成模块驱动电路 EXB840目前较多使用 EXB 系列集成模块驱动 IGBT。它比分立元件的驱动电路有体积小，效 率高，可靠性高的优点。EXB840 是十六脚型封装块，各脚的功能如表 2―1 示。 内部结构简图如图 2－1（a）所示。图 2－1（b）为其典型应用电路。 表 2―1 EXB 系列各脚功能表 脚号 1 2 3 4 5 6 7，8 9 10，11 12，13，16 14 155 过流保护电路功能 说 明±Vc 的地；与 IGBT 的发射极相接 电源端，一般值为 20 伏 驱动输出，经栅极电阻 Rg 与 IGBT 相连 外接电容器，防止过电流保护环节误动作 内设的过电流保护电路输出端 经快速二极管连到 GIBT 集电极。监视集电极电平，作为过流信号之一。 可不接 电源地端 可不接 驱动信号输入（－） 驱动信号输入（＋）4 11 15 EXB840 15 2 OV 14 6 2 3 1 9 RGIGBT20V 0VAMP13 1 P 9（a）图（b）2-1 （a）EXB840驱动器内部结构图和（b）EXB840典型应用图23 电力电子技术EXB840 能驱动 75A，1200V 的 IGBT 管。加直流 20V 作为集成块工作电源。开关频 率在 40 千赫以下，整个驱动电路动作快，信号延时不超过 1.5 微秒。内部利用稳压二极管 产生－5V 的电压， 除供内部应用外， 也为外用提供负偏压。 集成块采用高速光耦输入隔离， 并有过流检测及过载慢速关栅等控制功能。VccSOI 5 4Vcc 6 15 AMP 14 PWM 信 号 EXB840 9 2 3 0 + 20V RG IGBT图2-2 有过流检测，保护及软关断功能的线路示意图图 2－2 为有过流检测输入和过流保护输出的一种典型应用。当 IGBT 出现过流时，脚 5 出现低电平，光耦 SOI 有输出，对 PWM 信号提供一个封锁信号，该信号使 PWM 驱动脉 冲输出转化成一系列窄脉冲， EXB840 实行软关断。 对 如图 2－3 所示， 此电路中具有记忆、 封锁保护功能外，还具有较强的抗干扰能力，在真正过流时（即信号持续 10μ s 以上）才 发生控制动作，关断 IGBT。Vcc Vcc Vcc S015 4VDVcc6 15AMP2 3 9+ 20V RG IGBT 014EXB840 PWM 信 号图2-3 具有记忆、封锁保护功能的线路示意图24 电力电子技术电流控制型脉宽调制器一般脉宽调制器是按反馈电压来调节脉宽的。所谓电流控制型脉宽调制器是按反馈电 流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感电流的信号与误差放大器输 出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于 结构上有电压环、电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬 态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型的控制器。一．UC3842 脉宽调制器的工作原理及方框图UC3842A 是高性能固定频率电流型控制器。它们用于脱机和 DC-DC 的变换器，为设 计人员提供了一种经济而所需外部元件又少的解决方案。这种集成电路的特点是有一个调 定的振荡器，用来精确地控制占空比。有一个经过温度补偿的基准电压，一个高增益误差 放大器、电流传感比较器和一个适用于驱动功率 MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体 管）的大电流推挽输出。Vcc地34V16V 2.5V降压器6YS/R REF内部偏 置负载 85V5V基准 50mART/CT 4 VFB COMP 电流测定+ E/A -振荡器 2R1VRS R内流测定 比较器 PWM锁存器输出 6图2-4 UC3842脉宽调制器方枢图它还具有一些保护功能，其中包括各有其滞后的输入和基准电压的欠电压锁定、逐个 周期的电流限制、可控制的输出死区时间和用来记录单脉冲的锁存器。 图 2－4 示出 UC3842 的内部方框图。由图可知，其引脚有 8 个，但一样可以使用内部 E／A 误差放大器构成电压闭歪，利用电流测定、电流测定比较器构成电流闭环。端 8 为内 部供外用（一般当参考电压）的基准电压 5V，带载能力 50mA。端 7 为集成块工作电源 VCC， 可以在 8~40V，端 4 接 RT、CT，确定锯齿波频率。端 5 为地。端 6 为推挽输出端，有拉、灌 电流的力。由于误差放大器控制着电感电流峰值（参见图 2－5），因此也是电流型脉冲宽 度调制器。25 电力电子技术二．UC3842 脉宽调制器优点兹列下面几点分述之： （1）电压调整率（抗电压波动能力）很好 利用这种型号的调制器很容易达到 0.0l%／V 的调整率。其原因是电压 VS 波动立即反 映在电感电流的变化。 不象其它方案要经过输出电压 V0 反馈到误差放大器的调节的复杂过 程。所以响应快，如果波动是持续的，电压反馈环也起作用，所以可以达到较高的线性调 整率精度。 （2）负载调整率改善明显 因为误差放大器 E／A 可专门用于控制占空比适应负载变化造成的输出电压变化，负 载调整率好。一般调制器在轻载时输出电压 V0 会有一定的升高，使用本调制器可明显的减 小。例如，从 100％的负载卸载 2／3 时，负载调整率只有 8％，卸载 1／3 时，负载调整率 只有 3％。 （3）误差放大器 E／A 补偿电路（1、2 端间 RC）简化，频响特性好，稳定幅度大。 由于电感电流是连续的，所以 RS（可参见图 2－35b）上所检测的电流峰值能代表平均 电流，整个电路可以当成一个误差电压控制的电流源。变换器的幅频特性由双极点变成单 极点，因此增益带宽乘积提高，稳定幅度大，频率响应特性改善。 （4）过流限制特性好 从 RS 测得的电流峰值信号快速参与当前工作周波的占空比控制， 因此是当前工作周波 的电流限制。事实上只要 RS 的电平达到 1V，电流测定比较器立即动作，输出端 6 立即使 导通管 Tr 关断。由于能精密地灵敏地限制输出最大电流，高频变压器功耗，晶体开关管的 功耗幅度都可以减小，因此，对整个开关电源成本、重量、体积都将有良好的影响。 （5）过压保护和欠压锁定功能 当工作电压 VCC 大于 34V 时稳压管稳压（参见图 2－34），使内部电路在小于 34V 下 可靠工作。 当欠压时有锁定电路。其开启阀值为 16V，关闭阀值为 10V。在 VS 小于 16V 时，整 个电路耗电 1mA。开启和关闭阀值有 6V 的回差，可有效地防止电路在阀值电压附近工作 时的跳动。由于开启阀值 16V，在 16V 以下只耗电很小因此降压电阻功耗很小。一般设置 自供电的感应绕组，当开关电源正常工作后，转由自供电给 1842，电流将升至 15mA。在 此之前可设置储能电容，推动建立电压。储能电容也就不用选得很大了。三．UC3842 脉宽调制器振荡器及输出端振荡器频率由 RT，CT 设定。4 端与 8 端之间接 RT；4 端与地（5 端）接 CT，8 是 Vref ＝5V，因此，5V 基准源经 RT 向 CT 电容充电。充、放电时间分别为 tc 和 td，频率 f026 电力电子技术f0 ?1 tc ? td当 RT＞5kΩ 时，td&&tc，忽略 td 则 f0 为：f0 ?1 1 1.8 ? ? t c 0.55R T ? CT R T CTUC3842 的输出级为图腾柱式电路，与 1525A 的一端完全相同。输出晶体管的平均电 流值为±200mA，最大峰值电流±1A。由于峰值电流自限，可以不要串入什么限流电阻。 使电路输出端关闭的方法有二： ①将 3 脚电压升高到 1V 以上； ②将 1 脚电压降低到 1V 以下。 上述两种情况都使电流测定比较器输出高电平，PWM 锁存器复位，关闭了输出端，直 至下一个时钟脉冲将 PWM 锁存器置位为止。 根据上述原理，可以控制 1、3 脚电平的变化，实现各种必要的保护，具体线路不作一 一介绍了。四．UC3842 脉宽调制器驱动电路驱动 MOS 管，双极型晶体管和直接式或隔离式都一样方便，可参考图 3－35（a）所示。 对 MOS 管来说工作频率可高达 500kHz，但一般建议用到 250kHz 较易获得稳定；而且 用来驱动双极型晶体管时，工作频率尚应降到 40kHz 以下。 图 2－35（b）示出构成开关电源的电路图。图中 R2、(C2＋C4)构成启动电路，在（C2 ＋C4）上电压超过 15V 时电路启支，然后由 NS2、D2、C4 构成的自馈电电路供电，启动电流 ＜1mA，正常工作电流 15mA 左右。高频变压器和晶体管开关均接有缓冲器 RCD 电路，用于 吸收尖峰电压，防止开关晶体管的损坏。RS 上电压控制了当前工作周波电流峰值。VCCS 电压 除是芯片工作电压外，也是电压闭环的信号电压。五．UC3842 脉宽调制器参数极限参数 参 总电源电流和齐纳电流 输出电流，源或吸人 输出能量（每周期容性负载） 电流传感和电压反馈输入 误差放大输出吸入电流 最大耗散功率@TA=25℃ 热阻结到大气 数 符 号 值 30 1.0 5.0 －0.3~＋5.5 10 862 145 单 位 （IOC＋IZ） IO W Vin IO PD Rθ JAmA A μ J V mA mW ℃/W27 电力电子技术工作结温 工作环境温度 存放温度范围12-36VTJ TA Tstg12-36V＋150 0~＋70 －65~＋150℃ ℃ ℃C 7 V CC OUT 6 1-5Ω R1 R2 100K 7 V CC OUT 6 1-5Ω R1 R2 R2 100K384238425 18-36V57 V CCOUT0.22μ F0.47μ F 15V3842 5 （a）C1R20.01 NPFR105+5V N S1 0-220K C4 V CC 20k 2 1 8 10K 4 RT/CT5 0.047 7 C2 0.01 C 6 R Tr BU380 C5 R5 0.85 D2 NS820P 2.5kCOMPOUT33.6k0.01(b)图2-5 用UC3842驱动开关电源构成开关电源的原理图28 电力电子技术电气特性（VCC＝15V，RT＝10k，CT＝3.3nF，TA＝Tlow 到 Thigh，除非另有规定） 特 基准部分 性 符 号 Vref Regline Regload TS 超过线性，负载和温度的总输出值 输出噪声电压（f=10Hz~10kHz,TJ=25℃） 长期稳定性（TA＝125℃~1000Hours） 输出短路电流 振荡器部分 频率 TJ＝＋25 ℃ TA=Tlow~Thigh 频率随电压改变值（VCC＝12V~25V） 频率随温度的变化 TA＝Tlow~ Thigh 振荡器电压摆幅（峰~峰） 放电电流（VOSC＝2.0V） TJ＝＋25 ℃ TA=Tlow~Thigh 误差放大器部分 电压反馈输入（VO＝2.5V） 输入偏置电流（VFB＝2.7V） 开环电压增益（VO＝2.0V~4.0V） 单位增益带宽（TJ＝＋25℃） 电源电压抑制率（VCC＝12V~25V） 输出电流 吸入（VO＝1.1V，VFB＝2.7V） 源（VO＝5.0V，VFB＝2.3V） 输出电压摆幅 高态（RL＝15k，VFB＝2.3V） 低态（RL＝15k~Vref，VFB＝2.7V） VOH VOL 5.0 － 6.2 0.8 － 1.129最小 4.9 － － － 4.82 － － －30典型 5.0 2.0 3.0 0.2 － 50 0.5 －85最大 5.1 20 25 － 5.18 － － －180单位 V mV mV mV/ ℃ V μ V mV mA kHz基准输出电压（IO＝1.0mA,TJ＝25℃） 线路调整（VCC＝12V~25V） 负载调整（IO＝1.0mA~20mA） 热稳定性Vref Vn S ISCfosc Δ fosc/Δ V Δ fosc/Δ T Vosc Idischg47 46 － － － 7.5 7.252 － 0.2 5.0 1.6 8.4 － 2.5 －0.1 90 1.0 70 12 －1.057 60 1.0 － － 9.3 9.5 2.55 －1.0 － － － － － V V μ A dB MHz dB mA ％ ％ V mAVFB IIB AVOL BW PSRR ISink ISource2.45 － 65 0.7 60 2.0 －0.5 电力电子技术电流传感部分 电流传感输入电压增益（注 4.5） 最大电流传感输入门限 电源抑制率 VCC＝12~25V 输入偏置电流 传输延迟（电流传感输入到输出） 输出部分 输出电压 低态（ISink=20mA） （ISink=200mA） 高态（ISink=20mA） （ISink=200mA） 带有源欠压锁定的输出电压 VCC＝6.0V, ISink=1.0mA 输出电压升起时间（CL=1.0nF, TJ=25℃） 输出电压下降时间（CL=1.0nF, TJ=25℃） 欠电压锁定部分 起动门限 开机后最大工作电压 PWM（脉宽调制）部分 占空比 最大 最小 DCmax DCmin 94 － 96 － － 0 VOL（UVLO）AV Vth PSRR IIB tPLH(in/out)2.85 0.9 － － －3.0 1.0 70 －2.0 1503.15 1.1 － －10 300V/V V dB μ A ns V－ VOL VOH － 13 12 － － － 15 9.00.1 1.6 13.5 13.4 0.1 50 50 16 100.4 2.2 － － 1.1 150 150 17 11V ns ns V V ％tr tr Vth VCC(min)30 电力电子技术移相控制芯片 UC3875UC3875 是美国 Unitrode 公司针对移相控制方案推出的 PWM 控制芯片， 适用于全桥变 换器中驱动四个开关管，四个输出均为图腾柱式结构，可以直接驱动 MOSFET 或经过驱动 电路放大，驱动大功率 MOSFET 或 IGBT。 UC3875 主要包括以下九个方面的功能：工作电源、基准电源、振荡器、锯齿波、误 差放大器和软起动、移相控制信号发生电路、过流保护、死区时间设置、输出级。其内部 机构框图如图 2-6 所示。 1．工作电源 UC3875 的工作电源分为两个：VIN(pin11)和 VC(pin10)，其中 VIN 是供给内部逻辑电路 用，它对应与信号地 GND(pin20)；VC 供给输出级用，它对应于电源地 PWR GND(pin12)。 这两个工作电源应分别外接有相应的高频滤波电容，而且 GND 和 PWR GND 应该相联于 一点以减小噪声干扰和减少直流压降。 VIN 设有欠压锁定输出功能（Under-Voltage Lock-Out，简称 UVLO），当 VIN 的电压低 于 UVLO 门槛电压时，输出级信号全部为低电平，当 VIN 高于 UVLO 门槛电压时，输出级 才会开启，UC3875 的 UVLO 门槛电压为 10.75V。一般而言，VIN 最好高于 12V，这样能 保证芯片更好地工作。VC 一般在 3V 以上时就能正常工作，在 12V 以上工作性能会更好。 因此一般可以把 VIN 和 VC 接到同一个 12V 的电源上。 2．基准电源 UC3875 在 1 脚提供一个 5V 的精密基准电源 VREF，它可以为外部电路提供大约 60mA 的电流，内部设有短路保护电路。同时，VREF 也有 UVLO 功能，只有当 VREF 达到 4.75V 时，芯片才能正常工作。 3．振荡器 芯片内有一个高速振荡器， 在频率设置脚 FREQ SET(pin16)与信号地 GND 之间接一个 电容和一个电阻可以设置振荡频率，从而设置输出级的开关频率。 4．锯齿波 斜率设置脚 SLOPE(pin18)与某一个电源 VX 之间接一个电阻 RSLOPE ，为锯齿波脚 RAMP(pin19)提供一个电流为 VX /RSLOPE 的恒流源。 RAMP 与信号地 GND 之间接一个电 在 容 CRAMP，就决定了锯齿波的斜率 dv／dt=VX／RSLOPE ? RAMP，选定 RSLOPE 和 CRAMP，就决 C 定了锯齿波的幅值。一般在电压型调节方式中，VX 直接接 1 脚的 5V 基准电压。 RAMP 是 PWM 比较器的一个输入端，PWM 比较器的另一端是误差放大器的输出端。 在 RAMP 和 PWM 比较器的输入端之间有一个 1.3V 的偏置， 因此适当地选择 RSLOPE 和 CRAMP 的值，就可使误差放大器的输出电压不能超过锯齿波的幅值，从而实现最大占空比限制。 5．误差放大器和软起动31 电力电子技术误差放大器实际上是一个运算放大器，在电压型调节方式中，其同相端 E/A+(pin4)一 般接基准电压，反相端 E/A-(pin3)一般接输出反馈电压，反相端 E/A-与输出端 E/A OUT(COMP)(pin2)之间接一个补偿网络，E/A OUT 接到 PWM 比较器的一端。 软起动功能脚 SOFT-START(pin6)与信号地 GND 之间接一个电容 CSS， SOFT-START 当 正常工作时，芯片内有一个 9μA 的恒流源给 CSS 充电，SOFT-START 的电压线性升高，最 后达到 4.8V。SOFT-START 在芯片内与误差放大器的输出相接，当误差放大器的输出电压 高于 SOFT-START 的电压时，误差放大器的输出电压被箝在 SOFT-START 的电压值。因 此 SOFT-START 工作时，输出级的移相角从 0?逐渐增加，使全桥变换器的脉宽从 0 开始 慢慢增大，直到稳定工作，这样可以减小主功率开关管的开机冲击。当 VIN 低于 UVLO 门 槛电压时，或电流检测端 C/S+(pin5)电压高于 2.5V 时，SOFT-START 的电压被拉到 0V。 