【正文】 側(cè)輸送能量。這就是PWM整流電路最基本的工作狀態(tài)。圖 的相量圖說明了這幾種情況，圖中、和分別為交流電源電壓us、電感Ls上的電壓uL、電阻Rs上的電壓uR以及交流電流is的相量，為uAB的相量。改變uAbf的幅值和相位，就可以使is和us同相位、反相位，is比us超前90176。這樣，當(dāng)正弦信號波的頻率和電源頻率相同時，is也為與電源頻率相同的正弦波。由SPWM逆變電路的工作原理可知，按照正弦信號波和三角波相比較的方法對圖116中的V1～V4進行SPWM控制，就可以在橋的交流輸入端AB產(chǎn)生一個SPWM波uAB ,uAB中含有和正弦信號波同頻率且幅值成比例的基波分量，以及和三角波載波有關(guān)的頻率很高的諧波，而不含有低次諧波。目前應(yīng)用較多的是電壓型PWM整流電路，因此設(shè)計中應(yīng)用電壓型的電路。這種整流電路也可以成為單位功率因數(shù)變流器，或高功率因數(shù)整流器。把逆變電路中的SPWM控制技術(shù)用于整流電路，就形成了PWM整流電路。隨著以IGBT為代表的全控型器件的不斷進步，在逆變電路中采用的PWM控制技術(shù)已相當(dāng)成熟。同時，輸入電流中諧波分量也相當(dāng)大，因此功率因數(shù)很低。 PWM整流電路及其控制方法目前在各個領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用的整流電路幾乎都是晶閘管相控整流電路或二極管整流電路。為了改善輸出電壓波形，三角波載波常用三相三角波信號。放大器通常具有比例積分特性或比例特性，其系數(shù)直接影響著逆變電路的電流跟蹤特性。（2）三角波比較方式和前面的調(diào)制法不同的是，這里并不是把指令信號和三角波直接進行比較而產(chǎn)生PWM波形，而是通過閉環(huán)來進行控制的。和電流跟蹤控制相比，只是把指令信號和反饋信號從電流變?yōu)殡妷?。采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型PWM交流電路有如下特點：① 硬件電路簡單；② 屬于實時控制方式，電流響應(yīng)快；③ 不用載波，輸出電壓波形中不含特定頻率的諧波分量；④ 和計算法及調(diào)制法相比，相同開關(guān)頻率時輸出電流中高次諧波含量⑤ 屬于閉環(huán)控制，這是各種跟蹤型PWM變流電路的共同特點。（1）滯環(huán)比較方式跟蹤型PWM變流電路中，電流跟蹤控制應(yīng)用最多。因此，這種控制方法稱為跟蹤控制法。 PWM 跟蹤控制技術(shù)前面重點介紹了PWM波形生成方法，調(diào)制法，還有第三種方法，即跟蹤控制方法。另外，一般的濾波器都有一定的帶寬，如按載波頻率設(shè)計濾波器，載波附近的諧波也可濾除。一般情況下，所以PWM波形中所含的主要諧波的頻率要比基波頻率高得很多，是很容易濾除的。一般來說，實際電路中的諧波含量比理想條件下要多一些，甚至還會出現(xiàn)少量的低次諧波。在其輸出線電壓中，所包含的諧波角頻率為， （16）式中，時，時，PWM波中不含有低次諧波。三相橋式PWM逆變電路可以每相各有一個載波信號，也可以三相公用一個載波信號。以載波周期為基礎(chǔ)，再利用貝塞爾函數(shù)可以推導(dǎo)出PWM波的傅里葉級數(shù)表達式，但這種分析過程相當(dāng)復(fù)雜，而其結(jié)論卻是很簡單而直觀的。主要分析雙極性SPWM波形。PWM逆變電路的諧波分析：PWM逆變電路可以使輸出電壓、電流接近正弦波，但由于使用載波對正弦信號波調(diào)制，也產(chǎn)生了和載波有關(guān)的諧波分量。在輸出頻率低的頻段采用較高的載波比，以使載波頻率不致過低而對負載產(chǎn)生不利影響。即把逆變電路額輸出頻率范圍劃分成若干個頻段，每個頻段內(nèi)都保持載波比N為恒定，不同頻段的載波比不同。當(dāng)逆變電路輸出頻率很高時，同步調(diào)制時的載波頻率會過高，使開關(guān)器件難以承受。過低時由調(diào)制帶來的諧波不易濾除。同時，為了使一相得PWM波正負半周期對稱，N 應(yīng)取奇數(shù)。