PWM直流斬波器功率開關器件的對偶

2013-08-20 11:55 來源:電子信息網 作者:鈴鐺

半導體開關器件是有極性的,因此在用開通與關斷互為對偶這一基本原則,以決定開關管或開關二極管的對偶器件時,要注意它們的極性。當然,二極管的對偶器件還是二極管,開關管的對偶器件也仍然是開關管。

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如圖1晶體管開關電路


如圖1(a)是一個串聯(lián)晶體管原電路,如圖1(b)為它的對偶電路。其中開關管V與V'對偶,電壓源與電流源對偶,電阻R與電導G對偶。電路中各支路的正方向是給定的,稱為有向支路。由有向支路組成的有向圖,可以畫出任一電路的有向主電路圖。在畫對偶有向圖時,對偶有向支路必須與原有向圖中相應支路成90°,并了解對偶圖的正方向規(guī)則。

規(guī)則1:原電路中取順時針方向為網孔電流正方向,則對偶電路中獨立節(jié)點(才目對于參考節(jié)點)的電壓極性為正。原電路中含無源元件的有向支路反時針方向轉90°,即得到其對偶有向支路。

規(guī)則2:原電路中沿網孔電流正方向的電位升U與對偶電路中流向獨立節(jié)點的電流源I對偶。原電路中含電壓源U的有向支路(電流沿電位升方向)順時針方向轉90°,即得其對偶有向支路中電流源I的方向。

理想的開關管在導通時,可以看做是阻值為零的電阻;關斷時,可以看做是阻值為無窮大(∞)的電阻。因此,求對偶開關管極性時,含開關管的有向支路可以和含無源元件的有向支路一樣處理。于是求對偶開關管極性的規(guī)則如規(guī)則3.

規(guī)則3:含開關管V的有向支路反時針方向轉90°,即得含對偶開關管V′的有向支路,從而可以確定對偶開關管V'的極性。

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如圖2晶體管開關電路的有向圖


如圖1(a)原電路的有向圖如圖2(a)所示,如圖2(b)為應用上述規(guī)則求對偶有向圖的過程:應用規(guī)則1決定含G的有向支路方向;應用規(guī)則2決定含電流源Ii的有向支路方向;應用規(guī)則3決定含V'的有向支路方向,從而可以決定對偶開關管V'的極性。

最后得到對偶電路的有向圖,如圖2(c)所示。

求對偶開關二極管極性的規(guī)則,以如圖3最簡單的整流電路為例,說明如下:

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如圖3二極管整流電路

如圖3(a)是二極管整流電路,如圖3(b)為其對偶電路。如圖4說明與如圖3(a)對偶電路有向圖的構成過程。如圖4(a)為原電路的有向圖,如圖4(b)為求對偶有向圖的過程,比較如圖4(b)和如圖2(b),可見用規(guī)則1、規(guī)則2可以決定含G和含電流源I,的有向支路方向。在決定對偶二極管D'的極性時,注意到如圖3(a)整流電路中,二極管D處于正向導通狀態(tài),則對偶二極管D'應處于反向關斷狀態(tài),如圖3(b)所示。

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如圖4二極管整流電路的有向圖

比較如圖3(b)和如圖1(b),可見對偶二極管D'和對偶開關管V'的極性正好相反。求對偶開關二極管的極性規(guī)則與求對偶開關管的極性正相反,如規(guī)則4.

規(guī)則4:含二極管D的有向支路順時針方向轉90°,即得含對偶二極管D'的有向支路,從而可以確定對偶二極管的極性。

PWM D斬波器

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