1、第第 12 章章電源電路和晶閘管的應用電源電路和晶閘管的應用12 . 1 二極管整流和濾波電路二極管整流和濾波電路12 . 1 . 1 單相半波整流電路單相半波整流電路1 單相半波整流電路的租成和工作原理單相半波整流電路的租成和工作原理n單相半波整流電路如圖單相半波整流電路如圖 12 一一 2 所示。所示。 由上面的分析可知，利用二極管的單由上面的分析可知，利用二極管的單向導電性，可以把交流電變換成單向脈向導電性，可以把交流電變換成單向脈動的直流電，負載流過單向脈動的直流動的直流電，負載流過單向脈動的直流電流。半波整流電路的波形如圖電流。半波整流電路的波形如圖 12 一一 3 所示。所示。12

2、 . 1 . 2 單相橋式整流電路單相橋式整流電路1 單相橋式整流電路的租成和工作原理單相橋式整流電路的租成和工作原理 橋式整流電路如圖橋式整流電路如圖 12 一一 4 所示。電所示。電路中的路中的 4 個二極管可以是個二極管可以是 4 個分立的二個分立的二極管，也可以是一個內部集成了極管，也可以是一個內部集成了 4 個二個二極管的橋式整流器（整流橋）。圖極管的橋式整流器（整流橋）。圖 12 一一 5 所示為橋式整流電路的簡易畫法。所示為橋式整流電路的簡易畫法。2 負載上直流電壓和電流負載上直流電壓和電流3 二極管的選擇二極管的選擇 橋式整流電路中，橋式整流電路中， 4 個二極管兩個一個二極管

3、兩個一組，輪流導電，每個二極管在一個周期組，輪流導電，每個二極管在一個周期中只導通半個周期，因此，每個二極管中只導通半個周期，因此，每個二極管中流過的平均電流是負載電流的一半，中流過的平均電流是負載電流的一半，即即12 . 1 . 3 濾波電路濾波電路n1 電容濾波電路電容濾波電路 單相橋式整流電容濾波電路如圖單相橋式整流電容濾波電路如圖 12 一一 9 所示，濾波電容直接與負載并聯，所示，濾波電容直接與負載并聯，利用電容的通交隔直作用，使脈動直流利用電容的通交隔直作用，使脈動直流電中的交流成分通過電容形成回路，不電中的交流成分通過電容形成回路，不經過負載；而直流成分不能通過只能通經過負載；而

4、直流成分不能通過只能通過負載，這樣負載就得到了比較平滑的過負載，這樣負載就得到了比較平滑的直流電，電路波形如圖直流電，電路波形如圖 12 一一 10 所示。所示。n1 ）工作原理）工作原理n2 ）輸出電壓和電流輸出直流電壓的平）輸出電壓和電流輸出直流電壓的平均值為均值為n3 ）二極管的選擇）二極管的選擇n4 ）濾波電容的選擇）濾波電容的選擇2 電感濾波電路電感濾波電路3 復式濾波復式濾波12 . 2 線性穩壓電路的工作原線性穩壓電路的工作原理及集成穩壓電路理及集成穩壓電路n12 . 2 . 1 硅穩壓管穩壓電路硅穩壓管穩壓電路 如圖如圖 12 一一 14 所示為硅穩壓管穩壓所示為硅穩壓管穩壓電

5、路，聯型穩壓電路因穩壓元件電路，聯型穩壓電路因穩壓元件 VDz 與與負載是并聯連接的，負載是并聯連接的，12 . 2 . 2 串聯型穩壓電路串聯型穩壓電路12 . 2 . 3 集成穩壓器集成穩壓器n1 三端固定式集成穩壓器三端固定式集成穩壓器 n1 ）三端固定式集成穩壓器的型號及外）三端固定式集成穩壓器的型號及外形形n2 ）三端固定式集成穩壓器的應用電路）三端固定式集成穩壓器的應用電路 ( 1 ）三端固定式集成穩壓器的基本電路）三端固定式集成穩壓器的基本電路組成如圖組成如圖 12 一一 20 所示所示n( 2 ）具有正、負電壓輸出的穩壓電源電）具有正、負電壓輸出的穩壓電源電路：路：2 三端可調

6、集成穩壓器三端可調集成穩壓器 n1 ）三端可調集成穩壓器的型號及外形）三端可調集成穩壓器的型號及外形2 ）三端可調式穩壓器的主要）三端可調式穩壓器的主要參數參數3 ）典型應用電路）典型應用電路12 . 3 開關型穩壓電源開關型穩壓電源n12 . 3 . 1 開關穩壓電源的特點與分類開關穩壓電源的特點與分類 n1 開關穩壓電源的特點開關穩壓電源的特點 與線性穩壓電源相比，開關電源具有如下特與線性穩壓電源相比，開關電源具有如下特點。點。 ( 1 ）允許電網電壓變化范圍寬）允許電網電壓變化范圍寬( 2 ）功耗低，效率高，）功耗低，效率高，( 3 ）體積小，重量輕）體積小，重量輕( 4 ）可靠性高）可