当上述两种情况均不存在时，SOFT-START 恢复正常工作。 6．移相控制信号发生电路 移相控制信号发生电路是 UC3875 的核心部分。振荡器产生的时钟信号经过 D 触发器 (Toggle FF)2 分频后，从 D 触发器的“Q”和“Q”得到两个 180°互补的方波信号。这两 个方波信号从 OUTA 和 OUTB 输出， 延时电路为这两个方波信号设置死区。 OUTA 和 OUTB 与振荡时钟信号同步。 PWM 比较器将锯齿波和误差放大器的信号比较后，输出一个方波信号，这个信号与 时钟信号经过“或非门”后送到 RS 触发器，RS 触发器的输出“Q”和 D 触发器的“Q” 运算后，得到两个 180°互补的方波信号。这两个方波信号从 OUTC 和 OUTD 输出，延时 电路为这两个方波信号设置死区。OUTC 和 OUTD 分别领先于 OUTB 和 OUTA，之间相差 一个移相角，移相角的大小决定于误差放大器的输出与锯齿波的交截点。 7．过流保护 在芯片内有一个电流比较器，其同相端接电流检测端 C/S+(pin5)，反相端在内部接一 个 2.5V 电压。 C/S+电压超过 2.5V 时， 当 电流比较器输出高电平， 使输出级全部为低电平， 同时，将软起动脚的电压拉到 0V。当 C/S+电压低于 2.5V 后，电流比较器输出低电平，软 起动电路工作，输出级的移相角从 0°慢慢增大。实际上，也可以把 C/S+用作一个故障保 护电路，例如输出过压、输出欠压、输入过压、输入欠压等。当这些故障发生时，通过一 定的电路转换成高于 2.5V 的电压，接到 C/S+端，就可以对电路实现保护了。 8．死区时间设置 为了防止同一桥臂的两个开关管同时导通，同时给开关管提供软开关的时间，两个开 关管的驱动信号之间应该设置一个死区时间。芯片为用户提供了两个脚：A-B 死区设置脚 DELAY SET A-B(pin15)和 C-D 死区设置脚 DELAY SET C-D(pin7)。 在死区设置脚与信号地 GND 之间并接一个电阻和一个电容，就可以分别为两对互补的输出信号 A-B，C-D 设置死 区时间。选择不同的电阻和电容，就可以设置不同的死区时间。32 电力电子技术9．输出级 UC3875 最终的输出就是四个驱动信号：OUTA(pin14)，OUTB(pin13)，OUTC(pin9)和 OUTD(pin8)，他们用于驱动全桥变换器的四个开关管。这四个输出均为图腾柱(totem-pole) 驱动方式，都可以提供 2A 的驱动峰值电流，因此他们可以直接用于驱动 MOSFET 或经过 隔离变压器来驱动 MOSFET。FREQ 16 高速振荡器 SET CLOCK 17 SYNC 18 斜坡发生器 SLOPE 和补偿电路 RAMP E/A OUT (COMP) E/AE/A+ 19 2 3 4误差 放大器D SQ Q触发器≥1时延电路A10 14Vcc OUTA时延电路B≥112 PWR GND 13 15 OUTB DELAY SET A-B OUTC1.3VPWM 比较器≥1S R Q=1 ≥1时延电路C≥19PWM 触发器时延电路D≥11VVcc 9uA8OUTD DELAY SET C-D7SOFTSTART C/S+6 5过流和 软起动11 300uA 5V内部偏置 基准电压Vin2.5V 电流故障比较器10.75/9.25V1 20&4.8VVref GND图 2-6 UC3875 内部原理框 图33 电力电子技术第3章一．简介SG3525A 脉宽调制器控制电路SG3525A 系列脉宽调制器控制电路可以改进为各种类型的开关电源的控制性能和使用 较少的外部零件。在芯片上的 5.1V 基准电压调定在±1％，误差放大器有一个输入共模电 压范围。它包括基准电压，这样就不需要外接的分压电阻器了。一个到振荡器的同步输入 可以使多个单元成为从电路或一个单元和外部系统时钟同步。 CT 和放电脚之间用单个电 在 阻器连接即可对死区时间进行大范围的编程。在这些器件内部还有软起动电路，它只需要 一个外部的定时电容器。一只断路脚同时控制软起动电路和输出级。只要用脉冲关断，通 过 PWM（脉宽调制）锁存器瞬时切断和具有较长关断命令的软起动再循环。当 VCC 低于 标称值时欠电压锁定禁止输出和改变软起动电容器。输出级是推挽式的可以提供超过 200mA 的源和漏电流。SG3525A 系列的 NOR（或非）逻辑在断开状态时输出为低。 ?工作范围为 8.0V 到 35V ?5.1V±1.0％调定的基准电压 ?100Hz 到 400KHz 振荡器频率 ?分立的振荡器同步脚二．SG3525A 内部结构和工作特性（1）基准电压调整器 基准电压调整器是输出为 5.1V，50mA，有短路电流保护的电压调整器。它供电给所 有内部电路，同时又可作为外部基准参考电压。若输入电压低于 6V 时，可把 15、16 脚短 接，这时 5V 电压调整器不起作用。 （2）振荡器 3525A 的振荡器，除 CT、RT 端外，增加了放电 7、同步端 3。RT 阻值决定了内部恒流值 对 CT 充电，CT 的放电则由 5、7 端之间外接的电阻值 RD 决定。把充电和放电回路分开，有 利于通过 RD 来调节死区的时间，因此是重大改进。这时 3525A 的振荡频率可表为：fS ?1 CT (0.7R T ? 3R D )（3.1）在 3525A 中增加了同步端 3 专为外同步用，为多个 3525A 的联用提供了方便。同步脉 冲的频率应比振荡频率 fS 要低一些。34 电力电子技术15 12 3 6 5 7 9 1 2 8 10Vs 地 同步 RT CT 放电16 基 准 调整器 欠压锁定+ +SG1525A R 输 出 A 输 出 B13 11振荡器 4 振荡器 输 出 +比较器 - Vref 50μ Α触发器14补偿 - 误差 放大S S+输 出 A13 11PWM锁存器+ 器 软起动 关闭 5K+SG1527A 输 出 B145K图3-1(3)误差放大器 误差放大器是差动输入的放大器。它的增益标称值为 80dB，其大小由反馈或输出负载决 定，输出负载可以是纯电阻，也可以是电阻性元件和电容的元件组合。该放大器共模输入 电压范围在 1.8~3.4V， 需要将基准电压分压送至误差放大器 1 脚 （正电压输出） 2 脚 或 （负 电阻输出）。 3524 的误差放大器、电流控制器和关闭控制三个信号共用一个反相输入端，3525A 改为 增加一个反相输入端，误差放大器与关闭电路各自送至比较器的反相端。这样避免了彼此 相互影响。有利于误差放大器和补偿网络工作精度的提高。 (4)闭锁控制端 10 利用外部电路控制 10 脚电位，当 10 脚有高电平时，可关闭误差放大器的输出，因此， 可作为软起动和过电压保护等。 (5)有软起动电路 比较器的反相端即软起动控制端 8，端 8 可外接软起动电容。该电容由内部 Vref 的 50 μ A 恒流源充电。达到 2.5V 所经的时间为 t ? (6)增加 PWM 锁存器使关闭作用更可靠 比较器（脉冲宽度调制）输出送到 PWM 锁存器。锁存器由关闭电路置位，由振荡器输 出时间脉冲复位。这样，当关闭电路动作，即使过流信号立即消失，锁存器也可维持一个352.5V ? C8 。点空比由小到大（50％）变化。 50?A 电力电子技术周期的关闭控制，直到下一周期时钟信号使倘存器复位为止。 另外，由于 PWM 锁存器对比较器来的置位信号锁存，将误差放大器上的噪音、振铃及 系统所有的跳动和振荡信号消除了。只有在下一个时钟周期才能重新置位，有利于可靠性 提高。 (7)增设欠压锁定电路 电路主要作用是当 IC 块输入电压小于 8V 时，集成块内部电路锁定，停止工作（其准 源及必要电路除外），使之消耗电流降到很小（约 2mA）。 (8)输出级 由两个中功率 NPN 管构成，每管有抗饱和电路和过流保护电路，每组可输出 100mA。组 间是相互隔离的。电路结构改为确保其输出电平或者是高电平或者是低电平的一个电平状 态中。为了能适应驱动快速的场效应功率管的需要，末级采用推拉式电路，使关断速度更 快。 11 端（或 14 端）的拉电流和灌电流，达 100mA。在状态转换中，由于存在开闭滞后，使 流出和吸收间出现重迭导通。在重迭处有一个电流尖脉冲，其持续时间约 100ns。使用时 VC 接一个 0.1μ f 电容可以滤去尖峰。 另一个不足处是吸电流时，如负载电流达到 50mA 以上时，管饱和压降较高（约 1V）。三．IC 芯片的工作直流电源 VS 从 15 号脚引入分两路： 一路加到或非门； 另一路送到基准电压稳压器的输 入端，产生稳定的＋5.1V 基准电压，＋5.1V 再送到内部（或外部）电路的其它元件作为电 源。振荡器 5 号脚需外接电容 Cr,6 号脚需外接电阻 Rr。选用不同的 Cr、Rr，即可调节振荡 器的频率。振荡器的输出分为两路：一路以时钟脉冲形式送至双稳态触发器及二个或非门； 另一路以锯齿波形式送至比较器的同相端。比较器的反相端连向误差放大器。误差放大器 实际上是个差分放大器，它有两个输入端：1 号脚为反相输入端；2 号脚为同相输入端，这 两个输入端可根据应用需要连接。 例如， 一端可连到开关电源输出电压 V0 的取样电路上 （取 样信号电压约 2.5V），另一端连到 16 号脚的分压电路上（应取得 2.5V 的电压），误差放 大器输出 9 号脚与地之间可接上电阻与电容，以进行频率补偿。误差放大器的输出与锯齿 波电压在比较器中进行比较，从而在比较器的输出端出现一个随误差放大器输出电压的高 低而改变宽度的方波脉冲，再将此方波脉冲送到或非门的一个输入端。或非门另二输入端 分别为触发器、振荡锯齿波。最后，在晶体管 A 和 B 上分别出现脉冲宽度随 V0 变化而变化 的脉冲波，但两者相位相差 180°。四．1525A 的参数极限参数36 电力电子技术参 电源电压 集电极供电电压 逻辑输入 模拟输入 输出电流源或吸人 基准输出电流 振荡器充电电流数符 VCC VC － － IO Iref － PD Rθ JA Rθ JC TJ号值 ＋40 ＋40 －0.3~＋5.5 －0.3~VCC ±500 50 5.0
＋150 －65~＋150 －55~＋125 ＋300 最 小 ＋8.0 +4.5 0 0 0 0.1 2.0 0.001 0 0 最 大单 Vdc Vdc V V mA mA mA mW位耗散功率（塑料和陶瓷封装） 热阻结到大气（塑料和陶瓷封装） 热阻结到外壳（塑料和陶瓷封装） 工作结温 存放温度范围陶瓷封装 塑料封装 引线温度（焊接 10 秒） 推荐的工作条件 特 电源电压 集电极电压 输出吸入／源电流 （待机态） （峰值） 基准负载电流 振荡器频率范围 振荡器定时电阻 振荡器定时电容 去磁电阻范围 工作环境温度范围特 性℃/W ℃/W ℃ ℃ ℃ 单 位 Vdc Vdc mA mA kHz kΩ μ F Ω ℃最 大 单 位Tstg TSolder 符 号性VCC VC IO Iref fOSC RT CT RD TA符 号+35 +35 ±100 ±400 20 400 150 0.2 500 ＋70电气特性（VCC=+20Vdc，TA=T10W 到 Thigh，除非另有规定）最 小 典 型振基准部分 基准输出电压（TJ=＋25℃） 线路调整（＋8.0V≤VCC≤＋35V） 负载调整（0mA≤IL≤20mA） 温度稳定性 总输出值，包括线性，负载和过温 Vref Regline Regload Δ Vref/Δ T Δ Vref 5.00 － － － 4.95 5.10 10 20 50 － 5.20 20 50 － 5.25 Vdc mV mV mV Vdc37 电力电子技术短路电流（Vref=0V，TJ=+25 C） 输出噪声电压(10Hz≤f≤10kHz，TJ=+25 C) 长期稳定性（TJ=+125 C） 振荡器部分 初始精度（TJ=+25 C） 随电压的频率稳定性 （＋8.0V≤VCC≤+35V） 随温度的频率稳定性 最小频率（RT＝150kΩ ，CT=0.2μ F） 最大频率（RT＝2.0kΩ ，CT=1.0μ F） 电流镜象（IRT＝2.0mA） 时钟幅度 时钟宽度（TJ＝＋25℃） 同步门限 同步输入电流（同步电压＝＋3.5V） 误差放大器部分（VCM＝＋5.1V） 输入失调电压 输入偏置电流 输入失调电流 直流开环增益（RL≥10MΩ ） 低电平输出电压 高电平输出电压 共模抑制比（＋1.5V≤VCM≤＋5.2V） 电源抑制率（＋8.0V≤VCC≤＋35V） PWM 比较器部分 最小占空比 最大占空比 输入门限，零占空比（注 6） 输入门限，最大占空比（注 6） 输入偏置电流 软起动部分 软起动电流（Vshutdown=0V） 软起动电压（Vshutdown=2.0V） 关断输入电流（Vshutdown=2.5V） 输出驱动器（每个输出，VCC＝＋20V） 输出低电平38o o ooISC Vn Vn －－ － － － － － － 400 1.7 3.0 0.3 1.2 － － － － 60 － 3.8 60 50 － 45 0.6 － － 25 － － － － 49 0.9 3.380 40 20 ±2.0 ±1.0 ±0.3 50 － 2.0 3.5 0.5 2.0 1.0 2.0 1.0 － 75 0.2 5.6 75 60100 200 50 ±6.0 ±2.0 － － － 2.2 － 1.0 2.8 2.5 10 10 1.0 － 0.5 － － － 0 － － 3.6 1.0 80 0.6 1.0 0.4mA μ Vrms mV/khr ％ ％ ％ Hz kHz mA V μ s V mV mV μ A μ A dB V V dB dB % % V V μ A μ A mA mA V?f OSC ?VCC? ?f OSC ?Tfmin fmax － － － － － VIO IIB IIO AVOL VOL VOH CMRR PSRR DCmin DCmax VTH VTH IIB － － － VOL0.05 50 0.4 0.4 0.2 电力电子技术（Isink=20mA） （Isink=100mA） 输出高电平 （Isource=20mA） （Isource=100mA） 欠压锁定（V8~V9=High） 集电极泄放大电流，VC=+35V 升起时间（CL=1.0nF，TJ=25℃） 下降时间（CL=1.0nF，TJ=25℃） 关断延迟（VDS＝3.0V，CS＝0） 电源电流（VCC＝＋35V） VUL IC（leak） tr tf tds IOC VOH－1.02.018 17 6.0 － － － － －19 18 7.0 － 100 50 0.2 14－ － 8.0 200 600 300 0.5 20V μ A ns ns ns μ s mA39 电力电子技术第4章 电力电子技术(半控型器件)实验一 单结晶体管触发电路及单相半波可控整流电路实验一．实验目的1．熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及各元件的作用。 2．掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。 3．对单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感负载时工作情况作全面分析。 4．了解续流二极管的作用。二．实验内容1．单结晶体管触发电路的调试。 2．单结晶体管触发电路各点波形的观察。 3．单相半波整流电路带电阻性负载时特性的测定。 4．单相半波整流电路带电阻―电感性负载时，续流二极管作用的观察。三．实验线路及原理将单结晶体管触发电路的输出端“G”“K”端接至晶闸管 VT1 的门阴极，即可构成 如图 4-1 所示的实验线路。四．实验设备及仪器1．MCL 系列教学实验台主控制屏 2．MCL―18 组件（适合 MCL―Ⅱ）或 MCL―31 组件（适合 MCL―Ⅲ） 3．MCL―33（A）组件或 MCL―53 组件（适合 MCL―Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ） 4．MCL―05 组件或 MCL―05A 组件 5．MEL―03 三相可调电阻器或自配滑线变阻器 6．二踪示波器 7．万用表五．注意事项40 电力电子技术1．双踪示波器有两个探头，可以同时测量两个信号，但这两个探头的地线都与示波器 的外壳相连接，所以两个探头的地线不能同时接在某一电路的不同两点上，否则将使这两 点通过示波器发生电气短路。为此，在实验中可将其中一根探头的地线取下或外包以绝缘， 只使用其中一根地线。当需要同时观察两个信号时，必须在电路上找到这两个被测信号的 公共点，将探头的地线接上，两个探头各接至信号处，即能在示波器上同时观察到两个信 号，而不致发生意外。 2．为保护整流元件不受损坏，需注意实验步骤： （1）在主电路不接通电源时，调试触发电路，使之正常工作。 （2）在控制电压 Uct=0 时，接通主电路电源，然后逐渐加大 Uct，使整流电路投入工 作。 （3）正确选择负载电阻或电感，须注意防止过流。在不能确定的情况下，尽可能选择 较大的电阻或电感，然后根据电流值来调整。 （4）晶闸管具有一定的维持电流 IH，只有流过晶闸管的电流大于 IH，晶闸管才可靠导 通。实验中，若负载电流太小，可能出现晶闸管时通时断，所以实验中，应保持负载电流 不小于 100mA。 （5）本实验中，因用 MCL―05 组件中单结晶触发电路控制晶闸管，注意须断开 MCL ―33（MCL―53 组件)的内部触发脉冲。六．实验方法1．单结晶体管触发电路调试及各点波形的观察将 MCL―05（或 MCL―05A，以下均同）面板左上角的同步电压输入接 MCL―18 的 U、V 输出端（如您选购的产品为 MCL―Ⅲ、Ⅴ，则同步电压输入直接与主控制屏的 U、 V 输出端相连），“触发电路选择”拨至“单结晶”。