电力电子变换器设计.docVIP

摘要 电力电子变换器是应用电力电子技术将一种电能转变为另一种或多种形式电能的装置。其中，直流变换器是一个重要部分，它是将一种直流电能转换成另一种或多种直流电能的变换器。DC/DC全桥变换器由DC/AC和AC/DC两种电路形式组合而实现直直变换的，其中DC/AC全桥逆变器的主电路只有一种，但控制方式有三种，其输出不仅与开关器件状态有关，且与负载性质和大小有关。在后两种控制方式中，电路是否具有续流管会直接影响其输出，同时在变换器的实际应用中还存在直流分量问题，其对电路性能有不良影响，要想办法抑制或消除。关键字：直流变换器、控制方式续流管、全桥逆变器、输出整流滤波电路、直流分量的抑制 目录 一 全桥逆换器及其控制 1.1 双极性控制方式 1.1.1 负载为纯电阻 1.1.2 负载为电感 1.2 有限双极性控制方式 1.3 移相控制方式 二 PWM DC/DC全桥变换器 2.1 具有续流管的DC/DC全桥变换器 2.2 没有续流管的DC/DC全桥变换器 三 DC/DC全桥变换器中直流分量的抑制 四 设计结论 五 设计体会 六 参考文献 一 全桥逆换器及其控制 DC/DC全桥变换器由全桥逆变器和输出整流滤波电路构成，首先就全桥逆变器的构成和工作原理做一下简单概述。 1.1 双极性控制方式 全桥逆变器的主电路如图1-1所示，有四只功率管~，反并联二极管~和输出变压器等构成。输入直流电源电压为，输出交流电压为，变压器的原边绕组接与两端。变压器原边绕组匝数为，副边匝数为，变比。 1.1.1 负载为纯电阻 晶体管为脉宽调制（PWM）工作方式，在一个开关周期的前半周，和导通，为占空比，，后半周期为和导通，导通时间也为。和导通时，和与和均截止时， 。故变压器副边开路时，变压器原边电压的波形如图1-1(b)所示。为一个方波电压。调节晶体管的导通时间，即改变占空比，就可以调节的宽度，从而调节的有效值的大小。副边电压波形与相同，幅值为。 (a) 全桥逆变器主电路 (b) 电阻负载时变压器原边电压和副边电流波形 (c) 电感负载时变压器原边电压和副边电流波形 图1-1 全桥逆变器 若副边接电阻负载，则有电流流过电阻，的波形与、相同，幅值，变压器原边电流的波形与副边电流相同，幅值 ，此式也可写成，，式中是副边电阻折算到原边的值。由此可见，若变压器为理想变压器，则接于变压器副边的电阻与不用变压器，而在两端接电阻的效果是一样的。故和导通时，流过和的电流为，和导通时的电流也为，此时反并于功率管的二极管 至中没有电流流过。 1.1.2 负载为电感 若变压器副边接电感负载，和导通时，，。在作用下，负载电流自零增加，增加速度为。该电流在，即和将关断时达到最大值，，。和关断后，该电流反向。在这个电压作用下电感电流减小，减小速度与和开通时的增长速度相同，如图1-1(c)所示。在这种情况下，变压器原边和副边电压波形和阻性负载时有很大不同，出现了一块阴影面积，在纯电感负载时此阴影面积和阻性负载时的面积大小相同。故输出电压的波形不仅由和的导通状态决定，而且与负载的性质有关。当占空比，即和的导通时间时，波形成为电角宽的方波，即在1/2至1的范围内变化时，和始终为方波，不受的影响。由此可见，全桥逆变器在感性负载时不宜采用这种脉宽控制方式。 1.2 有限双极性控制方式 全桥逆变器的另一种控制方式是有限双极性控制方式，它是让一个桥臂的两个管子（例如和）为PWM工作，另一桥臂的和轮流导通半个周期，和同时导通时间。这种控制方式时，逆变器空载和电阻负载时的输出电压和电流波形与上一种控制方式相同，如图1-2(a)所示。电感负载时，电压和变压器副边电流 波形如图1-2(b)所示。 和导通时，，变压器副边电压，负载电流的增长率，为负载电感量。在时，关断，续流，形成由、变压器原边绕组和构成的续流回路，故。因为该回路中没有外电源，若不计电路损耗，则电流保持不变，直到时，关断，和 导通，电流才下降。在这种控制方式下，和输出电压仅与开关器件状态有关，与负载性质和大小无关。 (a) 电阻负载时变压器原边电压和副边电流波形 (b) 电感负载时变压器原边电压和副边电流波形 图1-2 有限双极性控制方式下的全桥逆变器的主要波形 1.3 移相控制方式 全桥逆变器的第三种控制方式是移相控制方式，这种控制方式是和轮流导通，各导通电角，和也是这样，但和不同时导通，若先导通，后导通，两者导电差电角，如图1-3（a）所示。其中和分别先于和导通，故称和组成的桥臂为超迁桥臂，和组成的桥臂为滞后桥臂。移相控制时，空载电压波形和输出电压波形如图1-3（a）所示。与图1-1（b）和图1-2（a）相同。电阻负载时的电压和电流波形也与图1-1（b）和图1-2（a）相同。电感负载时的电压和电流波形如图1-3（b）所示，和图