7、靠性高( 5 ）容易實現多路電壓輸出和遙控。）容易實現多路電壓輸出和遙控。( 6 ）電路復雜，造價較高）電路復雜，造價較高開關穩壓電源的分類開關穩壓電源的分類n( 1 ）按負載與開關調整管的連接方式分，有）按負載與開關調整管的連接方式分，有串聯型與并聯型開關電源。串聯型與并聯型開關電源。n( 2 ）按不同的控制方式分，一種是固定開關）按不同的控制方式分，一種是固定開關的頻率，改變脈沖的寬度，使輸出電壓變化，的頻率，改變脈沖的寬度，使輸出電壓變化，稱為脈寬調制型開關電源（調寬型）；另一種稱為脈寬調制型開關電源（調寬型）；另一種是固定脈沖寬度變周期，使輸出電壓變化，稱是固定脈沖寬度變周期，使輸出電

8、壓變化，稱為脈沖頻率調制型開關電源（調頻型）。為脈沖頻率調制型開關電源（調頻型）。 n( 3 ）按不同的激勵方式分，有自激式與他激）按不同的激勵方式分，有自激式與他激式開關電源。自激式由開關調整管和脈沖變壓式開關電源。自激式由開關調整管和脈沖變壓器構成正反饋電路，形成自激振蕩來控制開關器構成正反饋電路，形成自激振蕩來控制開關管的通斷；他激式由附加的振蕩器產生開關脈管的通斷；他激式由附加的振蕩器產生開關脈沖來控制開關調整管沖來控制開關調整管12 . 3 . 2 開關穩壓電源的工開關穩壓電源的工作原理作原理1，串聯型開關電源，串聯型開關電源2，并聯型開關電源，并聯型開關電源12 . 4 晶閘管和可

9、控整流電路晶閘管和可控整流電路n12 . 4 . 1 晶閘管晶閘管 晶閘管是最基本的電力電子器件，它晶閘管是最基本的電力電子器件，它的全稱是晶體閘流管，又稱可控硅，簡的全稱是晶體閘流管，又稱可控硅，簡稱稱 SCR ,1 晶閘管的結構與符號晶閘管的結構與符號2 晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理2 晶閘管的伏安特牲晶閘管的伏安特牲3 晶閘管的主要參數晶閘管的主要參數n1 ）額定通態平均電流）額定通態平均電流n2 ）通態平均電壓）通態平均電壓n3 ）控制極觸發電壓）控制極觸發電壓n4 ）斷態重復峰值電壓）斷態重復峰值電壓n5 ）反向重復峰值電壓）反向重復峰值電壓n6 ）額定電壓）額定電壓n7 ）維持

10、電壓）維持電壓4 晶閘管的型號晶閘管的型號 國產晶閘管的型號有兩種表示方法，國產晶閘管的型號有兩種表示方法，即即 KP 系列和系列和 3 CT 系列。系列。12 . 4 . 2 晶閘管可控整流電路晶閘管可控整流電路n1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 用晶閘管替代單相半波整流電路中的用晶閘管替代單相半波整流電路中的二極管就構成了單相半波可控整流電路，二極管就構成了單相半波可控整流電路，電路圖與波形圖如圖電路圖與波形圖如圖 12 一一 32 所示。所示。2，單相橋式整流電路，單相橋式整流電路 單相橋式整流電路有全控和半控兩種，單相橋式整流電路有全控和半控兩種，簡稱全控橋和半控橋。所謂全

11、控，是指簡稱全控橋和半控橋。所謂全控，是指單相橋式整流電路中的單相橋式整流電路中的 4 個整流管都采個整流管都采用晶閘管，如圖用晶閘管，如圖 12 一一 33 ( b ）所示；）所示；而半控是電路中采用兩個晶閘管和兩個而半控是電路中采用兩個晶閘管和兩個整流二極管作為整流元件，每個晶閘管整流二極管作為整流元件，每個晶閘管分別工作在交流電的正、負半周，如圖分別工作在交流電的正、負半周，如圖 12 一一 33 ( a ）所示）所示12 . 4 . 3 其他電力電子器件簡介其他電力電子器件簡介n1 門極可關斷晶用管（門極可關斷晶用管（ GTO ) GTO 的開通控制與普通晶閘管相似，但對的開通控制與普

