直流斩波电路【PPT课件】.ppt

* 第4章 直流斩波电路 4.1 概述 用斩波器斩切直流的基本思想是:如果改变开关的动作频率,或改变直流电流接通和断开的时间比例,就可以改变加到负载上的电压、电流平均值。 4.1.1 DC-DC功率变换电路 将一个直流电压变换成为另一个直流电压,被称为DC-DC的功率变换。 图4-1 DC-DC功率变换器类型 a) 逆变-整流型 b) 斩波器 逆变-整流型DC-DC变换器由逆变和整流两个功率变换环节共同构成 ◤图4-2所示就是一种推挽式DC-DC功率变换器的结构示意图,它是由恒压恒频逆变器(CVCF inverter)和高频整流电路两个环节构成的 ◢ ◤斩波控制型DC-DC功率变换器也就是直流斩波器,则是一种从DC到DC的直接功率变换器◢ ◤由于只有一级变换,因而具有效率高、体积小、重量轻、成本低等优点◢ ◤斩波器可以由多种形式的脉冲宽度调制技术加以控制,使得它能更好地利用开关器件◢ 4.1.2直流斩波器及其分类 ◤依直流斩波器的功能可以分为:功率控制型、调压型、调阻型等等 ◢ ◤按直流斩波器输入输出电压间关系可以分为:当Uo大于Uin时,称其为升压斩波器(Boost Converter );当Uo既可以小于Uin也可以大于大于Uin时,称其为反转斩波器或升降压斩波器(Buck-Boost Converter ) ◢ ◤按斩波开关所采用的器件分类:BJT斩波器、MOSFET斩波器、IGBT斩波器、Thyristor斩波器等等 ◢ ◤按直流电源与负载间的能量传递关系对斩波器分类 :输出电压和电流皆不可逆的称为单象限斩波器;仅输出电流或输出电压可逆的称为两象限斩波器;输出电流和电压都可逆的称为四象限斩波器 ◢ 4.2 直流斩波电路的工作原理 4.2.1 降压斩波电路 图4-3 带纯电阻负载的降压斩波器工作原理 (a)主电路(b)输出电压、电流波形 纯电阻负载 由此可知,改变导通比,不仅能够控制斩波器输出电压的大小,而且能够控制其输出电流和输出功率的大小 电阻电感性负载 图4-4 带电阻电感性负载的斩波器 (a)主电路 (b)有关电压电流波形 在图4-3a)中,因负载是纯阻性的,所以斩波器的输出电流与输出电压波形相似,且都有很大的脉动。若要使负载电流平滑化,需在原电路基础上增加平波电抗器L和续流二极管DF,如图4-4a)所示。 (1)降压斩波器的输出电压平均值与输入电压之比,刚好等于斩波开关的导通时间与斩波周期之比。改变导通比就可以控制斩波器的输出电压和电流的平均值。 (2)在负载电流连续且可略去电流纹波影响时,此斩波电路有类似于变压器的规律:电压比与电流比成反比,其导通比则类似变压器的匝比k。 (3)在图4-4a的降压斩波电路中,由于电感的作用,使负载电流脉动减小、乃至连续,这是实际负载所期望的。因此该电路也是最常用的。人们把包含斩波开关S、电感L和续流二极管DF 的电路称为降压斩波器的主电路。 4.2.2 升压斩波电路 图4－5 升压斩波器的工作原理 图4-5a)所示电路为升压斩波器主电路。当开关S导通时,升压二极管VD承受反向电压而截止,其等效电路如图4-5b)所示。此时电源电压加在电感L上,电感电流iL增长,电感L储能增加,与此同时电容C向负载供电,电容电压下降。当开关S关断时,电感电流iL下降,电感L的感应电势改变极性,与电源电压叠加,强迫升压二极管VD导通,电源和电感同时为负载供电和向电容C充电,由此得到一个比电源电压还高的输出电压,其等效电路如图4-5c)所示。 4.3 斩波电路的控制 4.3.1斩波电路的三种控制方式 一 时间比控制方式(Time Rate Control —— TRC) 图4-6 时间比控制时斩波器闭环控制系统框图 时间比控制方式可以分为定频调宽、定宽调频和调宽调频三种类型,并且定频调宽是这三种控制方式中应用最为广泛的一种。 定频调宽 图4-7 定频调宽的时间比控制 定宽调频 图4-8 定宽调频的时间比控制 调频调宽 图4-9调频调宽的时间比控制 二 瞬时值控制方式 图4-10 瞬时值控制方式 (a)控制系统方框图 (b)输出电压电流波形 分别预先给定电流或电压的上限值与下限值,将其与实际电流或电压的瞬时值进行比较,当实际电流或电压达到给定上限值或下限值时,关断或开通斩波器。这种控制方式就是瞬时值控制方式。 (a)实现电路 (b) 输入输出关系 图4-11 回差比较器的工作原理 三、时间比与瞬时值相结合的控制方式 图4-12 时间比与瞬时值相结合的控制方式 (a)控制系统框图 (b)输出电压电流波形 4.3.2 PWM(Puls