按照实验接线图正确接线，但由单 结晶体管触发电路连至晶闸管 VT1 的脉冲 UGK 不接（将 MCL―05 面板中 G、K 接线端悬 空），而将触发电路“2”端与脉冲输出“K”端相连，以便观察脉冲的移相范围。 三相调压器逆时针调到底，合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，这 时候主控制屏 U、 W 端有电压输出， V、 大小通过三相调压器调节。 本实验中， 调节 Uuv=220V， 这时候 MCL―05 内部的同步变压器原边接有 220V，原边输出分别为 60V（单结晶触发电 路）、30V（正弦波触发电路）、7V（锯齿波触发电路），通过直键开关选择。 注：如您选购的产品为 MCL―Ⅲ、Ⅴ，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同 合上 MCL―05 面板的右下角船形开关，用示波器观察触发电路单相半波整流输出 （“1”），梯形电压（“3”），锯齿波电压（“4”）及单结晶体管输出电压（“5”、 “6”）和脉冲输出（“G”、“K”）等波形。 调节移相可调电位器 RP，观察输出脉冲的移相范围能否在 30°～180°范围内移。41 电力电子技术注：由于在以上操作中，脉冲输出未接晶闸管的控制极和阴极，所以在用示波器观察 触发电路各点波形时，特别是观察脉冲的移相范围时，可用导线把触发电路的地端（“2”） 和脉冲输出“K”端相连。但一旦脉冲输出接至晶闸管，则不可把触发电路和脉冲输出相 连，否则造成短路事故，烧毁触发电路。 采用正弦波触发电路、锯齿波触发电路或其它触发电路，同样需要注意，谨慎操作。2．单相半波可控整流电路带电阻性负载断开触发电路“2”端与脉冲输出“K”端的连接，“G”、“K”分别接至 MCL―33 （或 MCL―53）的 VT1 晶闸管的控制极和阴极，注意不可接错。负载 Rd 接可调电阻（可 把 MEL―03 的 900Ω 电阻盘并联，即最大电阻为 450Ω ，电流达 0.8A），并调至阻值最大。 合上主电源，调节主控制屏输出电压至 Uuv=220V，调节脉冲移相电位器 RP，分别用 示波器观察?=30°、60°、90°、120°时负载电压 Ud，晶闸管 VT1 的阳极、阴极电压波 形 UVt。并测定 Ud 及电源电压 U2，验证U d ? 0.45U 2 1?cos? 2α U2,ud Ud U2 30° 60° 90° 120°3．单相半波可控整流电路带电阻―电感性负载，无续流二极管串入平波电抗器，在不同阻抗角（改变 Rd 数值）情况下，观察并记录?=30O、60O、 90O、120O 时的 Ud、id 及 Uvt 的波形。注意调节 Rd 时，需要监视负载电流，防止电流超过 Rd 允许的最大电流及晶闸管允许的额定电流。4．单相半波可控整流电路带电阻，电感性负载，有续流二极管。接入续流二极管，重复“3”的实验步骤。七．实验内容1．画出触发电路在α =90°时的各点波形。 2．画出电阻性负载，α =90°时，Ud=f（t），Uvt=f（t），id=f（t）波形。 3．分别画出电阻、电感性负载，当电阻较大和较小时，Ud=f（t）、UVT=f（t），id=f（t）的波形（α =90°）。4．画出电阻性负载时 Ud/U2=f（a）曲线，并与 U d ? 0.45 2 U 5．分析续流二极管的作用。1?cos? 2进行比较。八．思考1．本实验中能否用双踪示波器同时观察触发电路与整流电路的波形？为什么？42 电力电子技术2．为何要观察触发电路第一个输出脉冲的位置？ 3．本实验电路中如何考虑触发电路与整流电路的同步问题？43 44RP 4 3MCL 05(MCL 05A)单结晶体管触发电路同步电压输入1~220VGRP 5 6触发电路选择KMCL 33直流电流表， 量程为5A单结管正弦波锯齿波2AMCL 18VT1VT3VT5FBC+FA(电流反馈及过流过压保护) L1 UVT4VT6VT2U过流 过压6.0 6.0续流二极管， 位于MCL 33I平波电抗器，位 于MCL 33上， L VD1 可选L=700mH或 根据需要L2RP1 SB1 SB28.0TA1V WTA2TA3主V 控 制W 屏 输 出IZ If8.0L3Rd控制和检测单元及过流过压保护MCL III 、V无MCL 18 组件，三 相电压不可调负载电阻，可选用 MEL-03(900 欧 并联)或自配，要求最大电流大 于0.8A电力电子技术图4-1 电力电子技术实验二正弦波同步移相触发电路实验一．实验目的1．熟悉正弦波同步触发电路的工作原理及各元件的作用。 2．掌握正弦波同步触发电路的调试步骤和方法。二．实验内容1．正弦波同步触发电路的调试。 2．正弦波同步触发电路各点波形的观察。三．实验线路及原理电路分脉冲形成，同步移相，脉冲放大等环节，具体工作原理可参见“电力电子技术” 有关教材。四．实验设备及仪器1．MCL 系列教学实验台主控制屏 2．MCL―18 组件（适合 MCL―Ⅱ）或 MCL―31 组件（适合 MCL―Ⅲ） 3．MCL―05 组件 4．二踪示波器 5．万用表MCL 18 MCL 05五．实验方法1．将 MCL―05 面板上左上角的同 步电压输入端接 MCL―18 的 U、 端 V （如 您选购的产品为 MCL―Ⅲ、Ⅴ，则同步 电压输入直接与主控制屏的 U、V 输出 端相连），将“触发电路选择”拨至“正 弦波”位置。 2．三相调压器逆时针调到底，合上 主电路电源开关，调节主控制屏输出电 压 Uuv=220v，并打开 MCL―05 面板右 下角的电源开关。用示波器观察各观察UgMCL III、V无MCL 18，以MCL 31代替45 电力电子技术孔的电压波形，测量触发电路输出脉冲的幅度和宽度，示波器的地线接于“8”端。 注：如您选购的产品为 MCL―Ⅲ、Ⅴ，无三相调压器，直接合上主电源。 3．确定脉冲的初始相位。当 Uct=0 时，要求?接近于 180O。调节 Ub（调 RP）使 U3 波形与图 4-3b 中的 U1 波形相同，这时正好有脉冲输出，?接近 180O。 4．保持 Ub 不变，调节 MCL-18 的给定电位器 RP1，逐渐增大 Uct，用示波器观察 U1 及输出脉冲 UGK 的波形，注意 Uct 增加时脉冲的移动情况，并估计移相范围。 5．调节 Uct 使?=60O，观察并记录面板上观察孔“1”~“7”及输出脉冲电压波形。U1 0.7V U1 ωt(a)ωt Ug(b)接近 180° ωt（a）?＜180O 图 4-3（b）?接近 180O 初始相位的确定六．实验报告1．画出?=60O 时，观察孔“1”~“7”及输出脉冲电压波形。 2．指出 Uct 增加时，?应如何变化？移相范围大约等于多少度？指出同步电压的那一 段为脉冲移相范围。七．注意事项参照实验一的注意事项。46 电力电子技术实验三锯齿波同步移相触发电路实验一．实验目的1．加深理解锯齿波同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用。 2．掌握锯齿波同步触发电路的调试方法。二．实验内容1．锯齿波同步触发电路的调试。 2．锯齿波同步触发电路各点波形观察，分析。三．实验线路及原理锯齿波同步移相触发电路主要由脉冲形成和放大，锯齿波形成，同步移相等环节组成， 其工作原理可参见“电力电子技术”有关教材。四．实验设备及仪器1．MCL 系列教学实验台主控制屏 2．MCL―18 组件（适合 MCL―Ⅱ)或 MCL―31 组件（适合 MCL―Ⅲ） 3．MCL―05 组件 4．双踪示波器 5．万用表五．实验方法1． MCL-05 面板上左上角的同 将 步电压输入接 MCL―18 的 U、V 端 （如您选购的产品为 MCL―Ⅲ、Ⅴ， 则同步电压输入直接与主控制屏的 U、V 输出端相连），“触发电路选 择”拨向“锯齿波”。 2． 三相调压器逆时针调到底， 合 上主电路电源开关，调节主控制屏输 出电压 Uuv=220v，并打开 MCL―05 面板右下角的电源开关。用示波器观MCL 18UgMCL 0547 电力电子技术察各观察孔的电压波形，示波器的地线接于“7”端。注：如您选购的产品为 MCL―Ⅲ、Ⅴ， 无三相调压器，直接合上主电源。以下均同 同时观察“1”、“2”孔的波形，了解锯齿波宽度和“1”点波形的关系。 观察“3”~“5”孔波形及输出电压 UG1K1 的波形，调整电位器 RP1，使“3”的锯齿 波刚出现平顶，记下各波形的幅值与宽度，比较“3”孔电压 U3 与 U5 的对应关系。 3．调节脉冲移相范围 将 MCL―18 的“G”输出电压调至 0V，即将控制电压 Uct 调至零，用示波器观察 U2 电压（即“2”孔）及 U5 的波形，调节偏移电压 Ub（即调 RP），使?=180O，其波形如图 4-4 所示。 调节 MCL―18 的给定电位器 RP1，增加 Uct，观察脉冲的移动情况，要求 Uct=0 时， ?=180O，Uct=Umax 时，?=30O，以满足移相范围?=30O~180O 的要求。 4．调节 Uct，使?=60O，观察并记录 U1~U5 及输出脉冲电压 UG1K1，UG2K2 的波形，并 标出其幅值与宽度。 用导线连接“K1”和“K3”端，用双踪示波器观察 UG1K1 和 UG3K3 的波形，调节电位 器 RP3，使 UG1K1 和 UG3K3 间隔 1800。六．实验报告1．整理，描绘实验中记录的各点波形，并标出幅值与宽度。 2．总结锯齿波同步触发电路移相范围的调试方法，移相范围的大小与哪些参数有关？ 3．如果要求 Uct=0 时，?=90O，应如何调整？ 4．讨论分析其它实验现象。U1360° ωtU5180° 30°ωt图 4-4 脉冲移相范围七．注意事项参见实验一的注意事项。48 电力电子技术实验四一．实验目的单相桥式半控整流电路实验1． 研究单相桥式半控整流电路在电阻负载， 电阻―电感性负载及反电势负载时的工作。 2．熟悉 MCL―05 组件锯齿波触发电路的工作。 3．进一步掌握双踪示波器在电力电子线路实验中的使用特点与方法。二．实验线路及原理见图 4-6。三．实验内容1．单相桥式半控整流电路供电给电阻性负载。 2．单相桥式半控整流电路供电给电阻―电感性负载（带续流二极管）。 3．单相桥式半控整流电路供电给反电}
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电力电子技术 主讲：唐元春 电力电子器件 2.1
电力电子器件概述 2.2
不可控器件——电力二极管 2.3
半控型器件——晶闸管 2.4
典型全控型器件
其他新型电力电子器件
电力电子器件的驱动
电力电子器件的保护
电力电子器件的串联和并联使用
电力电子器件
电子技术的基础 电力电子器件的概述 2.2.1 电力电子器件的概念和特征 2.2.2 应用电力电子器件的系统组成 2.2.3 电力电子器件的分类 2.2.4 本章内容和学习要点
电力电子器件的概念和特征
电力电子电路的基础 —— 电力电子器件 概念: 电力电子器件（power electronic device）——可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 主电路（main power circuit）——电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。 广义上分为两类:
电真空器件
(汞弧整流器、闸流管等电真空器件)
半导体器件
(采用的主要材料仍然是硅) 电力电子器件的概念和特征 3.
同处理信息的电子器件相比，电力电子器件的一般特征： 电力电子器件的概念和特征 应用电力电子器件的系统组成 电力电子系统：由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成 应用电力电子器件的系统组成 控制电路按系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的通或断，来完成整个系统的功能。
应用电力电子器件的系统组成 由于主电路中往往有电压和电流的过冲，而电力电子器件一般比主电路中普通的元器件要昂贵，但承受过电压和过电流的能力却要差一些，因此，在主电路和控制电路中附加一些保护电路，以保证电力电子器件和整个电力电子系统正常可靠运行，也往往是非常必要的。 电力电子器件的分类 按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，分为以下三类： 电力电子器件的分类
按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质，分为两类： 本章内容和学习要点 本章内容:
介绍各种器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题。
然后集中讲述电力电子器件的驱动、保护和串、并联使用这三个问题。 学习要点: 最重要的是掌握其基本特性。 掌握电力电子器件的参数和特性曲线的使用方法，这是在实际中正确应用电力电子器件的两个基本要求。 由于电力电子电路的工作特点和具体情况的不同，可能会对与电力电子器件用于同一主电路的其它电路元件，如变压器、电感、电容、电阻等，有不同于普通电路的要求。 不可控器件—电力二极管 2.2.1
PN结与电力二极管的工作原理
电力二极管的基本特性
电力二极管的主要参数
电力二极管的主要类型 不可控器件—电力二极管
Power Diode结构和原理简单，工作可靠，自20世纪50年代初期就获得应用。
快恢复二极管和肖特基二极管，分别 在中、高频整流和逆变，以及低压高频整流的场合，具有不可替代的地位。 PN结与电力二极管的工作原理
基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。
以半导体PN结为基础。
由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的 从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装。 PN结与电力二极管的工作原理
N型半导体和P型半导体结合后构成PN结。 PN结与电力二极管的工作原理
PN结的正向导通状态
电导调制效应使得PN结在正向电流较大时压降仍然很低，维持在1V左右，所以正向偏置的PN结表现为低阻态。 PN结的反向截止状态
PN结的单向导电性。
二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这一主要特征。 PN结的反向击穿
有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式，可能导致热击穿。 PN结的电容效应：
PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容CJ，又称为微分电容。
结电容按其产生机制和作用的差别分为势垒电容CB和扩散电容CD 。 PN结与电力二极管的工作原理
势垒电容只在外加电压变化时才起作用。外加电压频率越高，势垒电容作用越明显。势垒电容的大小与PN结截面积成正比，与阻挡层厚度成反比。 PN结与电力二极管的工作原理
造成电力二极管和信息电子电路中的普通二极管区别的一些因素： 正向导通时要流过很大的电流，其电流密度较大，因而额外载流子的注入水平较高，电导调制效应不能忽略。
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电力电子技术(上)