12、通晶閘管相似，但對脈沖前沿的幅值和陡度要求高，且一般需在整脈沖前沿的幅值和陡度要求高，且一般需在整個導通期間施加正門極電流。個導通期間施加正門極電流。 GTO 關斷需施關斷需施加負門極電流，對其幅值和陡度的要求更高，加負門極電流，對其幅值和陡度的要求更高，關斷后還應在門、陰極施加約關斷后還應在門、陰極施加約 SV 的負偏壓以的負偏壓以提高抗干擾能力。提高抗干擾能力。 GTO 屬于電流控制器件，屬于電流控制器件，其優點在于耐壓高、電流容量大，目前其電壓其優點在于耐壓高、電流容量大，目前其電壓可達可達 9 O00V 、電流可達、電流可達 6 O00A ，但它的，但它的工作頻率較低，一般為工作頻率較

13、低，一般為 1 一一 2 kHz ，而且關，而且關斷易失敗、驅動電路也較復雜。因此，目前主斷易失敗、驅動電路也較復雜。因此，目前主要應用在大功率、高電壓的電力電子電路中。要應用在大功率、高電壓的電力電子電路中。2 電力晶體管（電力晶體管（ GTR ) 電力晶體管是一種耐高電壓、大電流電力晶體管是一種耐高電壓、大電流的雙極型晶體管，有時也稱的雙極型晶體管，有時也稱 BJT ，是電，是電流控制器件。流控制器件。 20 世紀世紀 80 年代以來，在年代以來，在中、小功率范圍內取代晶閘管，但目前中、小功率范圍內取代晶閘管，但目前又大多被又大多被 IGBT 和電力和電力 MOSFET 取代。取代。3 電

14、力場效應晶體管（電力場效應晶體管（ MOSFET ) 電力場效應管按導電溝道可分為電力場效應管按導電溝道可分為 P 溝道和溝道和 N 溝道兩種類型，目前常用的電力溝道兩種類型，目前常用的電力 MOSFET 主要是主要是 N 溝道增強型。溝道增強型。 MOSFET 有有 3 個電極個電極 源極源極 S 、漏極、漏極 D 、柵極、柵極 G ，導電機理與小，導電機理與小功率功率 MOS 管相同，但結構上有較大區別，小管相同，但結構上有較大區別，小功率功率 MOS 管是橫向導電器件，而電力管是橫向導電器件，而電力 MOS - FET 大都采用垂直導電結構，這大大提高了大都采用垂直導電結構，這大大提高了

15、 MOSFET 器件的耐壓和耐電流能力。器件的耐壓和耐電流能力。4 絕緣雙極晶體管（絕緣雙極晶體管（ IGBT )5 門極換流晶用管（門極換流晶用管（ IGCT ) IGCT 有的廠家稱有的廠家稱 GCr ，是，是 20 世紀世紀 90 年代后期出現的新型電力電子器件。年代后期出現的新型電力電子器件。 IGCr 將將 IGBT 與與 GTO 的優點結合起來，的優點結合起來，其容量與其容量與 GTO 相當，但開關速度比相當，但開關速度比 GTO 快快 10 倍，而且可省去倍，而且可省去 GTO 應用應用時龐大而復雜的緩沖電路，其所需的驅時龐大而復雜的緩沖電路，其所需的驅動功率仍然很大。動功率仍然

16、很大。6 . MOS 控制晶用管（控制晶用管（ MCT ) MCr 是將是將 MOSFET 與晶閘管相結合與晶閘管相結合所構成的一種新型的復合器件，同時具所構成的一種新型的復合器件，同時具有有 MOS - FET 的高輸人阻抗、低驅動功的高輸人阻抗、低驅動功率、高工作頻率和晶閘管的高耐壓、大率、高工作頻率和晶閘管的高耐壓、大電流、低導通壓降的特點。最高電壓電流、低導通壓降的特點。最高電壓 4 oooV ，最大電流，最大電流 1 ZooA ，最高頻率，最高頻率 500 kHz 。7 智能功率模塊智能功率模塊 IPM 所謂智能功率模塊，就是把大功率器所謂智能功率模塊，就是把大功率器件與驅動電路、保

17、護電路和檢測電路集件與驅動電路、保護電路和檢測電路集成在同一模塊上，大大提高系統的快速成在同一模塊上，大大提高系統的快速性和可靠性，簡化系統設計和縮小裝置性和可靠性，簡化系統設計和縮小裝置體積。目前采用較多的是以體積。目前采用較多的是以 IGBT 作為作為大功率開關器件的模塊。大功率開關器件的模塊。12，5晶閘管觸發電路晶閘管觸發電路12 . 5 . 1 對觸發電路的要求對觸發電路的要求n( 1 ）觸發脈沖上升沿要陡，以保證觸發時刻）觸發脈沖上升沿要陡，以保證觸發時刻的準確的準確n( 2 ）觸發脈沖電壓幅度必須滿足要求，）觸發脈沖電壓幅度必須滿足要求，n( 3 ）觸發脈沖要有足夠的寬度，以保證可靠）觸發脈沖要有足夠的寬度，以保證可靠觸發觸發n( 4 ）為避免誤導通，）為避免誤導通，n( 5 ）觸發脈沖必須與主電路的交流電源同步）觸發脈沖必須與