现代电力电子技术

PowerElectronics河海大学常州校区计信学院电气系电力电子技术E-mail:[e-mail]现代电力电子技术现代电力电子技术戴卫力戴卫力Ph.DPh.DPowerElectronics河海大学常州校区计信学院电气系电力电子技术E-mail:[e-mail]¾¾隔离式直隔离式直--直变换器直变换器¾¾谐振变换器谐振变换器¾¾单相无源逆变器单相无源逆变器¾¾缓冲器缓冲器¾¾磁性元件磁性元件¾¾滤波器滤波器PowerElectronics河海大学常州校区计信学院电气系电力电子技术E-mail:[e-mail]参考书目参考书目[1][1]赵修科，磁性元器件分册，辽宁科学技术出版社。赵修科，磁性元器件分册，辽宁科学技术出版社。[2]Abraham[2]AbrahamI.PressmanI.Pressman,SwitchingPower,SwitchingPowerSuplySuplyDesign,Design,MCMCGrawGraw--HillCompanies.HillCompanies.[3][3]王聪，软开关功率变换器及其应用王聪，软开关功率变换器及其应用,,科学出版社。科学出版社。[4][4]刘凤君，正弦波逆变器刘凤君，正弦波逆变器,,科学出版社。科学出版社。[5][5]杨玉岗，现代电力电子的磁技术杨玉岗，现代电力电子的磁技术,,科学出版社。科学出版社。PowerElectronics河海大学常州校区计信学院电气系电力电子技术E-mail:[e-mail]隔离式直隔离式直--直变换器直变换器直直--直基本变换器拓扑直基本变换器拓扑隔离变压器隔离变压器变换器输入电源与负载之间实现电气隔离变换器输入电源与负载之间实现电气隔离匹配变换器输入、输出电压匹配变换器输入、输出电压实现变换器多路输出实现变换器多路输出分类：分类：¾¾单管变换器单管变换器变压器单向磁化，利用率低变压器单向磁化，利用率低¾¾双管或多管变换器双管或多管变换器变压器双向磁化，利用率高变压器双向磁化，利用率高PowerElectronics河海大学常州校区计信学院电气系电力电子技术E-mail:[e-mail]¾¾正激变换器正激变换器电能电能¾¾反激变换器反激变换器负载负载电能电能磁能磁能电能电能负载负载PowerElectronics河海大学常州校区计信学院电气系电力电子技术E-mail:[e-mail]工作原理工作原理TT导通期间导通期间::dtdNVSφ1=onSTNV)/(1=Δφ输出电压输出电压::)/(12NNVvSo=PowerElectronics河海大学常州校区计信学院电气系电力电子技术E-mail:[e-mail]工作原理工作原理TT关断期间关断期间::offSTNV)/(3'−=Δφ输出电压输出电压::0=ovdtdNVSφ3−=PowerElectronics河海大学常州校区计信学院电气系电力电子技术E-mail:[e-mail]'φφΔΔ变压器铁心趋于饱和变压器铁心趋于饱和)/(311NNND+变压器正常工作变压器正常工作??)/(311NNND+≤在电流连续工作状态在电流连续工作状态,,一个工作周期内一个工作周期内,,磁通平衡磁通平衡soDVNNV12=在在TT阻断、阻断、D3D3导通期间，开关管导通期间，开关管TT两端电压两端电压ssTVNNVV31+=通常，通常，N3=N1N3=N1，开关管，开关管TT两端电压两端电压2=TVPowerElectronics河海大学常州校区计信学院电气系电力电子技术E-mail:[e-mail]如何减小开关应力如何减小开关应力??如何进行磁复位如何进行磁复位??D1VSN1N2D3DLCRT2T2D2‹‹增加一个开关管增加一个开关管‹‹开关管耐压降低开关管耐压降低11倍倍‹‹变压器少个磁通复位绕组变压器少个磁通复位绕组‹‹零零电压开关电压开关‹‹占空比占空比0.50.5‹‹变压器磁通实现自动复位变压器磁通实现自动复位‹‹磁化曲线工作在一、三象磁化曲线工作在一、三象限，提高了磁芯利用率限，提高了磁芯利用率PowerElectronics河海大学常州校区计信学院电气系电力电子技术E-mail:[e-mail]单端反激变换器单端反激变换器((FlybackFlybackConverterConverter))TT导通期间导通期间::dtdNdtdiLVSφ111==sSDTNV)/(1=ΔφN1N1绕组电感电流转到绕组电感电流转到N2N2绕组电感电流的前后安匝不变绕组电感电流的前后安匝不变sSDTLVi)/(11=Δ2201max1NiNI=PowerElectronics河海大学常州校区计信学院电气系电力电子技术E-mail:[e-mail]关断期间关断期间::在在TT阻断结束阻断结束,,再次导通瞬间再次导通瞬间,,由安匝相等原理由安匝相等原理::二极管二极管DD导通导通oVdtdNdtdiL−==φ222soTDLViI)1(220min2−−=soTDNV)1(2'−=Δφ)/(12min210NNIi=在一个稳态周期内在一个稳态周期内,,磁通的增加量应等于磁通的减少量磁通的增加量应等于磁通的减少量,,可得输出电压平均值可得输出电压平均值::SVDDNNV−=1120变压比变压比::占空比占空比::ossoSoVVNNVVNNVVNND•+=•+=122121111DDNNVVMS−==1120PowerElectronics河海大学常州校区计信学院电气系电力电子技术E-mail:[e-mail]电流临续条件的确定电流临续条件的确定电源在一个周期内提供的电流平均值电源在一个周期内提供的电流平均值DDTLViTTIiISSSonS)2()(21110max110+=+=电源输入功率等于输