电力电子课件动画第3章 直流－直流变器 53页.ppt

第3章 直流－直流变换器 直流－直流降压变换器（Buck变换器） 直流－直流升压变换器(Boost变换器) 两象限、四象限直流－直流变换器 多重、多相直流—直流变换器 带隔离变压器的直流—直流变换器 P15 3.1直流－直流降压变换器（Buck变换器） 电路的开关状态和工作波形 变压比、导通比的定义 用波形积分的方法求变压比 vEO的直流分量V0为: 用傅立叶分解方法求变压比和谐波分量 周期性函数可以分解为无限项三角级数——付立叶级数： 用傅立叶分解方法求变压比和谐波分量(续) F(ωt)也可表达为： 用傅立叶分解方法求变压比和谐波分量(续) 在许多实际的电力电子变换器中，由于电路开关通-断状态在时间上的对称性，使电压、电流波形具有某些特定的对称性，从而使其付立叶级数表达式中某些项系数为零，且其它项系数的计算也变得比较简单。物理上这种情况就是这时电流或电压波形中不存在某些电流或电压分量。 偶函数（奇函数）：正弦（余弦）项系数为零； 半波对称函数：偶次谐波为零； ?对称函数：偶次谐波为零，余弦项的系数为零； 直流分量、基波、谐波、纹波 在直流电路中分解后的常量可看成所需要的直流量，谐波都是不需要的量。 滤波 用开关电路的稳态条件求变压比 在开关电路中，常常利用电路前一周期初始状态与后一周期初始状态相同这一条件来求电路的稳态运行表达式。 电感电流； 电感磁通； 电容电压； 电容电荷； 用电感电流表达式求变压比 T导通、D截止 用电感电流表达式求变压比（续1） T 截止、 D导通 用电感电流表达式求变压比（续2） 稳态时： 输出电压波动量计算 电容C在一个开关周期内的充电电荷为： 降压电路的控制方法 PWM（Pulse Width Modulation） 周期不变，导通的时间变化，即导通比D改变从而改变变压比，控制输出电压。 电感电流不连续时电路的运行状态 前面的分析都是基于电路工作中电感电流始终连续来分析的，当运行中电流不连续时，电路就会出现第三种开关状态，此时T、D都截止。 电感电流不连续对运行的影响 电感临界连续电流计算 3.2 直流-直流升压变换器（Boost变换器） 理想Boost变换器的开关状态和工作波形 理想Boost变换器的变压比（1） 理想Boost变换器的变压比（2） 工作电流的平均值表达式 假定负载电流平均值为IO 工作电流的其他表达式 电感电流的脉动量为： 理想Boost变换器输出电压纹波的大小 理想Boost变换器开关器件所承受的最大电压 电感电流连续—临界连续—不连续 电感临界连续电流 电感电流断流的影响 BOOST电路的运行与控制 BOOST电路运行中一般也使用PWM控制； BOOST电路不能空载运行； BOOST电路运行时占空比不能接近1； BOOST电路输入电流脉动较小，运行中对电源的扰动小。 3.3 直流降压－升压变换器(Buck-Boost变换器） 3.5 两象限、四象限直流—直流变换器 直流电动机的特性 直流电机电枢绕组的反电势Ea与其励磁磁通和转速N的乘积成正比： 直流电机的四象限运行 3.5.1 两象限直流—直流变换器 第一象限工作 第二象限工作 3.5.2 四象限直流—直流变换器 第三、四象限运行等效电路 第三象限工作 第四象限 四象限直流—直流变换器 3.6 多相、多重直流—直流变换器 多相、多重直流—直流变换器原理 3.7 带隔离变压器的DC-DC变换器 引入隔离变压器目的: 实现输入电源和负载的电气隔离(提高安全可靠性和电磁兼容性) 匹配输入电压和输出电压 输出多个不同的直流电压 3.7.1 隔离型Buck变换器—单端正激变换器 单端变换器——变压器磁通仅在单方向变化 正激变换器——开关管导通时电源将能量直接传送给负载 T导通：Ton = DTs, N2、D2导电， N3、D1、D3截止： T截止： 减小；感应电势使D2截止；变压器激磁电流突变为零，过高的感应电压（ 很大）易使T损坏，为此增加绕组N3，T导电时D3反偏无作用。 T截止时激磁电流下降， 将 N3感应电势经D3反送至电源， 进一步减小到零; 经D1续流。 输出电压表达式推导 Ton=DTs期间 开关管两端的最大电压 T两端的反压为： 最大运行导通比 最大运行导通比(续) 双管正激变换器 T1和T2具有相同的占空比； T1、T2导通时，D1、D2反偏截止，电源通过变压器向负载输送能量；T1、T2截止时，iL经D续流，变压器激磁电流经D1、D2返回电源，起去磁作用。 不需要专门的去