电力电子技术(西电第二版)第4章 直流电压变换电路精选.ppt

图4-26　双极性电压开关PWM控制方式 　　由图4-26(a)可知，uo是以±UD为幅值的方波，因此输出电压的平均值为  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(4-35) 　　在理想条件下，Uo的大小和极性只受占空比D的控制，而与输出电流无关。在直流电机的驱动中，可方便地实现可逆调速。另一方面，从图4-26可写出三角波的表达式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(4-36) 　　在t＝t1时，utri＝uC，故上式可写成 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(4-37)　　观察波形图可知，第一组开关S1、S4开通的时间ton为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(4-38) 　　考虑到式(4-37)和式(4-38)，可得第一组开关的占空比为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(4-39)　　将式(4-39)代入式(4-35)，可得 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(4-40) 4.4.2　单极性电压开关PWM控制方式　　由分析可知，如果控制信号使开关S1和S2同时接通，或者S3和S4同时接通，则不论输出电流io的方向如何，输出电压uo始终为零。利用这一特点，由三角波形电压utri与控制电压uC和－uC作比较，以确定桥臂S1、S3和S2、S4的驱动信号。单极性电压开关PWM控制方式如图4-27所示。 图4-27　单极性电压开关PWM控制方式 　　在utri的正半周期，保持S1导通，S3关断。当uC＞utri时，S4导通，S2关断，uo＝UD；当uC＜utri时，S2导通，S4关断，此S1仍导通，即S1、S2同时导通，uo＝0。在utri的负半周期，保持S4导通、S2关断。当|－uC|＞|utri|时，S1导通，S3关断，uo＝UD；当|－uC|＜|utri|时，S1关断，S3导通，此时S4仍导通，即S3、S4同时导通，uo＝0。于是得到单极性电压开关PWM控制方法的电压、电流波形。 　　采用与双极性电压开关PWM控制同样的分析方法，可以得到平均输出电压Uo的表达式为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(4-41) 　　必须注意，在单极、双极性电压开关控制两种方法中，若开关频率相同，则单极性控制方法中输出电压的谐波频率是双极性控制方式开关频率的两倍，因此其频率响应好，交流绞波幅值小。 　　若忽略所有元器件的损耗，则在图4-19(a)所示的电路中，输入功率等于输出功率，即　　　　　　　　　　PD=Po也即 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(4-5) 　　因此输出电流Io与输入电流ID的关系为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(4-6)　　电感L中的电流iL是否连续，取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值大小。下面讨论电感L中的电流iL连续时的情况。 　　根据式(4-2)、式(4-3)可求出开关周期为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(4-7)由上式可得电感上电流的变化量为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(4-8) 　　在一个周期T内，由图4-22(b)可知，电感L的电流iL、电容C的电流iC以及负载R的电流io三者间瞬时值的关系为：iL＝iC＋io，由于电容电流在一个周期T内，T/2时间为正值，T/2时间为负值，且正、负半周期电流值相同，所以其平均电流为零， 如图4-22(d)所示。 　　因此电感电流的平均值与负载电流的平均值相等，即 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (4-9)将式(4-8)、式(4-9)同时代入关系式ΔIL=I2－I1可得　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(4-10) 　　当电感上的电流处于临界连续状态时，应有电感电流的最小值为零，即I1=0，将此式代入上式可求出维持电流临界连续的电感值为  (4-11) 　　在Buck电路中，如果滤波电容C的容量足够大，则输出电压Uo为常数。然而在电容为有限值的情况下，直流输出电压中将会有交流纹波成分。 　　由图4-22(d)中电容电流iC的波形可知，在一个周期内电流的平均值为零，那么在T/2时间内，电容充电或放电的电荷量可用波形图中阴影面积求解，即 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(4-12)　　由此输出电压的变化量为 并将式(4-12)代入，得再将式(4-8)代