在基本同步調(diào)制方式中，信號波頻率變化時載波比N 不變，信號波一個周期內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的。因此，在采用異步調(diào)制方式時，希望采用較高的載波頻率，以使在信號波頻率較高時仍能保持較大的載波比。這就使得輸出PWM 波和正弦波的差異變大。當(dāng)信號波頻率較低時，載波比N 較大，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)較多，正負半周期脈沖不對稱和半周期內(nèi)前后1/4周期脈沖不對稱產(chǎn)生的不利影響都較小，PWM波形接近正弦波。在異步調(diào)制方式中，通常保持載波頻率固定不變，因而當(dāng)信號波頻率變化時，載波比N是變化的。調(diào)制方式正式根據(jù)載波和信號波是否同步及載波比的變化情況而確定的。 三相橋式PWM型逆變電路 三相橋式PWM逆變電路波形PWM調(diào)制方式可分為異步調(diào)制和同步調(diào)制。死區(qū)時間的長短主要由功率開關(guān)器件的關(guān)斷時間來決定。在電壓型逆變電路的PWM控制中，同一相上下兩個橋臂的驅(qū)動信號都是互補的。V相和W相的控制方式都和U相相同。V1 和V4的驅(qū)動信號始終是互補的。當(dāng)時，給上橋臂V1以導(dǎo)通信號，給下橋臂V4以關(guān)斷信號，則U相相對于直流電源假象中點N′的輸出電壓。U、V和W三相的PWM控制通常公用一個三角波載波,三相的調(diào)制信號、和依次相差120176。Ud兩種電平。采用雙極性方式時，在調(diào)制信號的半個周期內(nèi)，三角波載波不再是單極性的，而是有正有負，所得的PWM波也是有正有負。在調(diào)制信號波為正弦波時，所得到的就是SPWM波形。通常采用等腰三角波作為載波。目前實際應(yīng)用的PWM逆變電路幾乎都是電壓型電路。逆變電路時PWM控制技術(shù)最為重要的應(yīng)用場合。廣泛的作為功率開關(guān)器件用于開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源中。因此，通過測量來識別過流情況，一旦高于某一數(shù)值表明出現(xiàn)過流情況時，可控柵極電壓快速變?yōu)?或負電壓，使IGBT快速截止，實現(xiàn)對IGBT的過流保護。由于IGBT比MOSFET多了一個PN結(jié)，使IGBT比MOSFET具有更高的耐壓。（2）在IGBT中，MOSFET的開關(guān)速度非?？?，所以IGBT的開關(guān)速度取決于等效晶體管的開關(guān)速度。（1）IGBT的輸入級是是MOSFET，在柵極G和發(fā)射極E之間加上驅(qū)動電壓時，MOSFET便進入導(dǎo)通（或關(guān)斷）狀態(tài)。既有MOSFET的通斷速度快、輸入阻抗高、驅(qū)動電路簡單及驅(qū)動功率小等優(yōu)點，又具有大功率雙極晶體管的容量大和阻斷電壓高的優(yōu)點。所以，要根據(jù)使用要求加以限制。最大漏極功耗PDM：它由管子允許的溫升決定。最大漏極電流IDM：這個參數(shù)反應(yīng)了器件的電流驅(qū)動能力。（8）正向偏置安全工作區(qū)及主要參數(shù)MOSFET 和雙極型晶體管一樣，也有它的安全工作區(qū)。隨著電壓增加，電荷快速上升，對應(yīng)著管子開通時間。偏置電壓高時，電容效應(yīng)也加大，因此對高壓電子系統(tǒng)會有一定影響。它具有負溫度系數(shù)，結(jié)溫每增加45 度，閾值電壓下降10%。定義為：Gfs=Δ ID/Δ VGS （16）顯然，這個數(shù)值越大越好，它反映了管子的柵極控制能力。而且VGS 增加，通態(tài)電阻減小。（3）通態(tài)電阻Ron：通態(tài)電阻是器件的一個重要參數(shù)，決定了電路輸出電壓幅度和損耗。爬坡段是非飽和區(qū)，水平段為飽和區(qū)，靠近橫軸附近為截止區(qū)，這點和GTR 有區(qū)別。這個特性和VGS 又有關(guān)聯(lián)。從下圖可以看到，隨著UGS 的上升，跨導(dǎo)將越來越高。無載流子注入，速度取決于器件的電容充放電時間，與工作溫度關(guān)系不大，故熱穩(wěn)定性好。目前的研制水平在1000V/65A 左右（參考）。