电力电子技术第1章 MCL 系列 电机电力电子及电气传动教学实验台介绍一 概1．特点：（1）采用组件式结构，可根据不同内容进行组合，故结构紧凑，使用方便灵活，并且 可随着功能的扩展只需增加组件即可，能在一套装置上完成《电力电子学》，《电力拖动 自动控制系统》等课程的主要实验。 （2）装置布局合理，外形美观，面板示意图明确，直观，学生可通过面板的示意查寻 故障，分析工作原理。电机采用导轨式安装，更换机组简捷，方便，所采用的电机经过特 殊设计，其参数特性能模拟 3KW 左右的通用实验机组，能给学生正确的感性认识。除实 验控制屏外，还设置有实验用台，内可放置机组，实验组件等，并有可活动的抽屉，内可 放置导线，工具等，使实验更方便。 （3）实验线路典型，配合教学内容，满足教学大纲要求。控制电路全部采用模拟和数 字集成芯片，可靠性高，维修，检测方便。触发电路采用数字集成电路双窄脉冲。 （4）装置具有较完善的过流、过压、RC 吸收、熔断器等保护功能，提高了设备的运 行可靠性和抗干扰能力。 （5）面板上有多只发光二极管指示每一个脉冲的有无和熔断器的通断。触发脉冲可外 加，也可采用内部的脉冲触发可控硅，并可模拟整流缺相和逆变颠覆等故障现象。述2．技术参数（1）输入电源： ?380V 10% 50HZ?1HZ 相对湿度：〈75% 海 拔：〈1000m （3）装置容量：〈1KVA （4）电机容量：〈200W （5）外形尺寸：长 1600mm X 宽 700mm（长 1300mm X 宽 700mm） （2）工作条件：环境温度：-5 ~ 400C1 电力电子技术3．能开设的实验电力电子技术．半控型器件：1．单结晶体管同步移相触发电路及单相半波可控整流电路 2．正弦波同步移相触发电路及单相半波可控整流电路 3．锯齿波同步移相触发电路 4．单相桥式半控整流电路 5．单相桥式全控整流电路 6．单相桥式有源逆变电路 7．三相半波可控整流电路 8．三相半波有源逆变电路 9．三相桥式半控整流电路 10．三相桥式全控整流电路 11．三相桥式有源逆变电路 12．直流斩波电路 13．单相并相逆变电路 14．单相交流调压电路 15．三相交流调压电路电力电子技术．全控型器件特性部分1．功率场效应晶体管(MOSFET)的主要参数测量 2．功率场效应晶体管(MOSFET)的驱动电路研究 3．绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性及其驱动电路的研究 4．电力晶体管（GTR）驱动电路的研究 5．电力晶体管（GTR）的特性研究电力电子技术．全控型器件典型线路部分1．直流斩波电路（升压斩波、降压斩波）的性能研究 2．单相交直交变频电路的性能研究 3．半桥型开关稳压电源的性能研究 4．电流控制型脉宽调制开关稳压电源研究 5．直流斩波电路（Buck-Boost 变换器）的研究 6．采用自关断器件的单相交流调压实验 7．单相正弦波（SPWM）逆变电路实验 8．全桥 DC/DC 变换电路实验2 电力电子技术9．整流电路的有源功率因数校正实验 10．软开关实验直流调速实验1．晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定 2．晶闸管直流调速主要单元调试 3．不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究 4．双闭环晶闸管不可逆直流调速系统 5．逻辑无环流可逆直流调速系统 6．双闭环控制的直流脉宽调速系统(PWM)交流调速实验1．双闭环三相异步电机调压调速系统 2．双闭环三相异步电机串级调速系统 3．微机控制的脉宽调制 SPWM 变频调速系统（IPM） 4．空间矢量控制的变频调速系统 5．采用 DSP 的磁场定向变频调速系统与直接转矩变频调速系统 6．采用 DSP 控制的直流方波无刷电机调速系统4. 组件配置：4．1．实验机组： （1）直流电动机：PN=185W，UN=220V，IN=1.1A，n=1500r/min （2）绕线式异步电机：PN=100W，UN=220V，IN=0.55A，n=1350r/min （3）直流复励发电机 M01：PN=100W，UN＝200V，IN＝0.5A，n＝1500/min （4）三相笼型异步电动机 M04：PN=100W，UN＝220V，IN＝0.48A，n＝1400/min （5）直流方波无刷电机 M15：PN=40W，UN＝36V，IN＝1.3A，n＝1500/min 4．2．实验挂箱： （1）MCL-05 （2）MCL-06 （3）MCL-07 （4）MCL-08 验箱 MCL-04 （5）MCL-09 单结晶体管，正弦波，锯齿波触发电路 单相并联逆变器，斩波器 IGBT、VDMOS、GTR 电力电子器件实验箱 MCL-03 速度变换器，转速调节器，电流调节器 直流斩波电路（Buck-Boost）和电流控制型脉宽调制开关稳压电源实 微机控制的 SPWM 变频调速及空间矢量控制变频调速实验箱 反号器，转矩极性鉴别器，零电流检测器,逻辑控制器.（6）MCL-10A 全桥 DC/DC 变换、直流脉宽调速系统实验箱3 电力电子技术（7）MCL-11单相交流调压实验、单相正弦波（SPWM）逆变电路实验（8）MCL-13A 采用 DSP 控制的变频调速实验箱 （9）MCL-14A 采用 DSP 控制的直流方波无刷电机调速实验箱 （10）MCL-15 （11）MCL-16 （12）MCL-17 （13）MCL-18 （14）MCL-20 相整流桥 （15）MCL-22 现代电力电子电路和直流脉宽调速系统实验 （16）MCL-33 极管三相整流桥 （17）MEL-11 （18）MEL-02 控制器(DLC) 4．3 选配挂箱： （1）MEL―03 挂箱：可调电阻器 （2）电机导轨及测速发电机 直流发电机 M01：PN=100W，UN=200V （3）电机导轨及测功机、测速发电机 MEL―13 组件。 电容箱 三相芯式变压器 触发电路，Ⅰ组晶闸管，Ⅱ组晶闸管，平波电抗器，RC 阻容吸收,二 整流电路的有源功率因数校正实验箱直流斩波电路（升压斩波、降压斩波） 、单相交直交变频电路的性能软开关 速度变换器，转速调节器，电流调节器，电流互感器，电压互感器, 给定，触发电路，Ⅰ组晶闸管，平波电抗器，RC 阻容吸收,二极管三研究、半桥型开关稳压电源的性能研究过流保护，给定，电流反馈（19）MCL-34 挂箱：反号器(AR)，转矩极性鉴别器(DPT)，零电流检测器(DPZ)，逻辑4 电力电子技术二MCL 系统挂箱介绍和使用说明一．MCL―18 挂箱（MCL―31）MCL―18 由 G （给定） 零速封锁器 ， （DZS） 速度变换器 ， （FBS） 转速调节器 ， （ASR） ， 电流调节器（ACR），过流过压保护等部份组成。1. G（给定）：原理图如图 1-1。 它的作用是得到下列几个阶跃的给定信号： （1）0V 突跳到正电压，正电压突跳到 0V； （2）0V 突跳到负电压，负电压突跳到 0V； （3）正电压突跳到负电压，负电压突跳到正电压。 正负电压可分别由 RP1、 RP2 两 多圈电位器调节大小（调节范围为 0??13V 左右）。数值由面板右边的 数显窗读出。 只要依次扳动 S1、 的不同位 S2 置即能达到上述要求。 （1）若 S1 放在“正给定”位， 扳动 S2 由“零”位到“给定”位即 能获得 0V 突跳到正电压的信号，再 由“给定”位扳到“零”位能获得正电压到 0V 的突跳； （2）若 S1 放在“负给定”位，扳动 S2，能得到 0V 到负电压及负电压到 0V 的突跳； （3）S2 放在“给定”位，扳动 S1，能得到正电压到负电压及负电压到正电压的突跳。 使用注意事项：给定输出有电压时，不能长时间短路，特别是输出电压较高时，否则 容易烧坏限流电阻。-15VG(给定)+15V RP1 RP2 RP2 S1负给定RP1S1 S2正给定 + 给定 -S20V图1-1 给定原理图2．FBC+FA+FT（电流变送器与过流过压保护）：此单元有三种功能：一是检测电流反馈信号，二是发出过流信号，三是发出过压信号。 电路图为 1-2。 （1）电流变送器 电流变送器适用于可控硅直流调速装置中，与电流互感器配合，检测可控硅变流器交 流进线电流，以获得与变流器电流成正比的直流电压信号，零电流信号和过电流逻辑信号 等。 电流互感器的输出接至输入 TA1，TA2，TA3，反映电流大小的信号经三相桥式整流5 电力电子技术电路整流后加至 9R1、9R2、VD7 及 RP1、9R3、9R20 组成的各支路上，其中： a．9R2 与 VD7 并联后再与 9R1 串联，在其中点取零电流检测信号。 b．将 RP1 的可动触点输出作为电流反馈信号，反馈强度由 RP1 进行调节。 c．将可动触点 RP2 与过流保护电路相联，输出过流信号，可调节过流动作电流的大 小。（2）过流保护（FA）当主电路电流超过某一数值后(2A 左右)，由 9R3，9R20 上取得的过流信号电压超过运 算放大器的反向输入端，使 D 触发器的输出为高电平，使晶体三极管 V 由截止变为导通， 结果使继电器 K 的线圈得电，继电器 K 由释放变为吸引，它的常闭触点接在主回路接触器 的线圈回路中，使接触器释放，断开主电路。并使发光二极管亮，作为过流信号指示，告 诉操作者已经过流跳闸。1 2 3 4SA 为解除记忆的复位按钮，当过流动作后，如过流故障已经排除，则须按下以解除 记忆，恢复正常工作。D +159R1 TA 1 TA 2 TA 3C9R4 9R3 RP1 9C 1 9R20 9R5 RP26 7 5A1 B 9R6DA5 3 6 D CL K S Q Q 2 1L1 9R8 9R15K19R13V D8 SA4R9R2V D79V 14 9R17IoIf+15BTV 1 9C 2 TV 2 9R21RP32 349R109R11 A1 A1DB9 11 8 D CL K S Q Q 12 13L2 9R9 9R16K29R149R1289V 13 S210R9R79V 15 9R18AT itle图 1-2电流变送器与过流保护原理图2 3Size A4 Da te: File:Nu mb erRe visio n1 2-Ju n-2 00 2 D:\USE R\MCL \m c l01 \Fb c. DDBShe et of Dra wn By : 43．零速封锁器（DZS）1零速封锁器的作用是当调速系统处于静车状态，即速度给定电压为零，同时转速也确 为零时，封锁调节系统中的所有调节器，以避免静车时各放大器零漂引起可控硅整流电路 有输出使电机爬行的不正常现象。原理电路如图 1―3 所示。6 1234电力电子技术D-1 5R7 R11R15 R19 VD1 R3C 2 1 3A1A LF3534R25 DD 401113 11 12 9 8 10 2DC 4011 VD111DA 4011VD2R48VD123VSTVT1 3DG130BR23 R16 R12 R20 VD9 R8+15 B +15R29 R27 R28A图 1―3 零速封锁器 它的总输入输出关系是：1 2 3T itleSize A4Nu mb erRe visio n（1）当 1 端和 2 端的输入电压的绝对值都小于 0.07 V 左右时，则 3 端的输出电压应Da te: File:6 -Oct-2 00 2 D:\USE R\MCL \m c l01 \mc l01 . DdbShe et of Dra wn By : 4为 0V； （2）当 1 端和 2 端的输入电压绝对值或者其中之一或者二者都大于 0.2V 时，其 3 端 的输出电压应为D15V； （3）当 3 端的输出电压已为D15V，后因 1 端和 2 端的电压绝对值都小于 0.07V，使 3 端电压由D15V 变为 0V 时，需要有 100 毫秒的延时。 3 端为 OV 时输入到各调节器反馈网络中的场效 应管，使其导通，调节器反馈网络短路而被封锁，3 端为D15V 时输入到上述场效应管使其夹断，而解除 封锁。具体原理如下：-0.2V -0.07V 0.07V 0.2V它是由两个山形电平检测器和开关延时电路组 成。图1-4 电平检测器输入输出特性（1）DZS 前半部分别由线性集成电路 A1：A 和 A1：B 组成二个山形电平检测器， 山形电平极测器的输入输出特性如图 1―4 所示，输入电压是指 1 或 2 端送入的电压（S3 放在封锁位），输出电压是指在 4 或 5 上得到的电压。调整参数到输出电压突跳的几个输 入电压为： Ua=D0.2V Ub=D0.07V Uc=+0.07V Ud=+0.2V7 电力电子技术输出正向电压无限幅，约为+12V，输出负向电压用二极管 VD9 和 VD10 箝位到D0.7V。 （2）DZS 的后关部为开关延时电路 （a）当 1 和 2 端电压绝对值均小于 0.07V，则 4 和 5 得到的电压都为+15V，高电平 为“1”态，输入单与门 4011，其输出 10 脚也为“1”态，二极管 VD11 截止，这样单与非 门的输入为“1”态，输出 3 脚为“0”态，VD12 导通，使稳压管 VST 不能击穿，所以三 极管 VT1 截止，从而 3 端输出为 0V。 （b）当 1 和 2 端电压绝对值或其中之一或二者都大于 0.2V 时，则在 4 和 5 上或者 4 为D0.7V，或者 5 为D0.7V，或者 4、5 均为D0.7V，低电平为“0”态，三种情况输入 D： C，其输出都为“0”态，VD11 导通，接 0V，D:A 输入为“0”态，其输出为“1”态，使 VD12 截止，稳压管 VST 在 30V 的电压作用下而击穿，VT1 饱和导通，可使 3 端输出为D 15V。 （c）当已在（b）的情况，3 端子输出为D15V，此时 D:C 的输出为 0V，D:A 上输入 电压接近 0V。若要回到（a）的情部，则 D：C 的输出先由“0”态变成“1”态，VD11 截 止，D:A 上输入上电压应为+15V，但电容 C5 二端电压不能突变，+15V 电源通过 R27 对 C5 充电，C5 电压逐步上升，上升到一定数值后 D：A 的输出由“1”态变为“0”态，从而使 3 端输出为 0V，所以 3 端由D15V 变为 0V 有一延时时间，其延时长短取决于 R27C5 的充 电回路时间常数。 （d）钮子开关 S3 有二个位置，放在“封锁位”，用在调速系统正常工作的情况，即 为上述分析情况，放在“解除位”，A1：A 组成的山形电平检测器输入总是+15V，3 端子 电位总是D15V，使各调节器解除封锁，以便单独调试调节器用。4．电源输入输出端：面板下部的 L1、L2、L3 三接线柱表示三相电源的输入，U、V、W 表示电源输出端。 在进行实验时，调压器的输出端接到 L1、L2、L3，U、V、W 接到可控硅或电机，在 L1、 U，L2、V，L3、W 间接有电流互感器，L1、L2 间接有电压互感器，当电流过大或电压过 高时，过流保护和过压保护动作。 使用注意事项：接到可控硅的电压必须从 U、V、W 引出，否则过流保护和过压保护 不起作用。5．FBS（速度变换器）速度变换器（FBS）用于转速反馈 的调速系统中， 将直流测速发电机的输 出电压变换成适用于控制单元并与转 速成正比的直流电压，作为速度反馈。 其原理图如图 1?5 所示。81 2RPRP3 4图1-5 速度变换器 电力电子技术使用时，将测速发电机的输出端接至速度变换器的输入端 1 和 2。分两路输出。 （1）一路经电位器 RP2 至转速表，转速表(0??2000n/s)已装在电机导轨上。 （2）另一路经电阻及电位器 RP，由电位器 RP 中心抽头输出，作为转速反馈信号， 反馈强度由电位器 RP 的中心抽头进行调节，由电位器 RP 输出的信号，同时作为零速封锁 反映转速的电平信号。 元件 RP 装在面板上。6．ASR（速度调节器）速度调节器 ASR 的功能是对给定和反馈两个输入量进行加法，减法，比例，积分 和微分等运算，使其输出按某一规律变化。 它由运算放大器，输入与反馈网络及二极管限幅环节组成。其原理图如图 1-6 所示。 1 2 3 转速调节器 ASR 也可当作电压调节器 AVR 来使用。 速度调节器采用电路运算放大器，它具有两个输入端，同相输入端和倒相输入端，其DC2 473R9 10KR15 120K R16 2MC1 474 1N4007RP1 4.7K R20 470U fnR5 10K C6 224R10 10K VD3 V5 3DJ6H+15C1.5K RP2 1N4007 VD46 34 1 5U srR6 10K C7 224R11 10K2R21 1.5KUA741 VD5 1NK RP3-1 57R14 10KB图1-6 速度调节器输出电压与两个输入端电压之差成正比。电路运算放大器具有开环放大倍数大，零点漂移 小，线性度好，输入电流极小，输出阻抗小等优点，可以构成理想的调节器。图 1-7 中， 由二极管 VD4，VD5 和电位器 RP2，RP3 组成正负限幅可调的限幅电路。由 C2，R9 组成 反馈微分校正网络，有助于抑制振荡，减少超调，R15，C1 组成速度环串联校正网络。场A T itle效应管 V5 为零速封锁电路，当 4 端为 0V 时 VD5 导通，将调节器反馈网络短接而封锁，4 端为-13V 时，VD5 夹断，调节器投入工作。RP1 为放大系数调节电位器。1 3 元件 RP1，RP2，RP3 均安装在面板上。电容 2 C1 两端在面板上装有接线柱，电容 C2Size A4 Da te: File:Nu mb er6 -Oct-2 00 2 D:\USE R\MCL9 电力电子技术两端也装有接线柱，可根据需要外接电容。7．ACR（电流调节器）电流调节器适用于可控制传动系统中，对其输入信号（给定量和反馈量）时进行加法、 减法、比例、积分、微分，延时等运算或者同时兼做上述几种运算。以使其输出量按某种 1 2 予定规律变化。它是由下述几部分组成：运算放大器，两极管限幅，互补输出的电流放大 级、输入阻抗网络、反馈阻抗网络等。D 3470 C2 473 10K R9 12K R15 R16 R5 10K 224 C6 2CW54 VST1 VD3 R6 10K R7 10K 2CW54 VST2 R3 V1 5.1K K 2CW54-1 5474 C1RP1 4.7KR10 2M 10K+151N4007R11 C7 224 10K R124 1V5 3DJ6H+15R18 300CRP2 2.2K 1N40075V3 3DG6C10K2UA741 R216C8 22431.5K7R13 10K1NKV4 3CG23 RP3 2.2K R19 300R4 V2 5.1K 9013BC9 224-1 5VST3图1-7电流调节器电流调节器与速度调节器相比，增加了 4 个输入端，其中 2 端接过流推?信号，来自电 流变换器的过流信号 U?，当该点电位高于某值时，VST1 击穿，正信号输入，ACR 输出负 电压使触发电路脉冲后移。UZ、UF 端接逻辑控制器的相应输出端，当这二端为高电平时，ATi三极管 V1、V2 导通将 Ugt 和 Ugi 信号对地短接，用于逻辑无环流可逆系统。 晶体管 V3 和 V4 构成互补输出的电流放大级，当 V3、V4 基极电位为正时，V4 管（PNP 型晶体管）截止，V3 管和负截构成射极跟随器。如 V32 ，V4 基极电位为负时，V3 管（NPN 1 型晶体管）截止，V4 管和负截构成射极跟随器。接在运算放大器输入端前面的阻抗为输入 阻抗网络。改变输入和反馈阻抗网络参数，就能得到各种运算特性。 元件 RP1、RP2、RP3 装在面板上，C1、C2 的数值可根据需要，由外接电容来改变。103SiADa Fi 电力电子技术二．MCL-33 挂箱：MCL―33 由脉冲控制及移相，双脉冲观察孔，一组可控硅，二组可控硅及二极管，RC 吸收回路，平波电抗器 L 组成。 