现代电力电子技术林渭勋第5章节PWM整流电路

1、第5章 PWM整流电路,5.1 概述 5.2 低压大电流高频整流电路 5.3 电压型单相单管PWM整流电路 5.4 电压型单相桥式PWM整流电路 5.5 电压型三相桥式PWM整流电路,5.1 概述,5.1.1 整流电路的理想状态 5.1.2 传统整流电路存在的问题 5.1.3 PWM整流电路的分类,5.1.1 整流电路的理想状态,1.网侧功率因数=1 2.输出电压u0U0(电压型)或输出电流i0I0(电流型) 3.具有双向传递电能的能力 4.能实现输出电压的快速调节以保证系统有良好的动态性能 5.具有较高的功率密度 6.整流电路无内耗，即电路中所有元器件均无损耗,5.1.2 传统整流电路存在的问题,图5-1 具有电容输入滤波的单相不控整流电路 a)电路结构 b)电量波形,5.1.3 PWM整流电路的分类,所谓PWM整流电路指采用PWM控制方式和全控型器件组成的整流电路。由于它在不同程度上解决传统低频整流电路存在的问题，得到国内外的重视，随着全控型功率器件开关容量的增大。微机及数字信号处理器(DSP)性能的提高、SVPWM技术的日渐成熟，也由于其主电路拓扑结构与逆变电路十分相似，因此逆变

2、电路获得成功的经验和技术都可以顺利地移植到PWM整流电路，所以近年来发展较快。可以祈望，PWM整流终将成整流电路的主流。,5.2 低压大电流高频整流电路,5.2.1 倍流整流电路 5.2.2 同步整流电路,5.2.1 倍流整流电路,图5-2 倍流式整流电路 a)电路结构 b)电量波形,5.2.1 倍流整流电路,1)输出滤波电容C0值很大，iL中谐波均从C0流过，负载R0中仅流过直流分量I0，故输出电压无纹波，即u0U0。 2)滤波电感L1=L2=L，无直流内阻且数值较大。,5.2.1 倍流整流电路,图5-3 图5-2b中各时区的 等效电路 a)时区A b)时区B c)时区C,5.2.2 同步整流电路,图5-4 同步倍流式整流电路 a)电路结构 b)简单的栅压波形 c)改良的栅压波形 d)由图5-4a点划线框获得的栅压波形,5.2.2 同步整流电路,图5-5 全波零式同步整流电路 a)电路结构 b)电量波形,5.2.2 同步整流电路,图5-6 非对称型同步整流电路 a)电路结构 b)电量波形,5.3 电压型单相单管PWM整流电路,5.3.1 含Boost APFC的PWM整流电路 5.3

3、.2 含Flyback APFC的PWM整流电路,5.3 电压型单相单管PWM整流电路,表5-1 IEC 1000-3-2 D类谐波含量标准,1)两级结构：第一级是PFC级，通常采用Boost电路，其任务是实现网侧电流正弦化，此外对输出电压进行粗调；第二级是直流变换电路(直接式或间接式)，其任务是对输出电压进行细调，该方案的优点是高性能(含高、高调压精度和高反应速度)，结构相对简单，技术成熟；缺点是整机效率较低和性价比依然不高，适用于精密仪器电源等场合。 2)单级结构：对电脑电源和电子镇流器等家电而言，效率和性价比都是至关重要的，为此将两级变换合并为一级成为单级单管电路(Single-stage）。,5.3.1 含Boost APFC的PWM整流电路,图5-7 含Boost APFC和PWM整流电路 1电压调节器 2乘法器 3电流调节器 4载波发生器 5SPWM信号比较器 6驱动器 7输出电压快速调节器,5.3.1 含Boost APFC的PWM整流电路,图5-8 图5-7电路的电量波形,5.3.1 含Boost APFC的PWM整流电路,表5-2 APFC专用控制芯片,表5-2 AP

