电力电子课件（丘东元版）5 直流-直流变流电路.pptVIP

第5章 直流-直流变流电路 丘东元 导 言 DC－DC变换器（DC/DC Converter） 将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电 DC-DC变换输出的直流电压有两类不同的应用领域 一是要求输出电压可在一定范围内调节控制，即要求DC－DC变换器输出可变的直流电压，例如负载为直流电动机，要求可变的直流电压供电以改变其转速。 另一类负载则要求DC-DC变换器的输出电压无论在电源电压变化或负载变化时都能维持恒定不变，如直流开关稳压电源要求输出恒定的直流电压。 导 言 DC－DC变换器常按输入与输出间是否有变压器隔离分为两类 直接直流变流电路 也称斩波电路（DC Chopper）。 一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。 间接直流变流电路 在直流变流电路中增加了交流环节（DC-AC-DC）。 在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称为直-交-直电路。 本章安排 5.1节 六种基本斩波电路－－无变压器隔离 降压斩波电路（最基本的电路之一） 升压斩波电路（最基本的电路之二） 升降压斩波电路 Cuk斩波电路 Sepic斩波电路 Zeta斩波电路 5.2节 复合斩波电路 — 不同基本斩波电路组合 5.2节 多相多重斩波电路 — 相同结构基本斩波电路组合 5.3节 间接直流变流电路 — 逆变电路、整流电路及中间 变压器 5.1.1 降压斩波电路（Buck Chopper） 主电路由全控型开关管V、二极管VD、电感L和电容C组成 对开关管V施加驱动信号ug，进行高频周期性的通－断控制。 开关周期为T 开关频率f = 1/T 导通占空比（简称占空比）a=ton /T 直接直流变换电路的分析思路 分段线性电路 电感伏秒平衡原理 电感电压与电感电流的关系 稳态时， 电感电压uL在一个开关周期T内对时间的积分为零－电感伏秒平衡原理 降压斩波电路的基本原理 V导通时（ton期间），电源电压E通过开关V加到二极管VD和输出滤波电感L、输出滤波电容C上，VD承受反压截止。 假设输出滤波电容C很大，输出电压Uo保持不变，电感电压为 电感电流iL 线性增长 降压斩波电路的基本原理 V关断时（toff期间），iL通过二极管VD续流 此时加在电感L上的电压为 iL线性减小 电感电流连续时的数量分析 电感电流连续时降压斩波电路的输出电压为 若假定该变换器无损耗，输入功率等于输出功率，那么输出平均电流Io与输入平均电流I1的关系为 降压斩波电路的控制方式 电感电流连续时，已知输出电压的大小为 只要改变开关管在一个周期中的导通占空比，就可改变输出电压。 控制方式按调制的方式不同而划分 保持T不变，调节ton — 脉冲宽度调制（PWM）－－－最常用！！ 保持ton不变，调节T — 频率调制 ton和T都可调，改变占空比 — 混合型 电感电流断续时的数量分析 当电感L较小，不能维持电感电流连续时，降压斩波电路出现第三种开关模态。 T-ton-tx期间，V和VD均截止，iL为零，电感电压也为零。 电感电流断续时输出电压为 降压斩波电路的应用举例 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，如图中EM所示 降压斩波电路拖动直流电动机 工作原理 t = 0时刻，驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压（二极管电压）uo=E，负载电流io按指数曲线上升。 t = t1时刻，控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小通常使串接的电感L值较大。 降压斩波电路拖动直流电动机（电流连续） 电流连续时的数量关系 负载电压平均值 Uo最大为E，减小占空比a，Uo随之减小。 负载电流平均值 降压斩波电路拖动直流电动机（电流连续） V通态期间，设负载电流为i1，可列出如下方程： 设此阶段电流初值为I10， ? = L/R，解上式得 降压斩波电路拖动直流电动机（电流连续） V断态期间，设负载电流为i2，可列出如下方程： 设此阶段电流初值为I20，解得： 降压斩波电路拖动直流电动机（电流连续） 当电流连续时，有： 即V进入通态时的电流初值就是V在断态阶段结束时的电流值，反过来，V进入断态时的电流初值就是V在通态阶段结束时的电流值。 降压斩波电路拖动直流电动机（电流连续） I1