直流电压变换电路.doc

第七章 直流电压变换电路 目的要求 1．掌握直流电压变换电路的基本原理和三种控制变换方式。 2．了解晶闸管直流电压变换电路的工作原理及晶闸管换流原理。 3．掌握降压和升压直流变换电路的工作原理及库克（Cuk）电路的工作原理。 4. 了解复合直流电压变换电路的组成及应用。 主要内容及重点难点 1. 直流电压变换电路的基本原理 2. 直流电压变换电路的三种控制变换方式 3. 晶闸管直流电压变换电路的工作原理 4. 晶闸管换流原理 5. 降压及升压直流变换电路的工作原理 6. 库克（Cuk）电路的工作原理 7. 复合直流电压变换电路的组成以及应用 直流电压变换电路的工作原理及分类 直流电压变换电路也称为直流斩波器，它是将直流电压变换为另一固定电压或大小可调的直流电压的电路。具有效率高、体积小、重量轻、成本低等优点，广泛地应用于可控直流开关稳压电源、直流电动机调速控制和焊接电源等。 一、直流电压变换电路的工作原理 1．电路构成：如图7-1所示为直流电压变换电路原理图及工作波形图， R为负载；S为控制开关，是电路中的关键功率器件，GTO或者其它自关断器件来实现。 2．电路输出波形： a) b) 图7-1 直流电压变换电路原理图及工作波形 a) 电路原理图 b) 工作波形 3．工作原理分析： 当开关S闭合时，负载电压uo=Ud，并持续时间ton，当开关S断开时，负载上电压uo=0V，并持续时间toff。则T=ton+toff为直流变换电路的工作周期，电路的输出电压波形如图7-1b所示。若定义占空比为，则由波形图上可得输出电压得平均值为 （7-1） 只要调节k，即可调节负载的平均电压。 二、直流电压变换电路的三种控制方式 直流电压变换电路主要由以下三种控制方式。 1) 脉冲宽度调制(PWM)：脉冲宽度调制也称定频调宽式，保持电路频率f ＝ l／T不变，即工作周期T恒定，只改变开关S的导通时间ton。 2) 频率调制(PFM)：频率调制也称定宽调频式，保持开关S的导通时间ton不变，改变电路周期T ( 即改变电路的频率)。 3)混合调制：脉冲宽度(即ton)与脉冲周期T同时改变，采取这种调制方法，输出直流平均电压uo的可调范围较宽，但控制电路较复杂。 注：在直流变换电路中，比较常用的还是脉冲宽度调制（原因略）。 三、直流电压变换电路的分类 1．按照稳压控制方式：脉冲宽度调制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)直流电压变换电路； 2．按变换电路的功能分类：降压变换电路(Buck)、升压变换电路 (Boost)、升降压变换电路(Buck-Boost)、库克变换电路(Cuk)和全桥直流变换电路。 第二节 晶闸管直流电压变换电路 早期的直流电压变换电路大多是由晶闸管组成的。因为在直流电压电源情况下，晶闸管本身无自关断能力，必须采取强迫换流，但这使电路变得比较复杂。 一、晶闸管直流电压变换电路的工作原理 1．电路构成：如图7-2a示为由晶闸管构成的直流电压变换电路。晶闸管V作为开关器件，电容C和电感L组成振荡电路，实现晶闸管的换流和自行关断。VD为续流二极管，负载为带足够大平波电抗器LG的直流电动机。 a) b) 图7-2 由晶闸管构成的直流变换电路 a)电路 b)输出电流、电压波形 2．波形： 3．工作原理分析： ①当V导通时， Ud向负载电机输送能量，电路的输出电压u＝Ud，续流二极管反向偏置，负载电流i由于平波电抗器LG的作用，在LG足够大的情况下，其波形如图7-2b所示，即电流的变化滞后电压的变化。 ②当V阻断时，原储存在LG中的能量经VD对负载续流，电路输出电压u＝0，负载电流i逐渐减少，但由于LG足够大，因此在V阻断时电流仍然连续。第二个周期则重复前述过程。此时，电动机工作于正向电动运行状态，表现出负载电压与负载电流方向相同且都为正值。 二、晶闸管的换流原理 由于晶闸管是在直流电源下工作的，因而晶闸管的关断是实现本电路工作原理的关键。 1.晶闸管的关断由图7-3中的L、C组成的串联振荡电路实现。当V未加触发脉冲处于阻断时，电源Ud通过L、LG和直流电动机对电容C充电。当充电结束时，电容中的电流iC＝0，两端的电压极性为左正右负。同时，负载经续流二极管VD续流，负载电流i＝ID，如图7-3a所示。 图7-3 晶闸管换流原理 a)电容