电流可逆斩波电路.ppt

第第5 5章章 直流直流变流电路直流直流变流电路 5.1 基本斩波电路基本斩波电路 5.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路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带隔离的直流直流变流电路 本章小结本章小结*本PPT参考王兆安等编的《电力电子技术》第五版配套课件资源*1引言引言◆◆直流直流- -直流变流电路（直流变流电路（DC/DC ConverterDC/DC Converter）包括）包括直接直流变流电路直接直流变流电路和和间接间接直流变流电路直流变流电路 ◆◆直接直流变流电路直接直流变流电路 ● ●也称也称斩波电路（斩波电路（DC ChopperDC Chopper）），分，分基本斩波电路、复合斩波电路基本斩波电路、复合斩波电路及及多相多重斩波电路多相多重斩波电路 ●●功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电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。

间不隔离 ◆◆间接直流变流电路间接直流变流电路 ●●在直流变流电路中增加了在直流变流电路中增加了交流环节交流环节 ● ●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，因此也称为直直——交交——直电路 25.1 5.1 基本斩波电路基本斩波电路 5.1.1 5.1.1 降压斩波电路降压斩波电路 5.1.2 5.1.2 升压斩波电路升压斩波电路 5.1.3 5.1.3 升降压斩波电路和升降压斩波电路和CukCuk斩波电路斩波电路 5.1.4 Sepic5.1.4 Sepic斩波电路和斩波电路和ZetaZeta斩波电路斩波电路35.1.1 5.1.1 降压斩波电路降压斩波电路图图5-1 降压斩波电路的原理图及波形降压斩波电路的原理图及波形a）电路图）电路图 b）电流连续时的波形）电流连续时的波形 c）电流断续时的波形）电流断续时的波形 ◆◆降压斩波电路（降压斩波电路（Buck Chopper）） ●电路分析电路分析 ▲使用一个使用一个全控型器件全控型器件V，图中为，图中为IGBT，若采用，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。

晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路 ▲设置了设置了续流二极管续流二极管VD，在，在V关断时给负载中电关断时给负载中电感电流提供通道感电流提供通道 ▲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电动机或带蓄电池负载等，后两种情况下负载中均会出现出现反电动势反电动势，如图中，如图中Em所示 ●工作原理工作原理 ▲ t=0时刻驱动时刻驱动V导通导通，电源，电源E向负载供电，负载向负载供电，负载电压电压uo=E，负载电流，负载电流io按指数曲线上升按指数曲线上升 ▲ t=t1时控制时控制V关断关断，二极管，二极管VD续流，负载电压续流，负载电压uo近似为零近似为零，负载电流呈指数曲线下降，通常串接较大，负载电流呈指数曲线下降，通常串接较大电感电感L使负载电流连续且脉动小使负载电流连续且脉动小 画动45.1.1 5.1.1 降压斩波电路降压斩波电路●基本的数量关系基本的数量关系 ▲电流连续时电流连续时 √负载电压的平均值为负载电压的平均值为 √负载电流平均值为负载电流平均值为 式中，式中，ton为为V处于通态的时间，处于通态的时间，toff为为V处于断态的时间，处于断态的时间，T为开关周期，为开关周期， 为导通占空比，为导通占空比，简称占空比或导通比。

简称占空比或导通比 ▲电流断续时，负载电压电流断续时，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斩波电路有三种控制方式 ▲脉冲宽度调制（脉冲宽度调制（PWM））：：T不变，改变不变，改变ton ▲频率调制频率调制：：ton不变，改变不变，改变T ▲混合型混合型：：ton和和T都可调，改变占空比都可调，改变占空比(5-1)(5-2)55.1.1 5.1.1 降压斩波电路降压斩波电路◆◆对降压斩波电路进行解析对降压斩波电路进行解析 ●基于基于分时段线性电路分时段线性电路这一思想，按这一思想，按V处于处于通态通态和处于和处于断态断态两个过程来分析，初始条件分两个过程来分析，初始条件分电流连续电流连续和和断续断续 ●电流连续时得出电流连续时得出式中，式中， ，， ，， ，， ，，I10和和I20分别是负载电分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值。