出功率电源输入功率等于输出功率ooSSIVDVI=SSoVLDTDINNi1121021−−•=得得SSoVLDTDINNiiI112110max121+−•=Δ+=)21(112211021min2SSoVLDTDINNNNiNNI−−•==为使开关为使开关TT整个阻断期间整个阻断期间,N2,N2绕组的磁能都向负载供电绕组的磁能都向负载供电,,必须使必须使TT阻断阻断期结束时期结束时,I2min,I2min仍大于零仍大于零,,不断流的条件是不断流的条件是::oSoSSSoVfLDNNVDDNNfLDDNNVfLDDNNI12221211211212)1()(12)1(2)1(−=−•−=−≥RfLNNVIfLNNDSooS1121122121−=−≥PowerElectronics河海大学常州校区计信学院电气系电力电子技术E-mail:[e-mail]如何减小开关应力如何减小开关应力??开关管阻断时开关管阻断时,,承受的最高电压为承受的最高电压为DVNNVNNVVooST•=+=2121max在负载为零的极端情况下在负载为零的极端情况下,,由于由于TT导通时存在变压器电感中的磁能无导通时存在变压器电感中的磁能无处消耗处消耗,,输出电压越来越高输出电压越来越高..反激变换器不能在空载下工作反激变换器不能在空载下工作..PowerElectronics河海大学常州校区计信学院电气系电力电子技术E-mail:[e-mail]设计实例设计实例::FlybackFlybackConverterConverterVVss=12V=12V±±10%10%ffss=100kHz=100kHzIIOO=1A=1AVVOO=48V=48VVVOppOpp≤≤1%1%计算计算::NN22/N/N11L1L1确定确定CC值并选择开关管值并选择开关管TT及二极管及二极管DDVsVs输入电压、输入电压、N1N1绕组电压的范围绕组电压的范围:9.8:9.8--12.2V12.2VN2N2绕组电压绕组电压49V49V假设假设开关管开关管TT及二极管及二极管DD的导通压降为的导通压降为1V1V；；解答：解答：1)1)计算变压器匝比：计算变压器匝比：45.45.05.01114911212=−×=−•=DDVVNN取取NN22/N/N11=4.5=4.52)2)计算最大最小占空比：计算最大最小占空比：2112121111VVNNVVNNDos+=+=PowerElectronics河海大学常州校区计信学院电气系电力电子技术E-mail:[e-mail]1V1最大时，有最小占空比：最大时，有最小占空比：4716.0492.125.411min=×+=DV1V1最小时，有最大占空比：最小时，有最大占空比：526.0498.95.411max=×+=D令最小负载电流大于最小临界连续电流，有令最小负载电流大于最小临界连续电流，有21221min)1(2)(DfLVNNIIsooBo−=≥因此电感有因此电感有2min2211)1(2)(DfIVNNLsoo−≥PowerElectronics河海大学常州校区计信学院电气系电力电子技术E-mail:[e-mail]取最小占空比，此时要求的取最小占空比，此时要求的LL最大，将值代入上式得最大，将值代入上式得HLμ341≥取取LL11=40=40µµHH,,则则A1.0A085.0A1010010402)4716.01(49)5.41(min3622==××××−××=−ooBII输出电压脉动计算公式同输出电压脉动计算公式同boostboost电路电路01.011≤==ΔRCfDffDVVsscoo占空比最大，占空比最大，RR最小时，输出电压脉动最大，则有最小时，输出电压脉动最大，则有kHz9.1Hz526.01010001.001.013=××=×≤=DfRCfscPowerElectronics河海大学常州校区计信学院电气系电力电子技术E-mail:[e-mail]因此，电容有因此，电容有uFfRCc96.10109.148113=××=•≥取取C=12uFC=12uF验算验算kHz736.1Hz10124816=××=−cf%1%91.0100736.1526.0=×=ΔooVV满足要求！满足要求！开关管及二极管计算开关管及二极管计算负载电流负载电流IIoo=1A,=1A,折算到变压器折算到变压器NN11侧侧A5.4112'=×=NNIo开关管开关管TT导通期间电流最大值：导通期间电流最大值：A3.1021112max1'max=+−==LDTVDINNIIssoTPowerElectronics河海大学常州校区计信学院电气系电力电子技术E-mail:[e-mail]二极管二极管DD导通期间电流最大值：导通期间电流最大值：A29.2A3.105.41max12120'max=×===INNiID开关管承受最大正向电压：开关管承受最大正向电压：V24V)5.41491.112(212'max=×+×=×+=NNVVVsT二极管二极管D1D1承受最高反向电压为：承受最高反向电压为：V103V)489.54(48)11.112(12'max=+=+−×=NNVDPowerElectronics河海大学常州校区计信学院电气系电力电子技术E-mail:[e-mail]习习题题设计一个变换器的设计一个变换器的MOSMOS管驱动电源，其要求参数如下：管驱动电源，其要求参数如下：11）可采用）可采用ForwardForward或或FlybackFlyback变换器；变换器；22）性能指标：）性能指标：‹‹输入电压输入电压：：18VDC18VDC--32VDC32VDC‹‹输出电压输出电压：：15V/0.2A(315V/0.2A(3路）路）‹‹输出功率