但高壓時，導(dǎo)通電阻與電壓的平方成正比，因而提高耐壓和降低高壓阻抗困難。而且不同于一般小功率MOS 管的橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)，使用了垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，從而提高了耐壓、電流能力，因此又叫VMOSFET這種器件的特點是輸入絕緣電阻大（1 萬兆歐以上），柵極電流基本為零。達到飽和前，VGS 正偏越大，IDS越大。無論VGS 正負都起控制作用。MOS 器件的電極分別為柵極G、漏極D、源極S。 電力場效應(yīng)晶體管MOSFET功率場效應(yīng)管又叫功率場控晶體管實際上，功率場效應(yīng)管也分結(jié)型、絕緣柵型。(3) 不可控器件不能用控制信號來控制其通斷，因此也就不需要驅(qū)動電路。（1） 半控制性器件 通過控制信號可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷，晶閘管及其大部分派生器件的關(guān)斷由其在主電路中承受的電壓和電流決定。開關(guān)器件的通斷是通過在其控制端和一個主電路端子之間加一定的信號來控制的，這個主電路端子是驅(qū)動電路的公共端，一般是主電路電流流出期間的端子。廣義上往往其他驅(qū)動電路等主電路之外的電路都歸為控制電路，從而粗略地說開關(guān)電源系統(tǒng)是由電路和控制系統(tǒng)組成?？刂齐娐废到y(tǒng)的工作要求形成控制信號，通過驅(qū)動電路去控制住電路中開關(guān)器件的通或斷來完成整個系統(tǒng)的功能。對某些器件來講，驅(qū)動電路向其注入的功率也是造成開關(guān)器件發(fā)熱的原因之一。(5) 為保證比值語音雖好散發(fā)的熱量而導(dǎo)致開關(guān)器件溫度過高而損壞，不僅在開關(guān)器件封裝上講究散熱設(shè)計，在其工作是一般都安裝散熱器。(3) 開關(guān)器件的動態(tài)特性也是很重要的方面，有些時候甚至上升為第一位的重要問題，做電路分析時，為簡單起見往往用理想開關(guān)代替實際開關(guān)。第三章 開關(guān)電源的控制及PWM技術(shù) 開關(guān)器件開關(guān)器件的特性及驅(qū)動是開關(guān)電源電路中關(guān)鍵的問題對開關(guān)器件的認(rèn)識和了解是電源設(shè)計和使用的基本知識。倍壓/橋式整流自動切換電路可使在110V和220V交流輸入電壓下的整流濾波輸出直流電壓相差不大，從而確保開關(guān)電源即可工作在交款的交流輸入電壓范圍，又可以使開關(guān)電源處在最佳工作狀態(tài)，從而提高開關(guān)電源的效率和工作可靠性。當(dāng)交流輸入電壓為110V時，通過電壓檢測電路是雙向晶閘管V導(dǎo)通，整流電路工作在倍壓整流方式。 倍壓/橋式整流自動切換電路倍壓/橋式整流自動切換電路如圖113所示。 倍壓/橋式整流自動切換 為了保證負載能在較寬的交流輸入電壓范圍內(nèi)正常工作，如90~245V，有些電源加了一個倍壓/橋式整流自動切換電路，使他在110V交流電壓下工作在倍壓整流方式，而在220V交流輸入電壓下工作在橋式整流方式，從而使負載在110V和220V兩種交流供電情況下都能正常工作。(4) 要求電源電路有良好的過壓、過流、輸出短路、X射線保護及復(fù)位功能。一般要求電源電路對交流輸入時電電壓的適應(yīng)范圍為90—245V，并對50Hz即60Hz輸入頻率均能適應(yīng)。2. 電源電路的主要特點電源電路的主要特點如下：(1) 由于設(shè)備都屬于高可靠性設(shè)備，對電源的要求較高，因此除了提供大的功率外，好要求具有較高的效率。由于輔助電路是將行輸出及經(jīng)直流—交流—直流做兩次變換，所以又稱為二次電源。無論伏在處于正常工作狀態(tài)還是待機狀態(tài)，負電源都必須正常工作。(2)副電源電源的主要作用是為微處理器控制電路提供+5V的供電電壓。主開關(guān)電源主要為主負載電路提供110~145V的直流電壓。(1) 主開關(guān)電源主開關(guān)電源的輸出功率較副電源、輔助電路的輸出功率要大。