流瞬时值的最小值和最大值 把式（把式（5-9）和式（）和式（5-10）用泰勒级数近似，可得）用泰勒级数近似，可得 平波电抗器平波电抗器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)65.1.1 5.1.1 降压斩波电路降压斩波电路●(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，则电源提供电源提供的能量与负载消耗的能量相等的能量与负载消耗的能量相等，即，即 则则假设电源电流平均值为假设电源电流平均值为I1，则有，则有 其值小于等于负载电流其值小于等于负载电流Io，由上式得，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)75.1.1 5.1.1 降压斩波电路降压斩波电路●电流断续时有电流断续时有I10=0，且，且t=ton+tx时，时，i2=0，可以得出，可以得出 电流断续时，电流断续时，tx

值很大 ▲ V处于处于通态通态时，电源时，电源E向电感向电感L充电，电流恒定充电，电流恒定I1，电容，电容C向负载向负载R供电，输出电压供电，输出电压Uo恒定 ▲ V处于处于断态断态时，电源时，电源E和电感和电感L同时向电容同时向电容C充电，并向充电，并向负载提供能量负载提供能量 ●基本的数量关系基本的数量关系 ▲当电路工作于稳态时，一个周期当电路工作于稳态时，一个周期T中电感中电感L积蓄的能量与积蓄的能量与释放的能量相等，即释放的能量相等，即 化简得化简得 上式中的上式中的 (5-20)(5-21)动画95.1.2 5.1.2 升压斩波电路升压斩波电路▲将升压比的倒数记作将升压比的倒数记作β，即，即 ，， 则则 和导通占空比和导通占空比 有如下关系有如下关系 式（式（5-21）可表示为）可表示为 输出电压高于电源电压，关键有两个原因：一是输出电压高于电源电压，关键有两个原因：一是L储能之后具有使电压泵升的作用，二是电容储能之后具有使电压泵升的作用，二是电容C可将输出电压保持住可将输出电压保持住。

▲如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载R消耗，即消耗，即 ▲输出电流的平均值输出电流的平均值Io为为 ▲电源电流电源电流I1为为 (5-22)(5-23)(5-24)(5-25)(5-26)105.1.2 5.1.2 升压斩波电路升压斩波电路ttTEiOOi1i2I10I20I10tontoffuotOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI20a)b)图图5-3 用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形a）电路图）电路图 b）电流连续时）电流连续时 c）电流断续时）电流断续时 ◆◆典型应用典型应用 ●一是用于直流电动机传动，二是用作单相功率一是用于直流电动机传动，二是用作单相功率因数校正（因数校正（Power Factor Correction—PFC）电）电路，三是用于其他交直流电源中路，三是用于其他交直流电源中 ●以用于直流电动机传动为例以用于直流电动机传动为例 ▲在直流电动机在直流电动机再生制动再生制动时把电能回馈给直时把电能回馈给直流电源。

流电源 ▲电动机电枢电动机电枢电流连续电流连续和和断续断续两种工作状态两种工作状态 ▲直流电源的电压基本是恒定的，不必并联直流电源的电压基本是恒定的，不必并联电容器 ▲基于基于分时段线性电路思想，分时段线性电路思想，电流连续时得电流连续时得L为无穷大时电枢电流的平均值为无穷大时电枢电流的平均值Io为为 (5-36)115.1.2 5.1.2 升压斩波电路升压斩波电路▲当电枢电流断续时，可求得当电枢电流断续时，可求得i2持续的时间持续的时间tx，即，即 当当tx

供电 ▲ V关断关断时，时，L的能量向负载释放，电流为的能量向负载释放，电流为i2，负，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路路也称作反极性斩波电路 ●基本的数量关系基本的数量关系 ▲稳态时，一个周期稳态时，一个周期T内电感内电感L两端电压两端电压uL对时间对时间的积分为零，即的积分为零，即 当当V处于通态期间，处于通态期间，uL=E；而当；而当V处于断态处于断态期间，期间，uL=-uo于是： (5-39)(5-40)画动135.1.3 5.1.3 升降压斩波电路和升降压斩波电路和CukCuk斩波电路斩波电路所以输出电压为：所以输出电压为：改变导通比改变导通比 ，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低当，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低当0< <1/2时为降压，时为降压，当当1/2< <1时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路 ▲电源电流电源电流i1和负载电流和负载电流i2的平均值分别为的平均值分别为I1和和I2，当电流脉动足够小时，有，当电流脉动足够小时，有 由上式可得由上式可得 如果如果V、、VD为没有损耗的理想开关时，则输出功率和输入功率相等，即为没有损耗的理想开关时，则输出功率和输入功率相等，即 (5-41)(5-42)(5-43)(5-44)145.1.3 5.1.3 升降压斩波电路和升降压斩波电路和CukCuk斩波电路斩波电路图图5-5 Cuk斩波电路及其等效电路斩波电路及其等效电路a）） 电路图电路图 b）） 等效电路等效电路 ◆◆ Cuk斩波电路斩波电路 ●工作原理工作原理 ▲V导通时，导通时，E—L1—V回路和回路和R—L2—C—V回路分别流过电流。

