《电力电子技术(第5版)》王兆安 第5章 直流直流变流电路.ppt

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1、1/44第5章直流直流变流电路5.1基本斩波电路5.2复合斩波电路和多相多重斩波电路5.3带隔离的直流直流变流电路本章小结3/44引言■直流-直流变流电路（DC/DCConverter）包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。■直接直流变流电路◆也称斩波电路（DCChopper）。◆功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。◆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。◆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

2、。4/445.1基本斩波电路5.1.1降压斩波电路5.1.2升压斩波电路5.1.3升降压斩波电路和Cuk斩波电路5.1.4Sepic斩波电路和Zeta斩波电路5/445.1.1降压斩波电路图5-1降压斩波电路的原理图及波形a）电路图b）电流连续时的波形c）电流断续时的波形■降压斩波电路（BuckChopper）◆电路分析☞使用一个全控型器件V，图中为IGBT，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。☞设置了续流二极管VD，在V关断时给负载中电感电流提供通道。☞主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等

3、，后两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中Em所示。◆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uo=E，负载电流io按指数曲线上升。☞t=t1时控制V关断，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，通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。6/445.1.1降压斩波电路◆基本的数量关系☞电流连续时√负载电压的平均值为√负载电流平均值为式中，ton为V处于通态的时间，toff为V处于断态的时间，T为开关周期，为导通占空比，简称占空比或导通比。☞电流断续时，负载电压uo平均值会被抬高，一

4、般不希望出现电流断续的情况。◆斩波电路有三种控制方式☞脉冲宽度调制（PWM）：T不变，改变ton。☞频率调制：ton不变，改变T。☞混合型：ton和T都可调，改变占空比(5-1)(5-2)7/445.1.1降压斩波电路■对降压斩波电路进行解析◆基于分时段线性电路这一思想，按V处于通态和处于断态两个过程来分析，初始条件分电流连续和断续。◆电流连续时得出式中，，，，，I10和I20分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值。把式（5-9）和式（5-10）用泰勒级数近似，可得平波电抗器L为无穷大，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。

5、(5-9)(5-10)(5-11)8/445.1.1降压斩波电路◆(3-11)所示的关系还可从能量传递关系简单地推得，一个周期中，忽略电路中的损耗，则电源提供的能量与负载消耗的能量相等，即则假设电源电流平均值为I1，则有其值小于等于负载电流Io，由上式得即输出功率等于输入功率，可将降压斩波器看作直流降压变压器。(5-12)(5-13)(5-14)(5-15)9/445.1.1降压斩波电路◆电流断续时有I10=0，且t=ton+tx时，i2=0，可以得出电流断续时，tx

6、流平均值为(5-16)(5-17)(5-18)(5-19)10/445.1.1降压斩波电路■例5-1在图5-1a所示的降压斩波电路中，已知E=200V，R=10Ω，L值极大，Em=30V，T=50μs，ton=20s,计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。解：由于L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为输出电流平均值为11/445.1.1降压斩波电路■例5-2在图5-1a所示的降压斩波电路中，E=100V，L=1mH，R=0.5Ω，Em=10V，采用脉宽调制控制方式，T=20s，当ton=5s时，计算输出电

7、压平均值Uo，输出电流平均值Io，计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。解：由题目已知条件可得：当ton=5s时，有由于所以输出电流连续。12/445.1.1降压斩波电路此时输出平均电压为输出平均电流为输出电流的最大和最小值瞬时值分别为13/445.1.2升压斩波电路0iGE0ioI1a)b)图5-2升压斩波电路及其工作波形a）电路图b）波形■升压斩波电路◆工作原理☞假设L和C值很大。☞V处于通态时，电源E向电感L充电，电流恒定I1，电容C向负载R供电，输出电压Uo恒定。☞V处于断态时，电源E和电感L同时

8、向电容C充电，并向负载提供能量。◆基本的数量关系☞当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等，即化简得上式中的(5-20)(5-21)14/445.1.2升压斩波电路☞将升压比的倒数记作β，即，则和导通占空比有如下关系式（5-21）可表示为输出电压高于电源电压，关