本实验台提供相位差为 60O，经过调制的“双窄”脉冲（调制频率大约为 3?10KHz）， 触发脉冲分别由两路功放进行放大，分别由 Ublr 和 Ublf 进行控制。当 Ublf 接地时，第一组 脉冲放大电路进行放大。当 Ublr 接地时，第二组脉冲放大电路进行工作。脉冲移相由 Uct 端的输入电压进行控制，当 Uct 端输入正信号时，脉冲前移，Uct 端输入负信号时，脉冲后 移，移相范围为 100―1600。偏移电压调节电位器 RP 调节脉冲的初始相位，不同的实验初 始相位要求不一样。 双脉冲观察孔输出相位差为 60o 的双脉冲，同步电压观察孔，输出相电压为 30V 左右 的同步电压，用双踪示波器分别观察同步电压和双脉冲，可比较双脉冲的相位。 使用注意事项：单双脉冲及同步电压观察孔在面板上俱为小孔，仅能接示波器，不能 输入任何信号。 1. 脉冲控制。 面板上部的六档直键开关控制接到可控硅的脉冲，1、2、3、4、5、6 分别控制可控硅 VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6 的触发脉冲，当直键开关按下时，脉冲断开，弹出时 脉冲接通。 2. 一桥可控硅由六只 5A800V 组成。 3. 二桥可控硅由六只 5A800V 构成，另有六只 5A800V 二极管。 4. RC 吸收回路可消除整流引起的振荡。 当做调速实验时需接在整流桥输出端。 平波电 抗器可作为电感性负载电感使用，电感分别为 50mH、100mH、200mH、700mH, 在 1A 范 围内基本保持线性。 使用注意事项： 外加触发脉冲时，必须切断内部触发脉冲。 D1 2三．MCL―34 挂箱MCL―34 为逻辑无环流可逆直流 调速专用挂箱。由 AR(反号器)、DPT （转矩器性鉴别器）、DPZ（零电流检 测器）、DLC(逻辑控制器）构成。R1 20K R2 10KR3 15K4RP 10K2 1 3R4 1.5K1．AR（反号器）C反号器 AR 由运算放大器及有关电 阻组成，如图 1-8 所示。用于调速系统图1-8 反号器118 电力电子技术中信号需要倒相的场合。 反号器的输入信号由运算放大器的反相端接入，故输出电压为 USC=-（RP+R3）/R1 调节 RP 的可动触点，可改变 RP 的数值，使 RP+R3=R1，则 USC=-USR，输入与输出成 倒相关系。元件 RP 装在面板上。2．DPT（转矩极性鉴别器）转矩极性鉴别器为一电平检测器，用于检测控制系统中转矩极性的变化；它是一个模 数转换器，可将控制系统中连续变化的电平转换成逻辑运算所需的’0”、”1”状态信号。其 原理图如图 1?9（a）所示。转矩极性鉴别器的输入输出特性如图 1?9（b）所示，具有继 电特性。调节同相输入端电位器可以改变继电特性相对于零点的位置。特性的回环宽度为 Uk=Usr2-Usr1=K1(Uscm2-Uscm1) 式中 K1 为正反馈系数，K1 越大，则正反馈越强，回环宽度就越大，Usr2 和 Usr1 分别为1 2 3输出由正翻转到负及由负翻转到正所需的最小输入电压；Uscm2 和 Uscm1 分别为正向和负向 饱和输出电压。D逻辑控制系统中的电平检测环宽一般取 0.2~0.6V，环宽大时能提高系统抗干扰能力， 但环太宽时会使系统运作迟钝。U sr R8 C2VD4R76 7 5VD3R2UmU sc m2+15VD2 R3R6R5Usr1RP2CR42-1 501U sc m1Usr23(a) 图1-9 转矩极性鉴 别器D(b)3．DPZ（零电流检测器）BU srR8 C2R76 7 5VD4 VD3R2UmU sc m2+15VD2 R3R6R5Usr1RP2CR4 0U sc m1A(a) 图1-10 零电流检测1 2(b)Usr2T itleSize A4 Da te: File: 3Nu mb er6 -Oct-2 00 2 D:\USE R\MCL \m12B 电力电子技术零电流检测器也是一个电平检测器，其工作原理与转矩极性鉴别器相同，在控制系统 中进行零电流检测，其原理图和输入输出特性分别如图 1-10（a）和 1-10（b）所示。4．DLC（逻辑控制器）逻辑控制器适用于直流电动机可控硅无环流反并联供电的调压调速系统中，它对转矩 极性指令和主回路零电流信号进行逻辑运算，切换加于正组桥或反组桥可控硅整流装置上 的触发脉冲。逻辑电路除了功率输出级外，全部采用 CMOS 集成化与非门电路组成。对于与1 2 3 4非门电路来说，只有当输入端全部为“1”信号（高电平）时，其输出才为零（低电平）； 只要输入端中任一个“0”信号，其输出便为“1”信号。D其原理图如图 1-11 所示。DLC 主要由逻辑判断电路，延时电路，逻辑保护电路，推? 环节等组成。+15U bl f Uz R1 15K11 1 2UCM 13 124011 D1D4011 D1A1N4007 VD33R3 15K12 134011 D2D11UB 1N4007 D3D12 131N4007 VD511R5 2KR7 30K V1 3DG12CC31 474C3 1051 2 1 D2A32CW56 VST1 VD8 1N4007474 C1VD1 1N4007D3A3 29 84011 D2C104011 VD9 1N4007C2 474B 9VD2 1N4007 D1B6 4 10 5C4 474 C41 VD4 1ND1C 40116 4 8 5D3C10 9UI 82CW56 VST2 V2 3DG12C R6 2K R8 30KK+15R4 15KD2B 40114011 UFVD6 1N4007U bl r图1-11 逻辑控制AA．逻辑判断环节逻辑判断环节的任务是根据转矩极性电平检测器和零电流电平T itle Size A4 Nu mb er Re visio n Da te: File: 6 -Oct-2 00 2 D:\USE R\MCL \m c l04 \mc l04 . Ddb She et of Dra wn By : 4检测器的输出 UM 和 UI 状态，正确地判断晶闸管的触发脉冲是否需要进行切换（由 UM 是 否变换状态决定）及切换条件是否具备（由 UI 是否由“0”态变“1”态决定）。即当 UM1 2 3变换后，零电流检测器检测到主电路电流过零（UI =“1”）时，逻辑判断电路立即翻转， 同时应保证在任何时刻逻辑判断电路的输出 UZ 和 UF 状态必须相反。 B．延时环节 要使正，反两组整流装置安全，可靠地切换工作，必须在逻辑无环 流系统中逻辑判断电路发出切换指令 UZ 或 UF 后。 经关断等待时间 t1(3ms)和触发等待时间 t2(10ms)之后才能执行切换指令，故设置相应的延时电路，电路中 VD1、C1, VD2、C2 起 t1 的延时作用，VD3、C3,、VD4、C4 起 t2 的延时作用。 C．逻辑保护环节 逻辑保护环节也称多一保护环节。当逻辑电路发生故障时，UZ、13 电力电子技术UF 的输出同时为”1”状态，逻辑控制器两个输出端 Ublr 和 Ublf 全为”0”状态，造成两组整流 装置同时开放，引起短路环流事故。加入逻辑保护环节后，当 UZ、UF 全为”1”状态时，使 逻辑保护环节输出”A”点电位变为”0”，使 Ublf 和 Ublr 都为高电平，两组触发脉冲同时封锁， 避免产生短路环流事故。 D．推?环节 在正，反桥切换时，逻辑控制器中 D2:10 输出”1” 状态信号，将此信 号送入 ACR 的输入端作为脉冲后移推?指令，从而可避免切换时电流的冲击。 E．功率放大输出环节。 由于与非门输出功率有限， 为了能可靠推动脉冲门Ⅰ或Ⅱ, 故加了由 V1 和 V2_组成的 功率放大级,由逻辑信号 ULK1 或 ULK2 进行控制,或为“通”，或“断”来控制触发脉冲门Ⅰ或 触发脉冲门Ⅱ。四．MCL05 挂箱MCL-05 挂箱为触发电路专用挂箱，其中有单结晶体管，正弦波，锯齿波同步移相触 发电路。 面板左上方装有同步变压器原边组的接线柱，下有“触发选择开关”，可根据需要选 择“单结管”，“正弦波”，“锯齿波”等触发电路。 当外加同步电压 220V 为时，通过触发电路选择直键开关可选择输出至单结管触发电 路, 正弦波触发电路，锯齿波触发电路的同步电压分别为 60V, 15, 7V1 2 3 41．单结晶体管触发电路D由单结晶体管 V3，整流稳压环节，及由 V1,V2 等组成的等效可变电阻等组成，其原 理图如图 1-12 所示。A620/8W BR11 N40 07 VD1 1 N40 07 VST 1 2 CW 10 9 VD3R2 1KR5 5.1KR7 3.6K V2 3CG23BR8 240CT1VST 22 CW 10 92 20 V6 0VR3C1D CVD5 V1 3DG6C R6 1KRP1 4.7KV3 BT35C C2 6831 N40 07 VD71N4007VD8 E* TP * VD9 1N40071 N40 07 VD41 N40 07VST 3 2 CW 10 9VD24 7u /25 VR4 VD6B1N4007图1-12 单结晶体管触发电路由同步变压器副边输出 60V 的交流同步电压，经全波整流，再由稳压管 VST1,VST214A T itleSize A4 Da te: File: 1 2 3Nu mb erRe vi7 -Oct-2 00 2 D:\USE R\MCL \m c l05 \mc l05 . DdbShe et of Dra wn By : 4 电力电子技术进行削波，而得到梯形波电压，其过零点与晶闸管阳极电压的过零点一致，梯形波通过 R7,V2 向电容 C2 充电，当充电电压达到单结晶体管的峰点电压时，单结晶体管 V3 导通， 从而通过脉冲变压器输出脉冲。同时 C3 经 V3 放电，由于时间常数很小，Uc2 很快下降至 单结晶体管的谷点电压,V3 重新关断，C2 再次充电。每个梯形波周期，V3 可能导通，关断 多次，但只有第一个输出脉冲起作用。电容 C2 的充电时间常数由等效电阻等决定，调节 RP3 的滑动触点可改变 V1 的基极电压，使 V1,V2 都工作在放大区，即等效电阻可由 RP1 来调节，也就是说一个梯形波周期内的第一个脉冲出现时候（控制角）可由 RP1 来调节。 元件 RP1 装有面板上，同步信号已在内部接好。2．正弦波同步触发电路正弦波同步触发电路由同步移相和脉冲形成放大等环节组成， 其原理图如图 1-13 所示。1 2 3 4同步信号由同步变压器副边提供。晶体管 V1 左边部分为同步移相环节，在 V1 的基极D上综合了同步信号 UT，偏移电压 Ub 及控制电压 Uct，RP2 可调节 Ub，调节 Uct 可改变触发+15R9 20/2W TP1VD8R10 30G2KR5 15KUcC -1 5R6 47KR7 3.9K C3 473VD7 C4 474 RP3 47KR1 1R4 5.1KF VD6V3 3DG12CC5 104VD9EVD5KRP2 2.2KR3 6.8KC BC2 1000p VD3DVD2 VD4 V2 3DG6C R8 390T1R1 2KARP1 27KR2 51KVD1B3 DG6 V12 20 V3 0VC1 1u图1-13 正弦波触发电路电路的控制角。脉冲形成放大环节是一集基耦单稳态脉冲电路，V2 的集电极耦合到 V3 的 基极，V3 的集电极通过 C4,RP3 耦合到 V2 的基极。当同步移相环节送出负脉冲时，使单A稳电路翻转，从而输出脉宽可调的触发脉冲。 调节元件均装在面板上，同步变压器副边已在内部接好 .T itleSize A4 Da te: File: 3Nu mb erRe visio n7 -Oct-2 00 2 D:\USE R\MCL \m c l05 \mc l05 . DdbShe et of Dra wn By : 43．锯齿波同步移相触发电路等环节组成，其原理图如图 1-14 所示。12锯齿波同步移相触发电路由同步检测，锯齿波形成，移相控制，脉冲形成，脉冲放大 由 VD1,VD2,C1,R1 等元件组成同步检测环节， 其作用是利用同步电压来控制锯齿波产 生的时刻和宽度。 VST1,V1,R3 等元件组成的恒流源电路及 V2,V3,C2 等组成锯齿波形成 由15 电力电子技术1 2 3 4环节。控制电压 Uct,偏移电压 Ub 及锯齿波电压在 V4 基极综合叠加，从而构成移相控制环 节。V5,V6 构成脉冲形成放大环节，脉冲变压器输出触发脉冲。 元件 RP 装在面板上 ，同步变压器副边已在内部接好。RP 4.7K2 CW 51 VST 11 N40 01 VD6VD7 1N4001 TP VD8 1N4001R3 4.7K V1 3CG23R9 6.2KR10 30K C3 104 V5 3DG6CR11 6.2KR1 10K V3 3DG6C R4 200 V2 3DG6C C1 1uF R2 47K Uc UbC2 4 74 1 0KVD3 1NK R6 R7 3.3K 6.8K R8R12 47C5 474VD4 1NDG6C1N4001 VD5 C4 104-1 5V6 3DG6C1N4001 VD11N4001 VD2R5图1-14 锯齿波触发电路五．MCL06 使用说明MCL06 为单相并联逆变和直流斩波器专用挂箱。11．单相并联逆变触发电路234123以 555 集成时基电路为基础振荡电路，通过双 D 触发器二分频得到相位差 180 的触Size Nu mb er A4 发脉冲, 经三极管 V1,V2 功率放大后交替触发主电路的两个晶闸管。 振荡频率由电位器 RPDT itleORe visD1进行调节，555 的输出”3”接至 4013 的 CLK 端，输出为相位相差 180 的脉冲。 2 3 单相并联逆变触发电路原理图见图 1-15+15ODa te: File:7 -Oct-2 00 2 D:\USE R\MCL \m c l05 \mc l05 . DdbShe et of Dra wn By : 4TP1VD5VD3VD3+151CC3VT1VD6 L23R17 DIS48D1 D2A VD1Q 1R3 V1R VCCCQ CVo lt3 5R23C R5VD4CL K+15TP2 VT2VD7RPT RIG T HRGND2 6RS5DQ2L1C4VD2 VD1VD864C1C2 VD22R4 V2 R641图1-16 斩波器主电路B图1-15 单相并联逆变触发电路B2．斩波器主电路16AT itleSize A4Nu mb erRe visio n 电力电子技术图 1─16 所示的是一脉宽可调的逆阻型斩波器，晶闸管 VT1 为主晶闸管，VT2 为辅 助晶闸管，用来控制输出电压的脉宽，C 和 L1 组成换流振荡环节。3．UPW（脉宽调制器）脉宽调制器 UPW 的第一级为由幅值比较电路和积分电路组成的一个频率和幅值均可 调的锯齿波发生器。电位器 RP2 用来调节锯齿波的幅值，电位器 RP1 用来调节锯齿波的频 率。电路如图 1-17 所示。 由第二比较器产生的方波接至电路的输入端，则在方波的前沿和后沿分别产生两个脉 冲，如图所示，其后沿脉冲随方波的宽度变化而移动，前沿脉冲相位则保持不变。将此两1 2 3脉冲通过功放级送至面板上的主晶闸管和辅助晶闸管，其中前沿脉冲送主晶闸管 VT1，后 沿脉冲送辅助晶闸管 VT2。D +15 1 0K RP2 R6 1 . 2K C2 1 04U ctT L 0 84 D1 B 7 6R1 1 00 C1T L 0 84 13 12 .1u R3 5 1K D1 D 14111 N40 07 VD1R5 5 00D1 A 2 1 3 T L 0 844R7 2K5RP1 1 0K R2 1 00 C -1 5VST 1 2 CW 54 VST 2 2 CW 54+15T P11 N40 01 VD5R4 5 1KVD3 4 74 C6VD6 1 N40 011 N40 07 VD21 00 0P C3 13R8 2K 12 1 D2 F 4 01 06 D2 A 4 01 06 2 1 0K R1 1 V1 9 01 3R1 3 47 VD4+15T P21 N40 01 VD7R9 9 1K+15 R1 0 9 1K 11 4 01 06 D2 E 104 74 C7VD8 1 N40 011 0K R1 2 V2 9 01 3R1 4 47C4 1 00 0P B图1-17 斩波器触发电路六．MCL－07 挂箱MCL－07 挂箱由 GTR 驱动电路、 MOSFET 驱动电路、 IGBT 驱动电路、 PWM 发生器、 主电路等部分组成。 1．GTR 电路：内含普通光耦、比较器、贝克箝位电路、GTR 功率器件、串并联缓冲 A 电路、保护电路等。可对光耦的特性（延迟时间、上升时间、下降时间），贝克电路对 GTR 通、关断特性的影响，不同的串、并联电路对 GTR 开关的影响以及保护电路的工作原理进 行研究和分析。1 2 3 T itleSize A4 Da te: File:Nu mb7 -Oct-2 D:\USE2．MOSFET 电路：内含高速光耦、比较器、推挽电路、MOSFET 功率器件等。可对 高速光耦、推挽驱动电路、MOSFET 的开启电压、导通电阻 RON、跨导 gm、反向输出特性、 转移特性、开关特性进行研究。17 电力电子技术3．IGBT 电路：采用富士 IGBT 专用驱动芯片 EXB841，线路典型，外扩过流保护电 路。可对 EXB841 的驱动电路各点波形以及 1GBT 的开关特性进行研究。 特点： （1）线路典型，注重对基本概念的了解，力求通过实验，使学生对自关断器件的特性 有比较深刻的理解。 （2）由于接线比较多，设计时充分考虑到学生实验时可能产生的误操作，保护功能完 善，可靠性高。 使用注意事项： （1）面板上有比较多的扭子开关控制电源，需注意扭子开关的通断。 （2）GTR 采用较低频率的 PWM 波形驱动，MOSFET、IGBT 采用较高的 PWM 波形 驱动。 （2）由于接线头采用防转动叠插头，使用时需注意防转动叠插头导线的导通，以免观 察不到波形。七．MCL－08 挂箱MCL－08 挂箱由直流变换电路（Buck－Boost 电路）和电流控制型脉宽调制开关稳压 电源组成。 1．直流转波电路：控制回路采用 555 波形发生器，由光耦进行隔离经过推挽电路驱动 GTR。555 产生波形的占空比可由电位器进行调节，频率约为 8K 左右。斩波电路主回路的 功率器件采用 GTR（10A，800V），输入电压为 15V，输出电压为 7.5~30V 之内可调。 按流过电感 L 的电流在周期开始时是否从 0 开始， 可分为连续或不连续工作状态两种模式。 实验中，可分别观察两种模式下，电感电流 iL、二极管电流 iVD、GTR 电流 iVT 等波形。 2．开关电源 采用 UC3842 构成电流控制型脉宽调制开关稳压电源，通过实验使学生对开关电源的 工作原理以及 UC3842 的应用有一定的了解， UC3842 脉宽调制器的具体说明可参见第二章 的有关内容。八．MCL－09 挂箱：MCL－09 挂箱为电机变频调速专用挂箱，它由主回路和控制回路组成，现分别说明： 1．主回路 主回路结构如下图。变频器为电压源 VSI 型，其中间直流环节采用大电容滤波，主回 路整流电路采用桥式不控整流模块， 电网电压经桥式整流后对直流母线上的滤波电容充电， 串联限流电阻 R1 是为限制过大的充电电流。若不用限流电阻，当系统合闸时会有相当大的 充电电流，可能会烧毁滤波大电容和整流模块。不过，限流电阻也不是一直串联在回路中，18 电力电子技术只是在电容刚开始充电时进行限流，当电容两端的电压充到一定值时，继电器收合，把限 流电阻 R1 短路。 直流环节滤波电容为 2200MF／450V，电路中电容 C2、二极管 VD 和电阻 R4 构成一个 典型的吸收缓冲电 路。主回路工作时， 因为功率器件开关 频率很高， 开关动作 时会在直流环节中 产生电流突变， 若直 流环节存在电感， 则 可能在功率器件两 端产生很大的尖峰 电压， 吸收缓冲电路 的作用就是吸收消 除此尖峰电压。 电容电压的检测用电阻 R2 和 R3 分压进行检测，分别控制继电器 K 和过压保护电路。 功率器件采用三菱智能 IGBT 模块。内含过压、过流、过热保护，是一种新型的功率 器件。具有驱动电路简单、可靠性高等优点。 电机采用三相鼠笼式异步电机、Δ 接法，功率为 120W，电压为 220V。 2．控制回路 控制回路主芯片采用美国英特尔公司的电动机专用变频芯片 80C196MC，内含六路 PWM 输出，其低电平有效，可直接驱动隔离控制电路和驱动电路的光电耦合器，因此可直 接用于控制三相逆变器中的六个主开关器件驱动级。 80C196MC 的具体说明可参考有关资料。C1 R3 C2 R2 R4 VD IPM R1M图1-18 变频调速主回路九．MCL―10 挂箱：MCL―10 为直流脉宽调速专用挂箱，原理框图如图 1―19。 在结构上分为两部分：主回路和控制回路。 1．主回路： 二极管整流桥把输入的交流电变为直流电，正常情况下，交流输入为 220V，经过整流 后变为 300V 直流电，电阻 R1 为起动限流电阻，滤波电容 C 为 470μ F/450V；四只功率 MOS 管构成 H 桥，根据脉冲占空比的不同，在直流电机上可得到＋或－的直流电压。H 桥 的具体工作原理可参考有关资料。 在 VT2 和 VT4 的源极回路中，串接两取样电阻，其上的电压分别反映流过 VT2、VT419 电力电子技术的电流，经过差放放大，在“21”端输出一反映电流大小的电压，作为双闭环控制系统的 电流反馈信号。 电阻 R2 在本实验箱中有两个作用。第一，可用来观察波形，R2 的阻值为 1Ω ，其上的 电压波形反映了主回路的电流波形。第二，作为过流保护用。当 R2 的电压超过整定值后， 过流保护电路动作，关闭脉冲，从而保护功率 MOS 管。 2．控制回路VT1C AC220V RVT3 VT4VT2差分放大 过流 保护 13 SG3525 10隔 离 驱 动 图1-19控制回路采用 SG3525 构成，SG3525 的具体参数可参见实验指导书的第三章。 SG3525 的 13 脚输出占空比可调（改变 9 脚电压）的脉冲波形（占空比调节范围不小 于 0.1~0.9），同时频率可通过充放电时间的不同而改变（通过钮子开关 S1 调节），经过 RC 移相后，输出两组互为倒相，死区时间为 5μ S 左右的脉冲（观察“33”端和“34”端）， 经过光耦隔离后，分别驱动四只 MOS 管，其中 VT1、VT4 驱动信号相同，VT2、VT3 驱 动信号相同。 为了保证系统的可靠性，在控制回路设置了保护线路，一旦出现过流，保护电路输出 二路信号，分别封锁 SG3525 的脉冲输出和与门的信号输出。 面板的左端为正、负给定。当钮子开关 S5 打向“±给定”，S4 打向“正给定”时， “24”端输出－15V，同时调节电位器 RP3，“23”可得到 0~12V 的正电压输出；当 S4 打 向“负给定”时，调节 RP4，“23”可得到 0~12V 的负电压输出。当钮子开关 S5 打向“0” 时，“23”端输出 0V，同时“24”端输出为 0V，封锁控制电路的工作。20 电力电子技术十．MCL―11 挂箱：MCL―11 挂箱分成两部分：正弦波逆变电源和单相交流调压。1．正弦波逆变电源正弦波逆变电源的功能是把直流电逆变成交流电。该实验电路框图如图 1―3。 由波形发生器产生一 50Hz、幅度可变的正弦波，送入 SG3525 中的第 9 端，和 3525 的第 5 脚（为锯齿波）比较后，输出经调制（调制频率约为 10kHz）的 SPWM 波形，经过 倒相器反相后，得到两路互为反相的 PWM 驱动信号，分别驱动功率场效应管 VT1、VT2， 使 VT1、VT2 交替导通，从而在高频变压器的副边得到一 SPWM 波形，经过 LC 滤波后， 得到一 50Hz 的正弦波，幅度可通过电位器 RP 进行改变。+15正弦波 发生器 RP9VT1 L15 13N11 N2 N12 C6 SG 12VT2图1-202．单相交流调压电路采用自关断器件的单相交流调压电路和采用传统的可控硅组成的调压电路相比，具有 功率因数高、电网污染少、波形畸变小等优点。其原理框图如图 1―21。 输入交流电压为 220V，经过同步变压器 T 后，分别形成两路互为倒相的方波，宽度为 180°，分别对应正弦波的正半周和负半周，由 3525 进行调制（调制频率约为 2.5kHz）后， 经过隔离及驱动电路，分别驱动两路功率场效应管。 工作过程为： 当输入交流电处于正半波时，经调解制的方波信号施加于 VT2 的栅极和源极，VT1 的 控制电压为 0V，交流电经 L、R、VT2、VD1 构成回路；21 电力电子技术当输入交流电处于负半周时， 方波信号加于 VT1、 VT2 控制电压为 0， 交流电经过 VT1、 VD2、R、L 构成回路，从而在 R 上得到一完整的经过调制的单相正弦波交流电，有效值通 过调节脉冲的占空比进行改变。L220VACYM FU RS T4 3 + 8 5 6VD1 VT1VD2 VT2C21调制、隔离及驱动722+图1-21 电力电子技术第2章现代电力电子芯片介绍集成模块驱动电路 EXB840目前较多使用 EXB 系列集成模块驱动 IGBT。它比分立元件的驱动电路有体积小，效 率高，可靠性高的优点。EXB840 是十六脚型封装块，各脚的功能如表 2―1 示。 内部结构简图如图 2－1（a）所示。图 2－1（b）为其典型应用电路。 表 2―1 EXB 系列各脚功能表 脚号 1 2 3 4 5 6 7，8 9 10，11 12，13，16 14 155 过流保护电路功能 说 明±Vc 的地；与 IGBT 的发射极相接 电源端，一般值为 20 伏 驱动输出，经栅极电阻 Rg 与 IGBT 相连 外接电容器，防止过电流保护环节误动作 内设的过电流保护电路输出端 经快速二极管连到 GIBT 集电极。监视集电极电平，作为过流信号之一。 可不接 电源地端 可不接 驱动信号输入（－） 驱动信号输入（＋）4 11 15 EXB840 15 2 OV 14 6 2 3 1 9 RGIGBT20V 0VAMP13 1 P 9（a）图（b）2-1 （a）EXB840驱动器内部结构图和（b）EXB840典型应用图23 电力电子技术EXB840 能驱动 75A，1200V 的 IGBT 管。加直流 20V 作为集成块工作电源。开关频 率在 40 千赫以下，整个驱动电路动作快，信号延时不超过 1.5 微秒。内部利用稳压二极管 产生－5V 的电压， 除供内部应用外， 也为外用提供负偏压。 集成块采用高速光耦输入隔离， 并有过流检测及过载慢速关栅等控制功能。VccSOI 5 4Vcc 6 15 AMP 14 PWM 信 号 EXB840 9 2 3 0 + 20V RG IGBT图2-2 有过流检测，保护及软关断功能的线路示意图图 2－2 为有过流检测输入和过流保护输出的一种典型应用。当 IGBT 出现过流时，脚 5 出现低电平，光耦 SOI 有输出，对 PWM 信号提供一个封锁信号，该信号使 PWM 驱动脉 冲输出转化成一系列窄脉冲， EXB840 实行软关断。 对 如图 2－3 所示， 此电路中具有记忆、 封锁保护功能外，还具有较强的抗干扰能力，在真正过流时（即信号持续 10μ s 以上）才 发生控制动作，关断 IGBT。Vcc Vcc Vcc S015 4VDVcc6 15AMP2 3 9+ 20V RG IGBT 014EXB840 PWM 信 号图2-3 具有记忆、封锁保护功能的线路示意图24 电力电子技术电流控制型脉宽调制器一般脉宽调制器是按反馈电压来调节脉宽的。所谓电流控制型脉宽调制器是按反馈电 流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感电流的信号与误差放大器输 出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于 结构上有电压环、电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬 态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型的控制器。一．UC3842 脉宽调制器的工作原理及方框图UC3842A 是高性能固定频率电流型控制器。它们用于脱机和 DC-DC 的变换器，为设 计人员提供了一种经济而所需外部元件又少的解决方案。这种集成电路的特点是有一个调 定的振荡器，用来精确地控制占空比。有一个经过温度补偿的基准电压，一个高增益误差 放大器、电流传感比较器和一个适用于驱动功率 MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体 管）的大电流推挽输出。Vcc地34V16V 2.5V降压器6YS/R REF内部偏 置负载 85V5V基准 50mART/CT 4 VFB COMP 电流测定+ E/A -振荡器 2R1VRS R内流测定 比较器 PWM锁存器输出 6图2-4 UC3842脉宽调制器方枢图它还具有一些保护功能，其中包括各有其滞后的输入和基准电压的欠电压锁定、逐个 周期的电流限制、可控制的输出死区时间和用来记录单脉冲的锁存器。 图 2－4 示出 UC3842 的内部方框图。由图可知，其引脚有 8 个，但一样可以使用内部 E／A 误差放大器构成电压闭歪，利用电流测定、电流测定比较器构成电流闭环。端 8 为内 部供外用（一般当参考电压）的基准电压 5V，带载能力 50mA。端 7 为集成块工作电源 VCC， 可以在 8~40V，端 4 接 RT、CT，确定锯齿波频率。端 5 为地。端 6 为推挽输出端，有拉、灌 电流的力。由于误差放大器控制着电感电流峰值（参见图 2－5），因此也是电流型脉冲宽 度调制器。25 电力电子技术二．UC3842 脉宽调制器优点兹列下面几点分述之： （1）电压调整率（抗电压波动能力）很好 利用这种型号的调制器很容易达到 0.0l%／V 的调整率。其原因是电压 VS 波动立即反 映在电感电流的变化。 不象其它方案要经过输出电压 V0 反馈到误差放大器的调节的复杂过 程。所以响应快，如果波动是持续的，电压反馈环也起作用，所以可以达到较高的线性调 整率精度。 （2）负载调整率改善明显 因为误差放大器 E／A 可专门用于控制占空比适应负载变化造成的输出电压变化，负 载调整率好。一般调制器在轻载时输出电压 V0 会有一定的升高，使用本调制器可明显的减 小。例如，从 100％的负载卸载 2／3 时，负载调整率只有 8％，卸载 1／3 时，负载调整率 只有 3％。 （3）误差放大器 E／A 补偿电路（1、2 端间 RC）简化，频响特性好，稳定幅度大。 由于电感电流是连续的，所以 RS（可参见图 2－35b）上所检测的电流峰值能代表平均 电流，整个电路可以当成一个误差电压控制的电流源。变换器的幅频特性由双极点变成单 极点，因此增益带宽乘积提高，稳定幅度大，频率响应特性改善。 （4）过流限制特性好 从 RS 测得的电流峰值信号快速参与当前工作周波的占空比控制， 因此是当前工作周波 的电流限制。事实上只要 RS 的电平达到 1V，电流测定比较器立即动作，输出端 6 立即使 导通管 Tr 关断。由于能精密地灵敏地限制输出最大电流，高频变压器功耗，晶体开关管的 功耗幅度都可以减小，因此，对整个开关电源成本、重量、体积都将有良好的影响。 （5）过压保护和欠压锁定功能 当工作电压 VCC 大于 34V 时稳压管稳压（参见图 2－34），使内部电路在小于 34V 下 可靠工作。 当欠压时有锁定电路。其开启阀值为 16V，关闭阀值为 10V。在 VS 小于 16V 时，整 个电路耗电 1mA。开启和关闭阀值有 6V 的回差，可有效地防止电路在阀值电压附近工作 时的跳动。由于开启阀值 16V，在 16V 以下只耗电很小因此降压电阻功耗很小。一般设置 自供电的感应绕组，当开关电源正常工作后，转由自供电给 1842，电流将升至 15mA。在 此之前可设置储能电容，推动建立电压。储能电容也就不用选得很大了。三．UC3842 脉宽调制器振荡器及输出端振荡器频率由 RT，CT 设定。4 端与 8 端之间接 RT；4 端与地（5 端）接 CT，8 是 Vref ＝5V，因此，5V 基准源经 RT 向 CT 电容充电。充、放电时间分别为 tc 和 td，频率 f026 电力电子技术f0 ?1 tc ? td当 RT＞5kΩ 时，td&&tc，忽略 td 则 f0 为：f0 ?1 1 1.8 ? ? t c 0.55R T ? CT R T CTUC3842 的输出级为图腾柱式电路，与 1525A 的一端完全相同。输出晶体管的平均电 流值为±200mA，最大峰值电流±1A。由于峰值电流自限，可以不要串入什么限流电阻。 使电路输出端关闭的方法有二： ①将 3 脚电压升高到 1V 以上； ②将 1 脚电压降低到 1V 以下。 上述两种情况都使电流测定比较器输出高电平，PWM 锁存器复位，关闭了输出端，直 至下一个时钟脉冲将 PWM 锁存器置位为止。 根据上述原理，可以控制 1、3 脚电平的变化，实现各种必要的保护，具体线路不作一 一介绍了。四．UC3842 脉宽调制器驱动电路驱动 MOS 管，双极型晶体管和直接式或隔离式都一样方便，可参考图 3－35（a）所示。 对 MOS 管来说工作频率可高达 500kHz，但一般建议用到 250kHz 较易获得稳定；而且 用来驱动双极型晶体管时，工作频率尚应降到 40kHz 以下。 图 2－35（b）示出构成开关电源的电路图。图中 R2、(C2＋C4)构成启动电路，在（C2 ＋C4）上电压超过 15V 时电路启支，然后由 NS2、D2、C4 构成的自馈电电路供电，启动电流 ＜1mA，正常工作电流 15mA 左右。高频变压器和晶体管开关均接有缓冲器 RCD 电路，用于 吸收尖峰电压，防止开关晶体管的损坏。RS 上电压控制了当前工作周波电流峰值。VCCS 电压 除是芯片工作电压外，也是电压闭环的信号电压。五．