4、FC专用控制芯片,5.3.1 含Boost APFC的PWM整流电路,图5-9 250W Power MOSFET Boost APFC M标量乘法器 REC整流器 UR基准电压(7.5V),5.3.2 含Flyback APFC的PWM整流电路,1.按DCM模式工作的情况分析,图5-10 含Flyback APFC的PWM整流电路 1电压调节器 2标量乘法器 3振荡器 4SPWM比较器 5反相器 6锁存器 7驱动器 CT电流互感器,5.3.2 含Flyback APFC的PWM整流电路,图5-11 图5-10电路在DCM模式下的电量波形,2.按CCM模式工作的情况分析,5.4 电压型单相桥式PWM整流电路,5.4.1 理想条件下的电路分析 5.4.2 实际条件下的电路分析 5.4.3 输出电压U0的调节 5.4.4 网侧功率因数=-1时的电路分析 5.4.5 电路的控制,5.4.1 理想条件下的电路分析,图5-12 单相电压型PWM整流电路 a)全桥式结构主电路 b)等效电路 c)半桥式结构主电路 d)工作模式,5.4.1 理想条件下的电路分析,图5-13 单相PWM整流电路入端电量

5、矢量图,5.4.2 实际条件下的电路分析,1.电路的工作模式,图5-14 不同工作模式下的等效电路(=1) a)、b)工作模式 c)、e)工作模式 d)、f)工作模式,5.4.2 实际条件下的电路分析,表5-3 单相SPWM整流电路在=0和=1下的工况,2. =1时电路工作过程分析,5.4.2 实际条件下的电路分析,图5-15 =1时电路的电量波形,5.4.2 实际条件下的电路分析,3.输出电流i0的分析,5.4.3 输出电压U0的调节,(1)负载电阻R0变化时的稳压分析,图5-16 外扰作用下电量的矢量关系,(2)网压uN变化时的稳压分析 设负载电阻R0不变，即输入和输出功率为恒值，为此RN应随uN而变。,5.4.4 网侧功率因数=-1时的电路分析,图5-17 =-1时电路的电量波形,5.4.4 网侧功率因数=-1时的电路分析,图5-18 不同工作模式的等效电路(=-1) a)、b)工作模式 c)、f)工作模式 e)、d)工作模式,5.4.5 电路的控制,图5-19 采用间接电流控制策略的PWM整流电路 1直流给定电压 2直流输出电压检测 3交流输入电压检测 4电压调压器 5移相器

6、6电压变换 7标量乘法器 8矢量加法器 9PWM比较器 10载波发生器 11控制门 12保护电路 13脉冲分配器 14驱动电路,5.4.5 电路的控制,图5-20 采用直接电流控制策略的PWM整流电路 1直流给定电压 2直流输出电压检测 3交流电流检测 4电压调压器 5交流电压检测 6驱动电路 7标量乘法器 8电流调节器 9PWM比较器 10载波发生器,5.5 电压型三相桥式PWM整流电路,5.5.1 电路工作原理分析 5.5.2 电路的控制 5.5.3 输出直流电压的估算,5.5 电压型三相桥式PWM整流电路,图5-21 电压型三相半桥式PWM整流电路,5.5.1 电路工作原理分析,图5-22 =1时三相电压型PWM整流电路电量波形,1.控制极信号的时序分布,5.5.1 电路工作原理分析,2.桥侧线电压波形分析 3.桥侧相电压波形分析 4.电路的工作模式,图5-23 三相电压型PWM整流电路的工作模式,5.5.2 电路的控制,1.标量乘法器方案,图5-24 含标量乘法器的三相PWM整流电路控制结构图 1电压给定 2电压调节器 3输出直流电压检测 4输入交流电压检测 5交流电流检测 6标量乘法器 7电流调节器 8控制门 9保护电路 10载波发生器 11SPWM信号生成和处理器,5.5.2 电路的控制,图5-25 采用矢量控制方案的三相PWM整流 电路控制结构图 1电压给定 2电压调节器 3电流调节器 4三角函数运算 5同步电路 6三相/二相坐标变换 7二相/三相坐标变换 8输出直流电压检测 9PWM信号生成 10载波发生器 11基波相移角给定,5.5.2 电路的控制,2.矢量控制方案 这一方案的确切名称是基于d轴的矢量控制方案。d轴是一种以指定速度转动的二相旋转坐标系。在交流电动机调速系统中，当采用按转子磁场定向的矢量控制方案时便会使用这种坐标系，因为转子是旋转的。但在静止的整流电路交流侧采用这种坐标系进行控制的原因就需要略加解释。,5.5.3 输出直流电压的估算,1.基波等效电路,图5-26 三相PWM整流等效电路及矢量图 a)基波等效电路 b)0的矢量图,2. =0时输出电压U0的估算 三相电路输出直流电压的表达式与单相电路相似，因而在单相电路中使用的控制策略可以延用到三相电路中。,

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