這點可以通過設(shè)置死區(qū)時間的方法來克服。全橋電源開關(guān)廠用在輸出功率較大的場合。同理，當(dāng)VTVT3關(guān)短，VTVT4導(dǎo)通時，輸入電壓Ui從和VTVT3導(dǎo)通時的電流相反的方向為變壓器初級線圈N1勵磁，并通過次級線圈N2和整流二極管V2為負載供電，這樣再次級得到如Up所示的脈沖波形。 全橋開關(guān)電源結(jié)構(gòu) 源電路及波形如圖112所示。這點可以通過使VTVT2功率開關(guān)管的導(dǎo)通間相互錯開來解決。300W左右的開關(guān)電源多采用半橋式。這是因為，VTVT2導(dǎo)通時間不一致時，變壓器初級側(cè)N1繞組的勵磁電流大小不一樣，致使電容CC2上的電壓不不相等，勵磁電流越大，則對應(yīng)的電容器電壓越小，從而起到自動平衡的作用。同樣，電容CC2上的電壓也分別為Ui/2。所以，初級測電源通過功率開關(guān)管VTVT2交替給變壓器供電。 半橋開關(guān)源結(jié)構(gòu) ，兩個功率開關(guān)管VT1和VT2在開關(guān)脈（a） 電路圖；（b） 波形圖 半橋開關(guān)電源電路及波形沖信號作用下，交替的導(dǎo)通與截止。反激開關(guān)電源電路簡單，輸出電壓U0即可高與輸入電壓Ui又可低于輸入電壓，一般適用在輸出 反激開關(guān)電源電路功率為200W以下的開關(guān)電源中。 反激開關(guān)電源結(jié)構(gòu)反激開關(guān)電源結(jié)構(gòu)電路如圖110所示，當(dāng)功率開關(guān)管VT導(dǎo)通時，輸入側(cè)的電能以磁能的形式儲存在變壓器的初級線圈N1中，由于同名端關(guān)系，次級側(cè)二極管V1不導(dǎo)通，負載沒有電流流過。 正激開關(guān)電源電路這種開關(guān)電源中功率開關(guān)管VT導(dǎo)通時，變壓器初級繞組勵磁電流最大值為： （15）式中，LN1表示變壓器初級繞組N1的電感量；D表示脈沖占空比；T表示脈沖開關(guān)周期。 正激電源開關(guān)結(jié)構(gòu) 正激開關(guān)電源是一種更采用變壓器耦合的降壓型開關(guān)穩(wěn)定電源。由于變壓器耦合并聯(lián)開關(guān)電源輸入端與輸出端不共地，即所謂的冷底板供電，因此該開關(guān)電源可外接數(shù)字通信設(shè)備，從而在電子通信設(shè)備中得到廣泛的使用。由于采用變壓器耦合，因此變壓器的初、次級側(cè)以相互隔離，從而使初級側(cè)電路與次級側(cè) 變壓器耦合并聯(lián)開關(guān)電源原理圖電路的分開，做到次級側(cè)路的不帶電，使用安全。 并聯(lián)開關(guān)電源原理圖，功率開關(guān)管VT與開關(guān)變壓器初級線圈相串聯(lián)在電源供電輸出端，功率開關(guān)管VT再開關(guān)沖脈沖的周期性的導(dǎo)通與截止，集電極輸出的脈沖電壓通過變壓器耦合在次級得到脈沖電壓這個次級脈沖電壓經(jīng)整流濾波后的到直流輸出電壓U0。 串聯(lián)開關(guān)電源原理圖 并聯(lián)開關(guān)電源結(jié)構(gòu) ：其中功率開關(guān)管VT與輸入電壓。但由于輸入電壓和輸出電壓共用地線，電壓輸入與輸出間不隔離，有可能使電路板底板帶電，使用不安全，更不滿足外接AV輸入、影碟機、錄放相機的要求。輸入交流電壓或負載電流的變化，會引起輸入直流電壓的變化，通過輸出取樣電路后將得到的取樣電壓與基準(zhǔn)電壓比較，其誤差值通過誤差放大器放大后控制脈沖調(diào)寬電路的脈沖占空比D，達到穩(wěn)定輸出直流電壓U0的目的。輸入不穩(wěn)定的直流電壓通過功率開關(guān)晶體管VT后輸出周期性脈沖信號電壓，再經(jīng)脈沖整流濾波后，就可以得到平滑直流輸出電壓U0。開關(guān)原件及功率開關(guān)晶體管VT串聯(lián)在輸入與輸出之間。為了保證電源安全，要求輸出功率有20％—50％的裕量。反饋調(diào)節(jié)回路增益越高，基準(zhǔn)電壓Ue越穩(wěn)定，輸出電壓U0的穩(wěn)定性越好。(6)輸出電壓穩(wěn)定性：輸出電壓隨負載的變化而