UC3842 脉宽调制器参数极限参数 参 总电源电流和齐纳电流 输出电流，源或吸人 输出能量（每周期容性负载） 电流传感和电压反馈输入 误差放大输出吸入电流 最大耗散功率@TA=25℃ 热阻结到大气 数 符 号 值 30 1.0 5.0 －0.3~＋5.5 10 862 145 单 位 （IOC＋IZ） IO W Vin IO PD Rθ JAmA A μ J V mA mW ℃/W27 电力电子技术工作结温 工作环境温度 存放温度范围12-36VTJ TA Tstg12-36V＋150 0~＋70 －65~＋150℃ ℃ ℃C 7 V CC OUT 6 1-5Ω R1 R2 100K 7 V CC OUT 6 1-5Ω R1 R2 R2 100K384238425 18-36V57 V CCOUT0.22μ F0.47μ F 15V3842 5 （a）C1R20.01 NPFR105+5V N S1 0-220K C4 V CC 20k 2 1 8 10K 4 RT/CT5 0.047 7 C2 0.01 C 6 R Tr BU380 C5 R5 0.85 D2 NS820P 2.5kCOMPOUT33.6k0.01(b)图2-5 用UC3842驱动开关电源构成开关电源的原理图28 电力电子技术电气特性（VCC＝15V，RT＝10k，CT＝3.3nF，TA＝Tlow 到 Thigh，除非另有规定） 特 基准部分 性 符 号 Vref Regline Regload TS 超过线性，负载和温度的总输出值 输出噪声电压（f=10Hz~10kHz,TJ=25℃） 长期稳定性（TA＝125℃~1000Hours） 输出短路电流 振荡器部分 频率 TJ＝＋25 ℃ TA=Tlow~Thigh 频率随电压改变值（VCC＝12V~25V） 频率随温度的变化 TA＝Tlow~ Thigh 振荡器电压摆幅（峰~峰） 放电电流（VOSC＝2.0V） TJ＝＋25 ℃ TA=Tlow~Thigh 误差放大器部分 电压反馈输入（VO＝2.5V） 输入偏置电流（VFB＝2.7V） 开环电压增益（VO＝2.0V~4.0V） 单位增益带宽（TJ＝＋25℃） 电源电压抑制率（VCC＝12V~25V） 输出电流 吸入（VO＝1.1V，VFB＝2.7V） 源（VO＝5.0V，VFB＝2.3V） 输出电压摆幅 高态（RL＝15k，VFB＝2.3V） 低态（RL＝15k~Vref，VFB＝2.7V） VOH VOL 5.0 － 6.2 0.8 － 1.129最小 4.9 － － － 4.82 － － －30典型 5.0 2.0 3.0 0.2 － 50 0.5 －85最大 5.1 20 25 － 5.18 － － －180单位 V mV mV mV/ ℃ V μ V mV mA kHz基准输出电压（IO＝1.0mA,TJ＝25℃） 线路调整（VCC＝12V~25V） 负载调整（IO＝1.0mA~20mA） 热稳定性Vref Vn S ISCfosc Δ fosc/Δ V Δ fosc/Δ T Vosc Idischg47 46 － － － 7.5 7.252 － 0.2 5.0 1.6 8.4 － 2.5 －0.1 90 1.0 70 12 －1.057 60 1.0 － － 9.3 9.5 2.55 －1.0 － － － － － V V μ A dB MHz dB mA ％ ％ V mAVFB IIB AVOL BW PSRR ISink ISource2.45 － 65 0.7 60 2.0 －0.5 电力电子技术电流传感部分 电流传感输入电压增益（注 4.5） 最大电流传感输入门限 电源抑制率 VCC＝12~25V 输入偏置电流 传输延迟（电流传感输入到输出） 输出部分 输出电压 低态（ISink=20mA） （ISink=200mA） 高态（ISink=20mA） （ISink=200mA） 带有源欠压锁定的输出电压 VCC＝6.0V, ISink=1.0mA 输出电压升起时间（CL=1.0nF, TJ=25℃） 输出电压下降时间（CL=1.0nF, TJ=25℃） 欠电压锁定部分 起动门限 开机后最大工作电压 PWM（脉宽调制）部分 占空比 最大 最小 DCmax DCmin 94 － 96 － － 0 VOL（UVLO）AV Vth PSRR IIB tPLH(in/out)2.85 0.9 － － －3.0 1.0 70 －2.0 1503.15 1.1 － －10 300V/V V dB μ A ns V－ VOL VOH － 13 12 － － － 15 9.00.1 1.6 13.5 13.4 0.1 50 50 16 100.4 2.2 － － 1.1 150 150 17 11V ns ns V V ％tr tr Vth VCC(min)30 电力电子技术移相控制芯片 UC3875UC3875 是美国 Unitrode 公司针对移相控制方案推出的 PWM 控制芯片， 适用于全桥变 换器中驱动四个开关管，四个输出均为图腾柱式结构，可以直接驱动 MOSFET 或经过驱动 电路放大，驱动大功率 MOSFET 或 IGBT。 UC3875 主要包括以下九个方面的功能：工作电源、基准电源、振荡器、锯齿波、误 差放大器和软起动、移相控制信号发生电路、过流保护、死区时间设置、输出级。其内部 机构框图如图 2-6 所示。 1．工作电源 UC3875 的工作电源分为两个：VIN(pin11)和 VC(pin10)，其中 VIN 是供给内部逻辑电路 用，它对应与信号地 GND(pin20)；VC 供给输出级用，它对应于电源地 PWR GND(pin12)。 这两个工作电源应分别外接有相应的高频滤波电容，而且 GND 和 PWR GND 应该相联于 一点以减小噪声干扰和减少直流压降。 VIN 设有欠压锁定输出功能（Under-Voltage Lock-Out，简称 UVLO），当 VIN 的电压低 于 UVLO 门槛电压时，输出级信号全部为低电平，当 VIN 高于 UVLO 门槛电压时，输出级 才会开启，UC3875 的 UVLO 门槛电压为 10.75V。一般而言，VIN 最好高于 12V，这样能 保证芯片更好地工作。VC 一般在 3V 以上时就能正常工作，在 12V 以上工作性能会更好。 因此一般可以把 VIN 和 VC 接到同一个 12V 的电源上。 2．基准电源 UC3875 在 1 脚提供一个 5V 的精密基准电源 VREF，它可以为外部电路提供大约 60mA 的电流，内部设有短路保护电路。同时，VREF 也有 UVLO 功能，只有当 VREF 达到 4.75V 时，芯片才能正常工作。 3．振荡器 芯片内有一个高速振荡器， 在频率设置脚 FREQ SET(pin16)与信号地 GND 之间接一个 电容和一个电阻可以设置振荡频率，从而设置输出级的开关频率。 4．锯齿波 斜率设置脚 SLOPE(pin18)与某一个电源 VX 之间接一个电阻 RSLOPE ，为锯齿波脚 RAMP(pin19)提供一个电流为 VX /RSLOPE 的恒流源。 RAMP 与信号地 GND 之间接一个电 在 容 CRAMP，就决定了锯齿波的斜率 dv／dt=VX／RSLOPE ? RAMP，选定 RSLOPE 和 CRAMP，就决 C 定了锯齿波的幅值。一般在电压型调节方式中，VX 直接接 1 脚的 5V 基准电压。 RAMP 是 PWM 比较器的一个输入端，PWM 比较器的另一端是误差放大器的输出端。 在 RAMP 和 PWM 比较器的输入端之间有一个 1.3V 的偏置， 因此适当地选择 RSLOPE 和 CRAMP 的值，就可使误差放大器的输出电压不能超过锯齿波的幅值，从而实现最大占空比限制。 5．误差放大器和软起动31 电力电子技术误差放大器实际上是一个运算放大器，在电压型调节方式中，其同相端 E/A+(pin4)一 般接基准电压，反相端 E/A-(pin3)一般接输出反馈电压，反相端 E/A-与输出端 E/A OUT(COMP)(pin2)之间接一个补偿网络，E/A OUT 接到 PWM 比较器的一端。 软起动功能脚 SOFT-START(pin6)与信号地 GND 之间接一个电容 CSS， SOFT-START 当 正常工作时，芯片内有一个 9μA 的恒流源给 CSS 充电，SOFT-START 的电压线性升高，最 后达到 4.8V。SOFT-START 在芯片内与误差放大器的输出相接，当误差放大器的输出电压 高于 SOFT-START 的电压时，误差放大器的输出电压被箝在 SOFT-START 的电压值。因 此 SOFT-START 工作时，输出级的移相角从 0?逐渐增加，使全桥变换器的脉宽从 0 开始 慢慢增大，直到稳定工作，这样可以减小主功率开关管的开机冲击。当 VIN 低于 UVLO 门 槛电压时，或电流检测端 C/S+(pin5)电压高于 2.5V 时，SOFT-START 的电压被拉到 0V。 当上述两种情况均不存在时，SOFT-START 恢复正常工作。 6．移相控制信号发生电路 移相控制信号发生电路是 UC3875 的核心部分。振荡器产生的时钟信号经过 D 触发器 (Toggle FF)2 分频后，从 D 触发器的“Q”和“Q”得到两个 180°互补的方波信号。这两 个方波信号从 OUTA 和 OUTB 输出， 延时电路为这两个方波信号设置死区。 OUTA 和 OUTB 与振荡时钟信号同步。 PWM 比较器将锯齿波和误差放大器的信号比较后，输出一个方波信号，这个信号与 时钟信号经过“或非门”后送到 RS 触发器，RS 触发器的输出“Q”和 D 触发器的“Q” 运算后，得到两个 180°互补的方波信号。这两个方波信号从 OUTC 和 OUTD 输出，延时 电路为这两个方波信号设置死区。OUTC 和 OUTD 分别领先于 OUTB 和 OUTA，之间相差 一个移相角，移相角的大小决定于误差放大器的输出与锯齿波的交截点。 7．过流保护 在芯片内有一个电流比较器，其同相端接电流检测端 C/S+(pin5)，反相端在内部接一 个 2.5V 电压。 C/S+电压超过 2.5V 时， 当 电流比较器输出高电平， 使输出级全部为低电平， 同时，将软起动脚的电压拉到 0V。当 C/S+电压低于 2.5V 后，电流比较器输出低电平，软 起动电路工作，输出级的移相角从 0°慢慢增大。实际上，也可以把 C/S+用作一个故障保 护电路，例如输出过压、输出欠压、输入过压、输入欠压等。当这些故障发生时，通过一 定的电路转换成高于 2.5V 的电压，接到 C/S+端，就可以对电路实现保护了。 8．死区时间设置 为了防止同一桥臂的两个开关管同时导通，同时给开关管提供软开关的时间，两个开 关管的驱动信号之间应该设置一个死区时间。芯片为用户提供了两个脚：A-B 死区设置脚 DELAY SET A-B(pin15)和 C-D 死区设置脚 DELAY SET C-D(pin7)。 在死区设置脚与信号地 GND 之间并接一个电阻和一个电容，就可以分别为两对互补的输出信号 A-B，C-D 设置死 区时间。选择不同的电阻和电容，就可以设置不同的死区时间。32 电力电子技术9．输出级 UC3875 最终的输出就是四个驱动信号：OUTA(pin14)，OUTB(pin13)，OUTC(pin9)和 OUTD(pin8)，他们用于驱动全桥变换器的四个开关管。这四个输出均为图腾柱(totem-pole) 驱动方式，都可以提供 2A 的驱动峰值电流，因此他们可以直接用于驱动 MOSFET 或经过 隔离变压器来驱动 MOSFET。FREQ 16 高速振荡器 SET CLOCK 17 SYNC 18 斜坡发生器 SLOPE 和补偿电路 RAMP E/A OUT (COMP) E/AE/A+ 19 2 3 4误差 放大器D SQ Q触发器≥1时延电路A10 14Vcc OUTA时延电路B≥112 PWR GND 13 15 OUTB DELAY SET A-B OUTC1.3VPWM 比较器≥1S R Q=1 ≥1时延电路C≥19PWM 触发器时延电路D≥11VVcc 9uA8OUTD DELAY SET C-D7SOFTSTART C/S+6 5过流和 软起动11 300uA 5V内部偏置 基准电压Vin2.5V 电流故障比较器10.75/9.25V1 20&4.8VVref GND图 2-6 UC3875 内部原理框 图33 电力电子技术第3章一．简介SG3525A 脉宽调制器控制电路SG3525A 系列脉宽调制器控制电路可以改进为各种类型的开关电源的控制性能和使用 较少的外部零件。在芯片上的 5.1V 基准电压调定在±1％，误差放大器有一个输入共模电 压范围。它包括基准电压，这样就不需要外接的分压电阻器了。一个到振荡器的同步输入 可以使多个单元成为从电路或一个单元和外部系统时钟同步。 CT 和放电脚之间用单个电 在 阻器连接即可对死区时间进行大范围的编程。在这些器件内部还有软起动电路，它只需要 一个外部的定时电容器。一只断路脚同时控制软起动电路和输出级。只要用脉冲关断，通 过 PWM（脉宽调制）锁存器瞬时切断和具有较长关断命令的软起动再循环。当 VCC 低于 标称值时欠电压锁定禁止输出和改变软起动电容器。输出级是推挽式的可以提供超过 200mA 的源和漏电流。SG3525A 系列的 NOR（或非）逻辑在断开状态时输出为低。 ?工作范围为 8.0V 到 35V ?5.1V±1.0％调定的基准电压 ?100Hz 到 400KHz 振荡器频率 ?分立的振荡器同步脚二．SG3525A 内部结构和工作特性（1）基准电压调整器 基准电压调整器是输出为 5.1V，50mA，有短路电流保护的电压调整器。它供电给所 有内部电路，同时又可作为外部基准参考电压。若输入电压低于 6V 时，可把 15、16 脚短 接，这时 5V 电压调整器不起作用。 （2）振荡器 3525A 的振荡器，除 CT、RT 端外，增加了放电 7、同步端 3。RT 阻值决定了内部恒流值 对 CT 充电，CT 的放电则由 5、7 端之间外接的电阻值 RD 决定。把充电和放电回路分开，有 利于通过 RD 来调节死区的时间，因此是重大改进。这时 3525A 的振荡频率可表为：fS ?1 CT (0.7R T ? 3R D )（3.1）在 3525A 中增加了同步端 3 专为外同步用，为多个 3525A 的联用提供了方便。同步脉 冲的频率应比振荡频率 fS 要低一些。34 电力电子技术15 12 3 6 5 7 9 1 2 8 10Vs 地 同步 RT CT 放电16 基 准 调整器 欠压锁定+ +SG1525A R 输 出 A 输 出 B13 11振荡器 4 振荡器 输 出 +比较器 - Vref 50μ Α触发器14补偿 - 误差 放大S S+输 出 A13 11PWM锁存器+ 器 软起动 关闭 5K+SG1527A 输 出 B145K图3-1(3)误差放大器 误差放大器是差动输入的放大器。它的增益标称值为 80dB，其大小由反馈或输出负载决 定，输出负载可以是纯电阻，也可以是电阻性元件和电容的元件组合。该放大器共模输入 电压范围在 1.8~3.4V， 需要将基准电压分压送至误差放大器 1 脚 （正电压输出） 2 脚 或 （负 电阻输出）。 3524 的误差放大器、电流控制器和关闭控制三个信号共用一个反相输入端，3525A 改为 增加一个反相输入端，误差放大器与关闭电路各自送至比较器的反相端。这样避免了彼此 相互影响。有利于误差放大器和补偿网络工作精度的提高。 (4)闭锁控制端 10 利用外部电路控制 10 脚电位，当 10 脚有高电平时，可关闭误差放大器的输出，因此， 可作为软起动和过电压保护等。 (5)有软起动电路 比较器的反相端即软起动控制端 8，端 8 可外接软起动电容。该电容由内部 Vref 的 50 μ A 恒流源充电。达到 2.5V 所经的时间为 t ? (6)增加 PWM 锁存器使关闭作用更可靠 比较器（脉冲宽度调制）输出送到 PWM 锁存器。锁存器由关闭电路置位，由振荡器输 出时间脉冲复位。这样，当关闭电路动作，即使过流信号立即消失，锁存器也可维持一个352.5V ? C8 。点空比由小到大（50％）变化。 50?A 电力电子技术周期的关闭控制，直到下一周期时钟信号使倘存器复位为止。 另外，由于 PWM 锁存器对比较器来的置位信号锁存，将误差放大器上的噪音、振铃及 系统所有的跳动和振荡信号消除了。只有在下一个时钟周期才能重新置位，有利于可靠性 提高。 (7)增设欠压锁定电路 电路主要作用是当 IC 块输入电压小于 8V 时，集成块内部电路锁定，停止工作（其准 源及必要电路除外），使之消耗电流降到很小（约 2mA）。 (8)输出级 由两个中功率 NPN 管构成，每管有抗饱和电路和过流保护电路，每组可输出 100mA。组 间是相互隔离的。电路结构改为确保其输出电平或者是高电平或者是低电平的一个电平状 态中。为了能适应驱动快速的场效应功率管的需要，末级采用推拉式电路，使关断速度更 快。 11 端（或 14 端）的拉电流和灌电流，达 100mA。在状态转换中，由于存在开闭滞后，使 流出和吸收间出现重迭导通。在重迭处有一个电流尖脉冲，其持续时间约 100ns。使用时 VC 接一个 0.1μ f 电容可以滤去尖峰。 另一个不足处是吸电流时，如负载电流达到 50mA 以上时，管饱和压降较高（约 1V）。三．IC 芯片的工作直流电源 VS 从 15 号脚引入分两路： 一路加到或非门； 另一路送到基准电压稳压器的输 入端，产生稳定的＋5.1V 基准电压，＋5.1V 再送到内部（或外部）电路的其它元件作为电 源。振荡器 5 号脚需外接电容 Cr,6 号脚需外接电阻 Rr。选用不同的 Cr、Rr，即可调节振荡 器的频率。振荡器的输出分为两路：一路以时钟脉冲形式送至双稳态触发器及二个或非门； 另一路以锯齿波形式送至比较器的同相端。比较器的反相端连向误差放大器。误差放大器 实际上是个差分放大器，它有两个输入端：1 号脚为反相输入端；2 号脚为同相输入端，这 两个输入端可根据应用需要连接。 例如， 一端可连到开关电源输出电压 V0 的取样电路上 （取 样信号电压约 2.5V），另一端连到 16 号脚的分压电路上（应取得 2.5V 的电压），误差放 大器输出 9 号脚与地之间可接上电阻与电容，以进行频率补偿。误差放大器的输出与锯齿 波电压在比较器中进行比较，从而在比较器的输出端出现一个随误差放大器输出电压的高 低而改变宽度的方波脉冲，再将此方波脉冲送到或非门的一个输入端。或非门另二输入端 分别为触发器、振荡锯齿波。最后，在晶体管 A 和 B 上分别出现脉冲宽度随 V0 变化而变化 的脉冲波，但两者相位相差 180°。四．1525A 的参数极限参数36 电力电子技术参 电源电压 集电极供电电压 逻辑输入 模拟输入 输出电流源或吸人 基准输出电流 振荡器充电电流数符 VCC VC － － IO Iref － PD Rθ JA Rθ JC TJ号值 ＋40 ＋40 －0.3~＋5.5 －0.3~VCC ±500 50 5.0
