电力电子技术——直流斩波电路.doc

第3章 直流斩波电路 ? 直流斩波电路（DC Chopper）?将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电,也称为直接直流直流变换器（DC/DC Converter）,一般是指直接将直流电变为另一直流电，不包括直流—交流—直流。习惯上，DC—DC变换器包括以上两种情况，且甚至更多地指后一种情况直流斩波电路的种类?? 6种基本斩波电路：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路，其中前两种是最基本的电路?? 复合斩波电路——不同基本斩波电路组合? 多相多重斩波电路——相同结构基本斩波电路组合　 第一节 基本斩波电路　 重点：最基本的2种——降压斩波电路和升压斩波电路。3.1.1 降压斩波电路??? 斩波电路的典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载，两种情况下负载中均会出现反电动势，如图3-1中Em所示??? 工作原理，两个阶段???? t=0时V导通，E向负载供电，uo=E，io按指数曲线上升???? t=t1时V关断，io经VD续流，uo近似为零，io呈指数曲线下降???? 为使io连续且脉动小，通常使L值较大 图3-1 降压斩波电路的原理图及波形a）电路图 b）电流连续时的波形 c）电流断续时的波形??? 数量关系电流连续时，负载电压平均值（3-1）a——导通占空比，简称占空比或导通比Uo最大为E，减小a，Uo随之减小——降压斩波电路。也称为Buck变换器（Buck Converter）。负载电流平均值I=Ud/R（3-2）电流断续时，uo平均值会被抬高，一般不希望出现??? 斩波电路三种控制方式（1）脉冲宽度调制（PWM）或脉冲调宽型——T不变，调节ton（2）频率调制或调频型——ton不变，改变T（3）混合型——ton和T都可调，使占空比改变其中PWM控制方式应用最多,基于“分段线性”的思想，可对降压斩波电路进行解析3.1.2 升压斩波电路1. 升压斩波电路的基本原理 图3-2 升压斩波电路及其工作波形a）电路图 b）波形??? 工作原理:????假设L值、C值很大?????V通时，E向L充电，充电电流恒为I1，同时C的电压向负载供电，因C值很大，输出电压uo为恒值，记为Uo。设V通的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为EI1ton???? V断时，E和L共同向C充电并向负载R供电。设V断的时间为toff，则此期间电感L释放能量为????? 稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等（3-20）化简得：（3-21），输出电压高于电源电压，故称升压斩波电路。也称之为boost变换器——升压比，调节其即可改变Uo。将升压比的倒数记作β，即?。β和导通占空比α有如下关系：（3-22）因此，式（3-21）可表示为（3-23）??? 升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因???? L储能之后具有使电压泵升的作用???? 电容C可将输出电压保持住2. 升压斩波电路的典型应用???? 直流电动机传动???? 单相功率因数校正（Power Factor Correction—PFC）电路???? 用于其他交直流电源中 图3-3 用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形a） 电路图 b） 电流连续时 c） 电流断续时??? 用于直流电动机传动时???? 通常用于直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源???? 实际L值不可能为无穷大，因此有电动机电枢电流连续和断续两种工作状态???? 电机反电动势相当于图3-2中的电源，此时直流电源相当于图3-2中的负载。由于直流电源的电压基本是恒定的，因此不必并联电容器。??? 电路分析基于“分段线性”的思想进行解析V处于通态时，设电动机电枢电流为i1，得下式（3-27）式中R为电机电枢回路电阻与线路电阻之和。设i1的初值为I10，解上式得（3-28）当V处于断态时，设电动机电枢电流为i2，得下式：（3-29）设i2的初值为I20，解上式得：（3-30）当电流连续时，从图3-3b的电流波形可看出，t=ton时刻i1=I20，t=toff时刻i2=I10，由此可得：（3-33）（3-34）把上面两式用泰勒级数线性近似，得（3-35）该式表示了L为无穷大时电枢电流的平均值Io，即（3-36）对电流断续工作状态的进一步分析可得出：电流连续的条件为（3-38）根据此式可对电路的工作状态作出判断。 3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路　 1. 升降压斩波电路 图3-4 升降压斩波电路及其波形a）电路图 b）波形设L值很大，C值也很大。使电感电流iL和电容电压即负载