回路分别流过电流 ▲V关断时，关断时，E—L1—C—VD回路和回路和R—L2—VD回路分别流过电流回路分别流过电流 ▲输出电压的极性与电源电压输出电压的极性与电源电压极性相反极性相反 ●基本的数量关系基本的数量关系 ▲C的电流在一周期内的平均值应为零，即的电流在一周期内的平均值应为零，即(5-45)155.1.3 5.1.3 升降压斩波电路和升降压斩波电路和CukCuk斩波电路斩波电路 ▲由由(5-45)得得 从而可得从而可得 ▲由由L1和和L2的电压平均值为零，可得出输出电压的电压平均值为零，可得出输出电压Uo与电源电压与电源电压E的关系的关系 ●与升降压斩波电路相比，与升降压斩波电路相比，Cuk斩波电路有一个明显的优点，其输入电源电流和输出负载电流都是斩波电路有一个明显的优点，其输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波5-46)(5-47)(5-48)165.1.4 Sepic5.1.4 Sepic斩波电路和斩波电路和ZetaZeta斩波电路斩波电路◆◆Sepic斩波电路斩波电路 ●工作原理工作原理 ▲ V导通时，导通时，E—L1—V回路和回路和C1—V—L2回路同时导电，回路同时导电，L1和和L2贮能。

贮能 ▲ V关断时，关断时，E—L1—C1—VD—负载负载回路及回路及L2—VD—负载负载回路同时导电，此阶段回路同时导电，此阶段E和和L1既向负既向负载供电，同时也向载供电，同时也向C1充电（充电（C1贮存的能量在贮存的能量在V处于通态时向处于通态时向L2转移）转移） ●输入输出关系输入输出关系 图图5-6 a)Sepic斩波电路斩波电路 (5-49)175.1.4 Sepic5.1.4 Sepic斩波电路和斩波电路和ZetaZeta斩波电路斩波电路◆◆Zeta斩波电路斩波电路 ●工作原理工作原理 ▲V导通时，电源导通时，电源E经开关经开关V向电感向电感L1贮能 ▲V关断时，关断时，L1－－VD－－C1构成构成振荡回路振荡回路，， L1的能量转移至的能量转移至C1，能量全部转移至，能量全部转移至C1上之后，上之后，VD关断，关断，C1经经L2向负载供电向负载供电 ●输入输出关系为输入输出关系为 ◆◆两种电路具有相同的输入输出关系，两种电路具有相同的输入输出关系，Sepic电路中，电源电流连续但负载电流断续，有利于输入电路中，电源电流连续但负载电流断续，有利于输入滤波，反之，滤波，反之，Zeta电路的电源电流断续而负载电流连续；两种电路输出电压为正极性的。

电路的电源电流断续而负载电流连续；两种电路输出电压为正极性的 图图5-6 b Zeta斩波电路斩波电路 (5-50)185.2 5.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路复合斩波电路和多相多重斩波电路 5.2.1 5.2.1 电电流流可可逆逆斩斩波波电路电路 5.2.2 5.2.2 桥桥式式可可逆逆斩斩波波电路电路 5.2.3 5.2.3 多多相相多多重重斩斩波波电路电路195.2.1 5.2.1 电流可逆斩波电路电流可逆斩波电路◆◆概念概念 ●●复合斩波电路复合斩波电路：降压斩波电路和升压斩波电路组合构成降压斩波电路和升压斩波电路组合构成 ●●多相多重斩波电路多相多重斩波电路：：相同结构的基本斩波电路组合构成相同结构的基本斩波电路组合构成 ◆◆电流可逆斩波电路电流可逆斩波电路 ●●斩波电路用于拖动直流电动机时，常要使电动机既可斩波电路用于拖动直流电动机时，常要使电动机既可电动运行电动运行，又可，又可再生制动再生制动，降压斩波电路能使电动机工作于第，降压斩波电路能使电动机工作于第1 1象限，升压斩波电路能使象限，升压斩波电路能使电动机工作于第电动机工作于第2 2象限。

