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第四章直流一直流(DC-DC)变换

将大小固宦的直流电压变换成大小可调的直流电压的变换称为DC-DC变换，或称直流斩波。直

流斩波技术可以用来降压、升压和变阻,已被广泛应用于直流电动机调速、蓄电池充电、开关电源等方

面，特别是在电力牵引上，如地铁、城市轻轨、电气机车、无轨电车、电瓶车、电铲车等。这类电动

车辆一般均采用恒立直流电源(如蓄电池.不控整流电源)供电，以往采用变阻器来实现电动车的起动.

调速和制动，耗电多、效率低、有级调速、运行平稳性差等。釆用直流斩波器后,可方便地实现了无级

调速、平稳运行,更重要的是比变阻器方式节电(20~30)%,节能效果巨大。此外在AC-DC变换中，还

可采用不控整流加直流斩波调压方式替代晶闸管相控整流，以提髙变流装置的输入功率因数，减少网

侧电流谐波和提高系统动态响应速度。

(；

DC-DC变换器主要有以下几种形式：l)Buck(降压型)变换器；(2)Boost(升压型)变换^(3)

Boost-Buck(升■降压型)变换器;(4)Cuk变换器;(5)桥式可逆斩波器等。其中Buck和Boost为基本

类型变换器，Boost-Buck和Cdk为组合变换器，而桥式可逆斩波器则是Buck变换器的拓展。此外还

有复合斩波和多相、多重斩波电路，它们更是基本DC-DC变换器的组合。

4.1DC-DC变换的基本控制方式

DC-DC变换是采用一个或多个开关(功率开关器件)将一种直流电压变换为另一种直流电压。当输

入直流电压大小恒左时,则可控制开关的通断时间来改变输出直流电压的大小，这种开关型DC-DC变

换器原理及工作波形如图4-1所示。如果开关K导通时间为口,关断时间为滋，则在输入电压E恒定

条件下，控制开关的通、断时间％»、张的相对长短,便可控制输出平均电压u()的大小，实现了无损

耗直流调压。从工作波形来看，相当于是一个将恒定直流进行“斩切”输出的过程,故称斩波器。

斩波器有两种基本控制方式：时间比控制和瞬时值控制。

图4一1DC-DC变换器原理电路及工作波形

(a)原理电路;(b)工作波形

4.1.1时间比控制

这是DC-DC变换中采用最多的控制方式，它是通过改变斩波器的通、断时间而连续控

制输岀电压的大小。即

(4-1)

式中朋败为斩波周期：了为斩波频率：~为导通比。可以看出，改

变导通比必即可改变输出电压平均值U。,而必的变化又是通过对T、几”控制实现的。时间比控制又

有以下几种实现方式：

（1）脉宽控制

斩波频率固左（即T不变），改变导通时间：实现必变化、控制输岀电压U。大小，常称定频调

宽，或脉宽调制（直流PWM）

O

实现脉宽控制的原理性电路及斩波器开关控制信号波形如图4-2所示。图（“）为一电压比较器,S•

为频率固定的锯齿波或三角波电压，Q为直流电平控制信号，其大小代表期望的斩波器输出电压平均

值厲。当•，比较器输出（高）；当66,6＞股二”『（低），从而获得斩波器功率开关控制信号口吨。

改变4大小，改变斩波器开关导通时间，在Ur固左条件下,斩波器开关频率固立，实现了泄频调宽。

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