电力电子技术 教学课件 作者 曾方 第三章.ppt

第3章 直流调压电路 3.1 全控型电力电子器件 电流临界连续时的电感值为： 电压绞波的峰值变化量为： Boost直流变换电路的效率很高，一般可达92％以上。 3.3.3 库克直流电压变换电路 库克（Cuk）电路属升降压型直流电压变换电路，即输出电压的平均值既能高于输出电压又能低于输入电压。电路形式如图所示。图中L1和L2为储能电感，D是快恢复续流二极管，C1是传送能量的耦合电容，C2为滤波电容。这种电路的特点是，输出电压极性与输入电压相反，输出端电流的交流绞波小，输出直流电压平稳，降低了对外部滤波器的要求。 在整个周期电容C1从输入端向输出端传递能量，只要L1、L2和C1足够大，则可保证输入、输出电流是平稳 输出电压U0为： 3.4 二象限直流电压变换电路 全桥型直流电压变换电路。它即可以实现电源向负载传送电能，又可以实现负载向电源传送电能，所以又可称之为二象限直流电压变换电路。对于同一个全桥式直流电压变换主电路，只要改变对开关元件的控制方式，电路的功能就不同。 图中开关元件S1、S2、S3、S4两端分别反并联开关二极管D1、D2、D3、D4，L、R是电感性负载。Ud为幅值不变的直流输入电压，u0为幅值和极性均可变化的输出直流电压。输出电压的极性是与输入电压相比，可以反相也可以同相。电路的控制方式也各不相同，根据输出电压波形的极性特点，可以分成双极性PWM控制方式和单极性的PWM控制方式。 3.4.1 双极性电压开关PWM控制方式 在双极性电压PWM控制方式中，开关S1、S4、和S2、S3分为两组，各组都具有相同的驱动脉冲，在理想条件下，同一桥臂上的开关（S1、S3、和S2、S4）互补导通。即S1、S4导通时，S2、S3关断；S2、S3导通时，S1、S4关断。在控制电路中产生一个控制电压uc和一个三角波电压utri，控制电压uc与三角波电压utri比较就可产生两组开关的PWM驱动信号，波形如所示 当控制电压大于三角波电压即uC＞utri时，S1和S4导通，S2和S3关断，输出电压uo与电源电压Ud相等并且极性相同，即uo＝Ud；当控制电压小于三角波电压即uC＜utri时，开关S1和S4关断，S2、S3导通，输出电压与输入电压极性相反，但大小相等，即uo＝－Ud。 在输出电压uo＞0期间，电源为负载提供电能，电感L开始储能，负载电流io线性增加，io的实际方向从电源流向负载，io＞0，所以电路工作在第一象限。 当uo＜0时，由于电感L要产生电动势阻止电流io的变化，io不能突变，只能线性减小，在电感释放电能未结束之前，io的方向是不改变的，即io＞0，此时电路电压uo＜0，所以此时电路工作在二象限，负载将电能送回给电源。 如果电感L足够大，或uo＜0的时间较短，则电感L上的能量在uo＜0的整个期间是不会释放完全的，期间保持io＞0，波形如图(b)所示。可以看出，在一个周期T内，负载电流的平均值Io＞0。 uo是以±Ud为幅值的方波。因此，输出电压的平均值为： 可得第一组开关的占空比为： 在这种控制方式中，输出电压的平均值U0随控制信号uC线性变化。 值得注意的是，这种电路的平均输出电流I0可正可负。在I0＞0时，直流电源向负载端传送能量；在I0＜0时，输出负载端向电源端传输能量。 3.4.2 单极性电压开关PWM控制方式 全桥型DC/DC变换电路，如果改变控制方式，使输出电压的平均值具有单极性，其控制方法被称为单极性电压开关PWM控制。 如果控制信号使开关S1和S2同时接通，或者S3和S4同时接通，则不管输出电流io的方向如何，输出电压uo始终为零。利用这一特点，由三角波形电压utri与控制电压uC和－uC作比较，以确定桥臂S1、S3和S2、S4的驱动信号。 平均输出电压U0的表达式 在单极性电压开关PWM控制方式中，输出电压平的均值U0随控制电压uC线性变化。不管输出电流Io＞0或Io＜0，Uo始终为正值。 注意，在单极、双极性电压开关控制两种方法中，若开关频率相同，则单极性控制方法中输出电压的谐波频率是双极性控制方式开关频率的两倍。因此其频率响应好，交流绞波幅值小。 3.5 直流电压调节的应用 3.5.1 直流调压电路的控制 直流调压的关键是D值的调节，在实际应用中一般都用特定的集成脉宽调制器来实现PWM调节。 1.TL494集成脉宽调制器 TL494是美国德州仪器公司生产的电压驱动型脉宽调制器。是典型的固定频率脉宽调制控制集成电路