象限 ●●电流可逆斩波电路：降压斩波电路与升压斩波电路组合，此电路电动电流可逆斩波电路：降压斩波电路与升压斩波电路组合，此电路电动机的电枢电流可正可负，但电压只能是一种极性，故其可工作于第机的电枢电流可正可负，但电压只能是一种极性，故其可工作于第1 1象限象限和第和第2 2象限205.2.1 5.2.1 电流可逆斩波电路电流可逆斩波电路a)图图5-7 电流可逆斩波电路及其波形电流可逆斩波电路及其波形a）） 电路图电路图 b）） 波形波形 ●电路结构电路结构 ▲V1和和VD1构成构成降压斩波电路降压斩波电路，电动机为电动运行，，电动机为电动运行，工作于第工作于第1象限 ▲V2和和VD2构成构成升压斩波电路升压斩波电路，电动机作再生制动运，电动机作再生制动运行，工作于第行，工作于第2象限象限 ▲必须防止必须防止V1和和V2同时导通而导致电源短路同时导通而导致电源短路●工作过程工作过程 ▲两种工作情况：只作降压斩波器运行和只作升压斩两种工作情况：只作降压斩波器运行和只作升压斩波器运行波器运行 ▲第第3种工作方式种工作方式：一个周期内交替地作为降压斩波：一个周期内交替地作为降压斩波电路和升压斩波电路工作。

电路和升压斩波电路工作 ▲第第3种工作方式下，当一种斩波电路电流断续而为种工作方式下，当一种斩波电路电流断续而为零时，使另一个斩波电路工作，让电流反方向流过，这零时，使另一个斩波电路工作，让电流反方向流过，这样电动机电枢回路总有电流流过样电动机电枢回路总有电流流过 ▲一个周期内，电流不断，响应很快一个周期内，电流不断，响应很快 215.2.2 5.2.2 桥式可逆斩波电路桥式可逆斩波电路图图5-8 桥式可逆斩波电路桥式可逆斩波电路 ◆◆桥式可逆斩波电路桥式可逆斩波电路 ●将将两个电流可逆斩波电路组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压，使电动机可以两个电流可逆斩波电路组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压，使电动机可以4象限象限运运行 ●工作过程工作过程 ▲V4导通时，等效为图导通时，等效为图5-7a所示的电流可逆斩波电路，提供所示的电流可逆斩波电路，提供正电压正电压，，可使电动机工作于可使电动机工作于第第1、、2象限象限 ▲V2导通时，导通时，V3、、VD3和和V4、、VD4等效为又一组电流可逆斩波电路，向电动机提供等效为又一组电流可逆斩波电路，向电动机提供负电压负电压，可，可使电动机工作于使电动机工作于第第3、、4象限象限。

225.2.3 5.2.3 多相多重斩波电路多相多重斩波电路tOtttttttOOOOOOO1u2u3uoi1i2i3ioa)b)图图5-9 多相多重斩波电路及其波形多相多重斩波电路及其波形a）电路图）电路图 b）波形）波形 ◆◆多相多重斩波电路多相多重斩波电路 ●是在电源和负载之间接入多个结构相同的基本斩是在电源和负载之间接入多个结构相同的基本斩波电路而构成的波电路而构成的 ●相数相数:一个控制周期中电源侧的电流脉波数一个控制周期中电源侧的电流脉波数 ●重数重数：负载电流脉波数负载电流脉波数◆◆3相相3重降压斩波电路重降压斩波电路 ●电路及波形分析电路及波形分析 ▲相当于由相当于由3个降压斩波电路单元个降压斩波电路单元并联并联而成 ▲总输出电流为总输出电流为 3 个斩波电路单元输出电流之个斩波电路单元输出电流之和，其平均值为单元输出电流平均值的和，其平均值为单元输出电流平均值的3倍，脉动倍，脉动频率也为频率也为3倍 ▲总输出电流总输出电流最大脉动率最大脉动率（（电流脉动幅值与电电流脉动幅值与电流平均值之比）与相数的平方成反比，其总的输出流平均值之比）与相数的平方成反比，其总的输出电流脉动幅值变得很小，所需电流脉动幅值变得很小，所需平波电抗器平波电抗器总重量大总重量大为减轻。

