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1、第11章 电源电路,内容提要,电源电路是各种电子设备必不可少的组成部分。本章介绍了单相半波可控整流电路，单相半控桥整流电路，三相桥式整流电路，直流降压斩波变换电路，直流升压斩波变换电路，直流降压升压斩波变换电路，DCAC全桥逆变电路，正弦脉宽调制（SPWM）逆变电路工作原理、电路结构与计算机仿真设计方法。,本章的重点是掌握电源电路的仿真设计与分析方法。整流电路、直流降压/升压斩波变换电路、逆变电路是常用的电源电路。注意整流电路中二极管与晶闸管的不同，晶闸管的控制方法。注意直流降压/升压斩波变换电路的拓扑结构，注意电感L、电容C、续流二极管D和开关S位置的变化带来的电路功能变化。注意逆变电路的控
2、制信号的产生与相互之间的关系。,11.1 单相半波可控整流电路,单相半波可控整流电路工作原理,单相半波可控整流电路如图所示，电路中的相控开关器件为晶闸管（SCR），负载为电阻负载。在电源正半周（0），晶闸管承受正向电压（晶闸管的阳极电位高于阴极），处于正向阻断状态。若假定在t 时刻才发出触发脉冲，则在（0）期间晶闸管不导通，电源电压全部加在晶闸管上，负载上的电压为零，流过负载的电流也为零。,在时刻触发晶闸管并使其导通，晶闸管从正向阻断状态进入通态，于是在期间，电源电压全部加在负载上，有负载电流iO流过，其值为,（）,由于交流电源的特点，在正半周快结束时，电路中的电流自然地下降到SCR的维持电流
3、以下，晶闸管就自动地从通态转入阻断状态，负载电流变为零。紧接着电源负半周开始，在电源负半周（2）期间，晶闸管转入反向阻断状态，电源电压又反向全部加在晶闸管上，负载上的电压为零。,至此，电路完成了一个工作周期，尔后电路始终周期地重复上述过程，其波形示于图（b）。,（b）整流电路输入/输出波形,图11.1.1 单相半波可控整流电路,综上分析可知，图所示电路在电源一周工作期间，负载上得到的只是脉动的直流电压uo，脉动频率与电源频率一样。,一般定义：从晶闸管开始承受正向电压算起，到被触发导通为止，这段时间的角度称为控制角或触发角，用字母表示。改变施加触发脉冲的时间相位，即改变控制角的大小，称为移相，故
4、又称移相角。改变，也就改变了输出电压uo波形的形状，而电源电压uS的波形并未改变，仍然是正弦交流。,根据图（b）所示波形，针对某一触发角，可求出整流输出电压平均值,（）,式（）表明，UO关系是非线性的，如图所示。触发角从0变到了时,输出电压平均值从最大值（Um）变到零。这意味着，只要改变触发角，就能改变整流输出电压的平均值，达到可控整流的目的，这就是相控整流的基本原理。,整流的结果是将正弦交流电压变换为脉动直流电压，功率由交流侧流向直流侧，完成了AC向DC的转换。,从上面分析看出，要使整流电路稳定地输出某数值的电压UO，就必须使整流输出电压UO每周期的波形相同。这就要求每个周期内的触发时间相位
5、相同，即角相同。所以，触发信号和电源电压在频率和相位上均须适当配合。为了调节UO的大小，还要求二者的相位差是可调的。,这种相互配合关系称为同步。保证电源电压与触发角的同步运行是相控整流与相控逆变电路的基本条件。,单相半波可控整流电路,一个单相半波可控整流电路如图所示。图中，V1为220V交流电源。电压控制电压源V2和脉冲电压源V3组成可控硅驱动电路。VD1（2N3898）为可控硅，栅极受电压控制电压源V2控制，电压控制电压源V2受脉冲电压源V3控制。,用鼠标双击V3，可以打开V3的对话框，如图所示，在对话框中可以修改脉冲宽度、上升时间、下降时间和脉冲电压等参数。应注意的是，触发脉冲周期是20ms（对应是360度，即2），控制角或触发角是与Delay Time参数相对应，修改Delay Time参数即可修改触发角。,当设置Delay Time参数（即触发角）为2ms时，启动仿真，点击示波器，可以看见单相半波可控整流电路的输出电压变化曲线如图所示。在图电路中增加一个滤波电容C1，可以看见单相半波可控整流电路的输出电压变化曲线如图所示，输出电压脉动变化被减小。,图11.1.3 单相半波可控整流电路,图11.1.4 脉冲电压源对话框,图单相半波可控整流电路的输出电压曲线,图11.1.6 带滤波电容的单相半波可控整流电路,图11.1.7 带滤波电容的单相半波可控整流电路的输出电压曲线,
