电力电子技术 教学课件 作者 高文华 电力电子技术模块4.ppt

模块4 直流斩波变换电路 4.1 概述 4.2斩波电路基本原理 4.3降压斩波电路 4.4升压斩波电路 4.5升降压斩波电路 4.6其他形式斩波电路 4.7任务实施---直流斩波电路测试 4.8知识拓展---斩波电路应用 小结 4.1 直流斩波变换电路概述 直流斩波电路：将一个固定的直流电压变换成大小可变的直流电压的电路。也称之为直流变换电路。 直流斩波技术的应用：被广泛应用于开关电源及直流电动机驱动中，如不间断电源(UPS)、无轨电车、地铁列车、蓄电池供电的机动车辆的无级变速及电动汽车的控制。从而使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能，并同时收到节约电能的效果。 直流变换系统的结构如图4-1所示: 4.2 斩波电路基本原理 基本斩波电路工作原理 降压式斩波电路的输出电压平均值低于输入直流电压Ud 。 最基本的降压式斩波电路如图4-2所示：Q为斩波开关，是斩波电路中的关键功率器件，它可用普通型晶闸管、可关断晶闸管GTO或者其它自关断器件来实现。 4.2 斩波电路基本原理 实际应用中负载多为电感性，多采用如图4-3所示电路。 稳态分析表明，若输出端上的电容C很大，则输出电压可近似为常数uo(t)≈UO。由于稳态时电容器的平均电流为零，因而电感中的平均电流等于输出平均电流。根据电感中的电流连续与否，以下分别对电流连续和电流不连续（断续）的两种工作模式进行讨论。 4.3 降压式斩波变换电路 V导通 4.3 降压式斩波变换电路 在电流连续导通工作模式状态下，降压式变换电路等效于一个直流变压器，其等效变比可以通过控制开关的占空比k在０到１的范围内连续控制。 电路参数的变化将导致电感电流导通模式的变化，即电感电流由连续变为不连续。如图4-5a所示为电流临界连续状态时的uL和iL波形。 一、电流临界连续时 i0min＝０ 平均电感电流 二、电流不连续导通时的工作模式 电流不连续导通的工作模式分为输入电压Ud不变和输出电压UO不变两种情况，这里主要介绍Ud不变的非连续导通模式。 4.3 降压式斩波变换电路 假定Ud和所有参数不变，对于连续导通模式来说在k=0.5时输出的电流最大，其值为 4.3 降压式斩波变换电路 三、输出电压纹波 斩波电路的输出端所接电容不可能无穷大，输出电压含有脉动成分，如图6-8波形所示。在连续导通工作模式中，假定iL中的谐波分量通过电容器短路，其直流分量流过负载电阻。图中阴影部分表示由电容C存贮并释放的电荷ΔQ。 纹波电压的峰－峰值ΔUO： 其纹波电压相对值： 4.4 升压式斩波电路 4.4 升压式斩波电路 二、电流连续导通时的工作模式 V导通：电感储能，负载由电容C供电。 V关断：电感释放能量，与Ud一起作用向负载供电。 电感电压在一个周期内的平均值为0 4.4 升压式斩波电路 临界连续导通时，电感中的电压和电流波形如图4-9a所示。该工作模式下,iL在关断结束时刚好变为零。此时流过电感中的电流平均值为 4.4 升压式斩波电路 在升压式斩波电路的大多数应用中都需要Uo保持不变。只要占空比可以调整，就允许输入电压变动。 Io、ILB 与占空比k的函数关系如图4-9所示。由图可知，ILB在k=0.5时出现最大值ILBmax ，而IO在k＝1/3时出现其最大值Ioma 4.4 升压式斩波电路 三、电流不连续导通的工作模式 在Ud和k保持不变的条件下，逐步减小输出负载功率的，升压式变换电路从电流连续导通模式向不连续导通模式变化，波形如图4-10所示。图4-10a为连续导通时电感中的电压与电流波形；图4-10b为电流不连续导通时电感中的电压与电流波形。这两种情况的电流峰值iLm是一样的，但是非连续导通模式的输出功率将减小。 4.5 升降压斩波电路 2.升降压斩波电路基本工作原理 3.数量关系 4.6 其他形式斩波电路 同理： 3.Zeta斩波电路原理 V处于通态期间，电源E经开关V向电感L1贮能。 V关断后，L1－VD－C1构成振荡回路， L1的能量转移至C1，能量全部转移至C1上之后，VD关断，C1经L2向负载供电。 输入输出关系： 4.7 任务实施--- 直流斩波电路测试 ★ 采用THPDD实训台、双踪示波器、万用表、数字表等进行实训。 ★ 控制与驱动电路控制电路以SG3525 为核心构成 ★ 绘制相应斩波电路原理图。 ★ 连接实际接线图。 ★ 调节PWM 脉宽调节电位器改变Ur，用双踪示波器分别观测SG3525 的第11 脚与第14 脚的波形，观测输出PWM 信号的变化情况，并记录。 ★ 用示波器分别观测A、B 和PWM 信号的波形，记录其波形、频率和幅值。 ★