＋150 －65~＋150 －55~＋125 ＋300 最 小 ＋8.0 +4.5 0 0 0 0.1 2.0 0.001 0 0 最 大单 Vdc Vdc V V mA mA mA mW位耗散功率（塑料和陶瓷封装） 热阻结到大气（塑料和陶瓷封装） 热阻结到外壳（塑料和陶瓷封装） 工作结温 存放温度范围陶瓷封装 塑料封装 引线温度（焊接 10 秒） 推荐的工作条件 特 电源电压 集电极电压 输出吸入／源电流 （待机态） （峰值） 基准负载电流 振荡器频率范围 振荡器定时电阻 振荡器定时电容 去磁电阻范围 工作环境温度范围特 性℃/W ℃/W ℃ ℃ ℃ 单 位 Vdc Vdc mA mA kHz kΩ μ F Ω ℃最 大 单 位Tstg TSolder 符 号性VCC VC IO Iref fOSC RT CT RD TA符 号+35 +35 ±100 ±400 20 400 150 0.2 500 ＋70电气特性（VCC=+20Vdc，TA=T10W 到 Thigh，除非另有规定）最 小 典 型振基准部分 基准输出电压（TJ=＋25℃） 线路调整（＋8.0V≤VCC≤＋35V） 负载调整（0mA≤IL≤20mA） 温度稳定性 总输出值，包括线性，负载和过温 Vref Regline Regload Δ Vref/Δ T Δ Vref 5.00 － － － 4.95 5.10 10 20 50 － 5.20 20 50 － 5.25 Vdc mV mV mV Vdc37 电力电子技术短路电流（Vref=0V，TJ=+25 C） 输出噪声电压(10Hz≤f≤10kHz，TJ=+25 C) 长期稳定性（TJ=+125 C） 振荡器部分 初始精度（TJ=+25 C） 随电压的频率稳定性 （＋8.0V≤VCC≤+35V） 随温度的频率稳定性 最小频率（RT＝150kΩ ，CT=0.2μ F） 最大频率（RT＝2.0kΩ ，CT=1.0μ F） 电流镜象（IRT＝2.0mA） 时钟幅度 时钟宽度（TJ＝＋25℃） 同步门限 同步输入电流（同步电压＝＋3.5V） 误差放大器部分（VCM＝＋5.1V） 输入失调电压 输入偏置电流 输入失调电流 直流开环增益（RL≥10MΩ ） 低电平输出电压 高电平输出电压 共模抑制比（＋1.5V≤VCM≤＋5.2V） 电源抑制率（＋8.0V≤VCC≤＋35V） PWM 比较器部分 最小占空比 最大占空比 输入门限，零占空比（注 6） 输入门限，最大占空比（注 6） 输入偏置电流 软起动部分 软起动电流（Vshutdown=0V） 软起动电压（Vshutdown=2.0V） 关断输入电流（Vshutdown=2.5V） 输出驱动器（每个输出，VCC＝＋20V） 输出低电平38o o ooISC Vn Vn －－ － － － － － － 400 1.7 3.0 0.3 1.2 － － － － 60 － 3.8 60 50 － 45 0.6 － － 25 － － － － 49 0.9 3.380 40 20 ±2.0 ±1.0 ±0.3 50 － 2.0 3.5 0.5 2.0 1.0 2.0 1.0 － 75 0.2 5.6 75 60100 200 50 ±6.0 ±2.0 － － － 2.2 － 1.0 2.8 2.5 10 10 1.0 － 0.5 － － － 0 － － 3.6 1.0 80 0.6 1.0 0.4mA μ Vrms mV/khr ％ ％ ％ Hz kHz mA V μ s V mV mV μ A μ A dB V V dB dB % % V V μ A μ A mA mA V?f OSC ?VCC? ?f OSC ?Tfmin fmax － － － － － VIO IIB IIO AVOL VOL VOH CMRR PSRR DCmin DCmax VTH VTH IIB － － － VOL0.05 50 0.4 0.4 0.2 电力电子技术（Isink=20mA） （Isink=100mA） 输出高电平 （Isource=20mA） （Isource=100mA） 欠压锁定（V8~V9=High） 集电极泄放大电流，VC=+35V 升起时间（CL=1.0nF，TJ=25℃） 下降时间（CL=1.0nF，TJ=25℃） 关断延迟（VDS＝3.0V，CS＝0） 电源电流（VCC＝＋35V） VUL IC（leak） tr tf tds IOC VOH－1.02.018 17 6.0 － － － － －19 18 7.0 － 100 50 0.2 14－ － 8.0 200 600 300 0.5 20V μ A ns ns ns μ s mA39 电力电子技术第4章 电力电子技术(半控型器件)实验一 单结晶体管触发电路及单相半波可控整流电路实验一．实验目的1．熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及各元件的作用。 2．掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。 3．对单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感负载时工作情况作全面分析。 4．了解续流二极管的作用。二．实验内容1．单结晶体管触发电路的调试。 2．单结晶体管触发电路各点波形的观察。 3．单相半波整流电路带电阻性负载时特性的测定。 4．单相半波整流电路带电阻―电感性负载时，续流二极管作用的观察。三．实验线路及原理将单结晶体管触发电路的输出端“G”“K”端接至晶闸管 VT1 的门阴极，即可构成 如图 4-1 所示的实验线路。四．实验设备及仪器1．MCL 系列教学实验台主控制屏 2．MCL―18 组件（适合 MCL―Ⅱ）或 MCL―31 组件（适合 MCL―Ⅲ） 3．MCL―33（A）组件或 MCL―53 组件（适合 MCL―Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ） 4．MCL―05 组件或 MCL―05A 组件 5．MEL―03 三相可调电阻器或自配滑线变阻器 6．二踪示波器 7．万用表五．注意事项40 电力电子技术1．双踪示波器有两个探头，可以同时测量两个信号，但这两个探头的地线都与示波器 的外壳相连接，所以两个探头的地线不能同时接在某一电路的不同两点上，否则将使这两 点通过示波器发生电气短路。为此，在实验中可将其中一根探头的地线取下或外包以绝缘， 只使用其中一根地线。当需要同时观察两个信号时，必须在电路上找到这两个被测信号的 公共点，将探头的地线接上，两个探头各接至信号处，即能在示波器上同时观察到两个信 号，而不致发生意外。 2．为保护整流元件不受损坏，需注意实验步骤： （1）在主电路不接通电源时，调试触发电路，使之正常工作。 （2）在控制电压 Uct=0 时，接通主电路电源，然后逐渐加大 Uct，使整流电路投入工 作。 （3）正确选择负载电阻或电感，须注意防止过流。在不能确定的情况下，尽可能选择 较大的电阻或电感，然后根据电流值来调整。 （4）晶闸管具有一定的维持电流 IH，只有流过晶闸管的电流大于 IH，晶闸管才可靠导 通。实验中，若负载电流太小，可能出现晶闸管时通时断，所以实验中，应保持负载电流 不小于 100mA。 （5）本实验中，因用 MCL―05 组件中单结晶触发电路控制晶闸管，注意须断开 MCL ―33（MCL―53 组件)的内部触发脉冲。六．实验方法1．单结晶体管触发电路调试及各点波形的观察将 MCL―05（或 MCL―05A，以下均同）面板左上角的同步电压输入接 MCL―18 的 U、V 输出端（如您选购的产品为 MCL―Ⅲ、Ⅴ，则同步电压输入直接与主控制屏的 U、 V 输出端相连），“触发电路选择”拨至“单结晶”。按照实验接线图正确接线，但由单 结晶体管触发电路连至晶闸管 VT1 的脉冲 UGK 不接（将 MCL―05 面板中 G、K 接线端悬 空），而将触发电路“2”端与脉冲输出“K”端相连，以便观察脉冲的移相范围。 三相调压器逆时针调到底，合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，这 时候主控制屏 U、 W 端有电压输出， V、 大小通过三相调压器调节。 本实验中， 调节 Uuv=220V， 这时候 MCL―05 内部的同步变压器原边接有 220V，原边输出分别为 60V（单结晶触发电 路）、30V（正弦波触发电路）、7V（锯齿波触发电路），通过直键开关选择。 注：如您选购的产品为 MCL―Ⅲ、Ⅴ，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同 合上 MCL―05 面板的右下角船形开关，用示波器观察触发电路单相半波整流输出 （“1”），梯形电压（“3”），锯齿波电压（“4”）及单结晶体管输出电压（“5”、 “6”）和脉冲输出（“G”、“K”）等波形。 调节移相可调电位器 RP，观察输出脉冲的移相范围能否在 30°～180°范围内移。41 电力电子技术注：由于在以上操作中，脉冲输出未接晶闸管的控制极和阴极，所以在用示波器观察 触发电路各点波形时，特别是观察脉冲的移相范围时，可用导线把触发电路的地端（“2”） 和脉冲输出“K”端相连。但一旦脉冲输出接至晶闸管，则不可把触发电路和脉冲输出相 连，否则造成短路事故，烧毁触发电路。 采用正弦波触发电路、锯齿波触发电路或其它触发电路，同样需要注意，谨慎操作。2．单相半波可控整流电路带电阻性负载断开触发电路“2”端与脉冲输出“K”端的连接，“G”、“K”分别接至 MCL―33 （或 MCL―53）的 VT1 晶闸管的控制极和阴极，注意不可接错。负载 Rd 接可调电阻（可 把 MEL―03 的 900Ω 电阻盘并联，即最大电阻为 450Ω ，电流达 0.8A），并调至阻值最大。 合上主电源，调节主控制屏输出电压至 Uuv=220V，调节脉冲移相电位器 RP，分别用 示波器观察?=30°、60°、90°、120°时负载电压 Ud，晶闸管 VT1 的阳极、阴极电压波 形 UVt。并测定 Ud 及电源电压 U2，验证U d ? 0.45U 2 1?cos? 2α U2,ud Ud U2 30° 60° 90° 120°3．单相半波可控整流电路带电阻―电感性负载，无续流二极管串入平波电抗器，在不同阻抗角（改变 Rd 数值）情况下，观察并记录?=30O、60O、 90O、120O 时的 Ud、id 及 Uvt 的波形。注意调节 Rd 时，需要监视负载电流，防止电流超过 Rd 允许的最大电流及晶闸管允许的额定电流。4．单相半波可控整流电路带电阻，电感性负载，有续流二极管。接入续流二极管，重复“3”的实验步骤。七．实验内容1．画出触发电路在α =90°时的各点波形。 2．画出电阻性负载，α =90°时，Ud=f（t），Uvt=f（t），id=f（t）波形。 3．分别画出电阻、电感性负载，当电阻较大和较小时，Ud=f（t）、UVT=f（t），id=f（t）的波形（α =90°）。4．画出电阻性负载时 Ud/U2=f（a）曲线，并与 U d ? 0.45 2 U 5．分析续流二极管的作用。1?cos? 2进行比较。八．思考1．本实验中能否用双踪示波器同时观察触发电路与整流电路的波形？为什么？42 电力电子技术2．为何要观察触发电路第一个输出脉冲的位置？ 3．本实验电路中如何考虑触发电路与整流电路的同步问题？43 44RP 4 3MCL 05(MCL 05A)单结晶体管触发电路同步电压输入1~220VGRP 5 6触发电路选择KMCL 33直流电流表， 量程为5A单结管正弦波锯齿波2AMCL 18VT1VT3VT5FBC+FA(电流反馈及过流过压保护) L1 UVT4VT6VT2U过流 过压6.0 6.0续流二极管， 位于MCL 33I平波电抗器，位 于MCL 33上， L VD1 可选L=700mH或 根据需要L2RP1 SB1 SB28.0TA1V WTA2TA3主V 控 制W 屏 输 出IZ If8.0L3Rd控制和检测单元及过流过压保护MCL III 、V无MCL 18 组件，三 相电压不可调负载电阻，可选用 MEL-03(900 欧 并联)或自配，要求最大电流大 于0.8A电力电子技术图4-1 电力电子技术实验二正弦波同步移相触发电路实验一．实验目的1．熟悉正弦波同步触发电路的工作原理及各元件的作用。 2．掌握正弦波同步触发电路的调试步骤和方法。二．实验内容1．正弦波同步触发电路的调试。 2．正弦波同步触发电路各点波形的观察。三．实验线路及原理电路分脉冲形成，同步移相，脉冲放大等环节，具体工作原理可参见“电力电子技术” 有关教材。四．实验设备及仪器1．MCL 系列教学实验台主控制屏 2．MCL―18 组件（适合 MCL―Ⅱ）或 MCL―31 组件（适合 MCL―Ⅲ） 3．MCL―05 组件 4．二踪示波器 5．万用表MCL 18 MCL 05五．实验方法1．将 MCL―05 面板上左上角的同 步电压输入端接 MCL―18 的 U、 端 V （如 您选购的产品为 MCL―Ⅲ、Ⅴ，则同步 电压输入直接与主控制屏的 U、V 输出 端相连），将“触发电路选择”拨至“正 弦波”位置。 2．三相调压器逆时针调到底，合上 主电路电源开关，调节主控制屏输出电 压 Uuv=220v，并打开 MCL―05 面板右 下角的电源开关。用示波器观察各观察UgMCL III、V无MCL 18，以MCL 31代替45 电力电子技术孔的电压波形，测量触发电路输出脉冲的幅度和宽度，示波器的地线接于“8”端。 注：如您选购的产品为 MCL―Ⅲ、Ⅴ，无三相调压器，直接合上主电源。 3．确定脉冲的初始相位。当 Uct=0 时，要求?接近于 180O。调节 Ub（调 RP）使 U3 波形与图 4-3b 中的 U1 波形相同，这时正好有脉冲输出，?接近 180O。 4．保持 Ub 不变，调节 MCL-18 的给定电位器 RP1，逐渐增大 Uct，用示波器观察 U1 及输出脉冲 UGK 的波形，注意 Uct 增加时脉冲的移动情况，并估计移相范围。 5．调节 Uct 使?=60O，观察并记录面板上观察孔“1”~“7”及输出脉冲电压波形。U1 0.7V U1 ωt(a)ωt Ug(b)接近 180° ωt（a）?＜180O 图 4-3（b）?接近 180O 初始相位的确定六．实验报告1．画出?=60O 时，观察孔“1”~“7”及输出脉冲电压波形。 2．指出 Uct 增加时，?应如何变化？移相范围大约等于多少度？指出同步电压的那一 段为脉冲移相范围。七．注意事项参照实验一的注意事项。46 电力电子技术实验三锯齿波同步移相触发电路实验一．实验目的1．加深理解锯齿波同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用。 2．掌握锯齿波同步触发电路的调试方法。二．实验内容1．锯齿波同步触发电路的调试。 2．锯齿波同步触发电路各点波形观察，分析。三．实验线路及原理锯齿波同步移相触发电路主要由脉冲形成和放大，锯齿波形成，同步移相等环节组成， 其工作原理可参见“电力电子技术”有关教材。四．实验设备及仪器1．MCL 系列教学实验台主控制屏 2．MCL―18 组件（适合 MCL―Ⅱ)或 MCL―31 组件（适合 MCL―Ⅲ） 3．MCL―05 组件 4．双踪示波器 5．万用表五．实验方法1． MCL-05 面板上左上角的同 将 步电压输入接 MCL―18 的 U、V 端 （如您选购的产品为 MCL―Ⅲ、Ⅴ， 则同步电压输入直接与主控制屏的 U、V 输出端相连），“触发电路选 择”拨向“锯齿波”。 2． 三相调压器逆时针调到底， 合 上主电路电源开关，调节主控制屏输 出电压 Uuv=220v，并打开 MCL―05 面板右下角的电源开关。用示波器观MCL 18UgMCL 0547 电力电子技术察各观察孔的电压波形，示波器的地线接于“7”端。注：如您选购的产品为 MCL―Ⅲ、Ⅴ， 无三相调压器，直接合上主电源。以下均同 同时观察“1”、“2”孔的波形，了解锯齿波宽度和“1”点波形的关系。 观察“3”~“5”孔波形及输出电压 UG1K1 的波形，调整电位器 RP1，使“3”的锯齿 波刚出现平顶，记下各波形的幅值与宽度，比较“3”孔电压 U3 与 U5 的对应关系。 3．调节脉冲移相范围 将 MCL―18 的“G”输出电压调至 0V，即将控制电压 Uct 调至零，用示波器观察 U2 电压（即“2”孔）及 U5 的波形，调节偏移电压 Ub（即调 RP），使?=180O，其波形如图 4-4 所示。 调节 MCL―18 的给定电位器 RP1，增加 Uct，观察脉冲的移动情况，要求 Uct=0 时， ?=180O，Uct=Umax 时，?=30O，以满足移相范围?=30O~180O 的要求。 4．调节 Uct，使?=60O，观察并记录 U1~U5 及输出脉冲电压 UG1K1，UG2K2 的波形，并 标出其幅值与宽度。 用导线连接“K1”和“K3”端，用双踪示波器观察 UG1K1 和 UG3K3 的波形，调节电位 器 RP3，使 UG1K1 和 UG3K3 间隔 1800。六．实验报告1．整理，描绘实验中记录的各点波形，并标出幅值与宽度。 2．总结锯齿波同步触发电路移相范围的调试方法，移相范围的大小与哪些参数有关？ 3．如果要求 Uct=0 时，?=90O，应如何调整？ 4．讨论分析其它实验现象。U1360° ωtU5180° 30°ωt图 4-4 脉冲移相范围七．注意事项参见实验一的注意事项。48 电力电子技术实验四一．实验目的单相桥式半控整流电路实验1． 研究单相桥式半控整流电路在电阻负载， 电阻―电感性负载及反电势负载时的工作。 2．熟悉 MCL―05 组件锯齿波触发电路的工作。 3．进一步掌握双踪示波器在电力电子线路实验中的使用特点与方法。二．实验线路及原理见图 4-6。三．实验内容1．单相桥式半控整流电路供电给电阻性负载。 2．单相桥式半控整流电路供电给电阻―电感性负载（带续流二极管）。 3．单相桥式半控整流电路供电给反电}
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