为减轻 235.2.3 5.2.3 多相多重斩波电路多相多重斩波电路 ▲ ▲当上述电路电源公用而负载为当上述电路电源公用而负载为3 3个独立负载时，则为个独立负载时，则为3 3相相1 1重斩波电路重斩波电路，当电源为，当电源为3 3个独立电源，向一个负载供电时，则个独立电源，向一个负载供电时，则为为1 1相相3 3重斩波电路重斩波电路 ▲ ▲电源电流的电源电流的谐波分量谐波分量比单个斩波电路时显著减小比单个斩波电路时显著减小◆◆多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波电路单元可互为备多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波电路单元可互为备用，万一某一斩波单元发生故障，其余各单元可以继续运行，用，万一某一斩波单元发生故障，其余各单元可以继续运行，使得总体的可靠性提高使得总体的可靠性提高245.3 5.3 带隔离的直流直流变流电路带隔离的直流直流变流电路 5.3.1 5.3.1 正激电路正激电路 5.3.2 5.3.2 反激电路反激电路 5.3.3 5.3.3 半桥电路半桥电路 5.3.4 5.3.4 全桥电路全桥电路 5.3.5 5.3.5 推挽电路推挽电路 5.3.6 5.3.6 全全波波整整流流和和全桥整流全桥整流255.3 5.3 带隔离的直流直流变流电路带隔离的直流直流变流电路··引言引言图图 5-10 间接直流变流电路的结构间接直流变流电路的结构◆◆同直流斩波电路相比，电路中增加了交流环节，因此也称为同直流斩波电路相比，电路中增加了交流环节，因此也称为直直—交交—直电路直电路。

◆◆采用这种结构较为复杂的电路来完成直流采用这种结构较为复杂的电路来完成直流—直流的变换有以下原因直流的变换有以下原因 ●输出端与输入端需要隔离输出端与输入端需要隔离 ●某些应用中需要相互隔离的多路输出某些应用中需要相互隔离的多路输出 ●输出电压与输入电压的比例远小于输出电压与输入电压的比例远小于1或远大于或远大于1 ●交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量◆◆间接直流变流电路分为间接直流变流电路分为单端单端(Single End)和和双端双端(Double End)电路两大类，在单端电路电路两大类，在单端电路中，变压器中流过的是直流脉动电流，而双端电路中，变压器中的电流为正负对称的交中，变压器中流过的是直流脉动电流，而双端电路中，变压器中的电流为正负对称的交流电流，正激电路和反激电路属于单端电路，半桥、全桥和推挽电路属于双端电路流电流，正激电路和反激电路属于单端电路，半桥、全桥和推挽电路属于双端电路 265.3.1 5.3.1 正激电路正激电路SuSiLiSOttttUiOOO图图 5-11 正激电路的原理图正激电路的原理图图图 5-12 正激电路的理想化波形正激电路的理想化波形◆◆正激电路正激电路(Forward) ●工作过程工作过程 ▲开关开关S开通开通后，变压器绕组后，变压器绕组W1两两端的电压为上正下负，与其耦合的端的电压为上正下负，与其耦合的W2绕绕组两端的电压也是上正下负，因此组两端的电压也是上正下负，因此VD1处于通态，处于通态，VD2为断态，电感为断态，电感L的电流逐的电流逐渐增长。

渐增长 ▲S关断关断后，电感后，电感L通过通过VD2续流，续流，VD1关断变压器的励磁电流经关断变压器的励磁电流经N3绕组绕组和和VD3流回电源，所以流回电源，所以S关断后承受的电关断后承受的电压为压为 275.3.1 5.3.1 正激电路正激电路BRBSBHO图图 5-13 磁心复位过程磁心复位过程●变压器的磁心复位变压器的磁心复位 ▲开关开关S开通后，变压器的激磁电流由零开始，随时开通后，变压器的激磁电流由零开始，随时间线性的增长，直到间线性的增长，直到S关断，导致变压器的激磁电感饱关断，导致变压器的激磁电感饱和 ▲必须设法使激磁电流在必须设法使激磁电流在S关断后到下一次再开通的关断后到下一次再开通的时间内降回零，这一过程称为时间内降回零，这一过程称为变压器的磁心复位变压器的磁心复位 ▲变压器的磁心复位所需的时间为变压器的磁心复位所需的时间为●输出电压输出电压 ▲输出滤波电感电流连续时输出滤波电感电流连续时 ▲输出电感电流不连续时，在负载为零的极限情况下输出电感电流不连续时，在负载为零的极限情况下 (5-51)(5-52)285.3.2 5.3.2 反激电路反激电路SuSiSiVDtontoffttttUiOOOO图图 5-14 反激电路原理图反激电路原理图图图 5-15 反激电路的理想化波形反激电路的理想化波形◆◆反激电路反激电路 ●工作过程工作过程 ▲S开通开通后，后，VD处于断态，处于断态，W1绕组的电流线性增长，电感绕组的电流线性增长，电感储能增加。

