《现代电力电子技术》林渭勋-13

2.7.3倍频式单极性PWM全桥电路1.控制极电压的时序分布2.工作过程分析2.7.3倍频式单极性PWM全桥电路图2-39倍频式单极性PWM全桥式四象限电路a)主电路b)ＰＷＭ信号生成c)0时电量波形d)=0时电量波形e)0时电量波形1.控制极电压的时序分布VT2和VT3的开关反映输出电压U0的极性，当负载为电动机时，就反映电动机的转向；而由VT1VD１和VT4VD4组成的上下臂则称为斩波臂，其控制极信号ug1和ug4在相位上互补，开关周期为T，其脉宽DT决定于uＳ的幅值。即输出电压U0的幅值。2.工作过程分析(1)uS＞0时的情况电路具有两种工作模式，第一种是VT1和VT3导通(由于ug1和ug3均为高位)，输出电压u0＝Ｕd，输出电流i0线性上升，负载从电源吸取能量；第二种工作模式是VT1、VD2(或VT3、VD4)导通，u0=0，负载电感释放能量，负载电流i0下降。(2)uS=0时的情况(3)uS＜0的情况控制极电压时序如图2-38e，电路也有两种工作模式：第一种是VT2和VT4导通，u0=-Ud，i0负向增长；第二种是VT2和VD1(或VT4和VD3)导通，u0=0，输出电压平均值U0=-DUd。2.8双极性PWM四象限电路2.8.1电路工作原理分析*2.8.2PWM四象限桥式电路在可逆直流调速系统中的应用2.8双极性PWM四象限电路图2-40双极性PWM四象限电路a)半桥电路b)全桥电路c)电量波形2.8.1电路工作原理分析1.控制极电压的时序分布2.输出电流脉动量ΔＩ0的估算1.控制极电压的时序分布图2-41占空比D与控制电压的关系曲线2.输出电流脉动量ΔＩ0的估算在相同的电路条件下，单极性电路的电流脉动小，但在轻载下会出现电流断续；双极性电路的电流脉动大，但在轻载下不会出现电流断续。*2.8.2PWM四象限桥式电路在可逆直流调速系统中的应用1.双极性PWM四象限桥式电路的开环机械特性逆直流调速系统带反抗型负载，其转矩特性如图2-42所示，反抗性负载转矩是恒转矩负载的一种常见形式，是由摩擦阻力产生的转矩，故又称摩擦转矩，其特点是不管运动图2-42带摩擦型负载的双极性PWM可逆。1.双极性PWM四象限桥式电路的开环机械特性图2-42带摩擦型负载的双极性PWM可逆直流调速系统的开环机械特性1.双极性PWM四象限桥式电路的开环机械特性(1)UC1637的主要性能1)可用于单电源或双电源电路。2)两独立输出端能提供平均电流为100mA的PWM信号并与主电路直耦。3)PWM载波频率为30kHz，由外接电阻电容值决定。4)设有限流和欠电压封锁等保护措施。(2)系统基本结构由图2-43a可见，调速系统由全桥式变换电路、直流电动机负载(他激式)、驱动电路和控制电路四个部分组成。(3)UC1637输出级及MOSFET栅极驱动电路的工作原理分析由图2-43可见，这两部分电路直接耦合，因此一起分析比较方便。1.双极性PWM四象限桥式电路的开环机械特性1)u1=0、u2=1的情况：即N1输出处低位而N2输出处于高位的状态，于是VT1截止，电流IA流入VT2基极并使VT2导通，输出端Ａ对电源中点O之间电压uＡ0＝Ｕd,于是图2-43a中VT7截止而VT8导通，VF4栅荷沿T8释放，VF4关断；与此同时，VF1栅极因加上负栅压Ud(经RA和T8)反向充电而转为导通，桥左侧输出端a对O之间电压ua0=Ｕd；与此同时，由于u2=1，VT4和VT6导通而VT5截止；ub0=-Ud，于是VT9导通，T10截止，VF2和VF3均加有正栅压，因此VF2关断而VF3导通，桥右侧输出电压ub0=-Ud，故桥输出电压uab=ua0-ub0=2Ud。2)u１=1，u2=0的情况：由于u1=1，VT1和VT3导通而VT2截止，uA0=-Ud；由于u2=0，VT4和VT6截止而VT5导通，ub0=Ud，于是全桥电路中有VT7和VF4导通，ua0=-Ud；VT10和VF2导通，ub0=Ud，uab=ua0-ub0=-2Ud。1.双极性PWM四象限桥式电路的开环机械特性3)u1=u2=1的情况：引用上面分析，当u1=1时有ua0=-Ud；u2=1时有ub0=-Ud，因此uab=ua0-ub0=0。(4)三角形载波发生电路由图2-43b中CP1、CP2和F1组成自激式非正弦振荡电路，其输出对称三角波加到PWM信号比较器CP3和CP4的输入端，作为PWM信号的载波电压uC，其重复频率fc取决于外接元件R3和C1的数值。1.双极性PWM四象限桥式电路的开环机械特性(5)PWM信号生成电路PWM信号生成电路由CP3和CP4组成，由图2-43b可见，载波信号uC同时接到CP3的同相端和CP4的反相端。(6)反馈控制(7)限流保护为在系统过载时保障桥中器件的安全，设置了限流电路，它由限流比较器CP6实现，CP6反相端串接电流动作设定值(200mV)，电流信号取自采样电阻Rk，当桥入端电流iβ超过设定值时，CP6动作并输出高电平使F2和F3复位，其Q端输出电压uF2和uF3均由高位降为低位。1.双极性PWM四象限桥式电路的开环机械特性(8)欠电压保护和系统关机N1和N2的第二个入端信号来自欠电压封锁电路UVL和关机比较器CP5出端，当电源电压Ud＞4.5V时，UVL输出高位，VD5截止，当14脚外接电压低于2.5V时，CP5输出高位，VD6也截止，因此uL=1；相反若UVL或CP5动作，VD5或VD6导通，则uL=0，由此可见uL的电位受UVL和CP5状态的控制，前者用来作欠电压封锁保护，后者用来作为开关机或延时起动。