电力电子技术第5章直流直流变流电路
45页1、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,2,引言,直流-直流变流电路(DC/DC Converter)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(DC Chopper)。 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。,3,5.1 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 5.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路,4,5.1.1 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(Buck Chopper) 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
2、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,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。,5,5.1.1 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),6,5.1.1 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,(5-3),(5-4)
3、,(5-5),(5-6),7,5.1.1 降压斩波电路,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。,(5-9),(5-10),(5-11),8,5.1.1 降压斩波电路,(5-11)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),9,5.1.1 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,txtoff,由此得出电流断续的条件为,输出电压平均值为,负载电流平均值为,(5-16),(5-17),(5-18),(5-19),10,5.1.1 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=10,L值极大,Em=30V,T
4、=50s,ton=20s,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,11,5.1.1 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=0.5,Em=10V,采用脉宽调制控制方式,T=20s,当ton=5s时,计算输出电压平均值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=5s时,有,由于,所以输出电流连续。,12,5.1.1 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,13,5.1.2 升压斩波电路,a),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
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