储能增加 ▲S关断后关断后，，W1绕组的电流被切断，变压器中的磁场能量绕组的电流被切断，变压器中的磁场能量通过通过W2绕组和绕组和VD向输出端释放，向输出端释放，电压为电压为 ●工作模式工作模式 ▲当当S开通时，开通时，W2绕组中的电流尚未下降到零，则称工作绕组中的电流尚未下降到零，则称工作于于电流连续模式电流连续模式，输出输入电压关系为，输出输入电压关系为 ▲ S开通前，开通前，W2绕组中的电流已经下降到零，则称工作于绕组中的电流已经下降到零，则称工作于电流断续模式电流断续模式，此时输出电压高于（，此时输出电压高于（5-53）的计算值，在负载）的计算值，在负载为零的极限情况下，为零的极限情况下， ，， 所以应该避免负载开路状态所以应该避免负载开路状态5-53)295.3.3 5.3.3 半桥电路半桥电路图图 5-16 半桥电路原理图半桥电路原理图图图 5-17 半桥电路的理想化波形半桥电路的理想化波形◆◆半桥电路半桥电路 ●工作过程工作过程 ▲S1与与S2交替导通，使变压器一次侧形成幅值交替导通，使变压器一次侧形成幅值为为Ui/2的交流电压，改变开关的占空比，就可以改的交流电压，改变开关的占空比，就可以改变二次侧整流电压变二次侧整流电压ud的平均值，也就改变了输出的平均值，也就改变了输出电压电压Uo。

▲S1导通时，二极管导通时，二极管VD1处于通态，处于通态，S2导通时，导通时，二极管二极管VD2处于通态，当两个开关都关断时，变压处于通态，当两个开关都关断时，变压器绕组器绕组N1中的电流为零，中的电流为零，VD1和和VD2都处于通态，都处于通态，各分担一半的电流各分担一半的电流 ▲S1或或S2导通时电感导通时电感L的电流逐渐上升，两个的电流逐渐上升，两个开关都关断时，电感开关都关断时，电感L的电流逐渐下降，的电流逐渐下降，S1和和S2断断态态时承受的峰值电压均为时承受的峰值电压均为Ui 305.3.3 5.3.3 半桥电路半桥电路 ▲ ▲由于由于电容电容的的隔直作用隔直作用，半桥电路对由于两个开关导通时间不对称而，半桥电路对由于两个开关导通时间不对称而造成的变压器一次侧电压的直流分量有自动平衡作用，因此不容易发生造成的变压器一次侧电压的直流分量有自动平衡作用，因此不容易发生变压器的变压器的偏磁偏磁和和直流磁饱和直流磁饱和●●输出电压输出电压 ▲▲滤波电感滤波电感L L的电流连续时的电流连续时 ▲输出电感电流不连续，输出电压输出电感电流不连续，输出电压Uo将高于式（将高于式（5-54）的计算值，并）的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下(5-54)315.3.4 5.3.4 全桥电路全桥电路S1S2uS1uS2iS1iS2iD 1iS2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO图图 5-18 全桥电路原理图全桥电路原理图 图图 5-19 全桥电路的理想化波形全桥电路的理想化波形◆◆全桥电路全桥电路 ●工作过程工作过程 ▲全桥电路中，全桥电路中，互为对角的两个开关同时导通互为对角的两个开关同时导通，，同一侧半桥上下两开关同一侧半桥上下两开关交替交替导通，使变压器一次侧形导通，使变压器一次侧形成幅值为成幅值为Ui的交流电压，改变占空比就可以改变输出的交流电压，改变占空比就可以改变输出电压。

电压 ▲当当S1与与S4开通后，开通后，VD1和和VD4处于通态，电感处于通态，电感L的电流逐渐上升的电流逐渐上升 ▲当当S2与与S3开通后，开通后，VD2和和VD3处于通态，电感处于通态，电感L的电流也上升的电流也上升 ▲当当4个开关都关断时，个开关都关断时，4个二极管都处于通态，个二极管都处于通态，各分担一半的电感电流，电感各分担一半的电感电流，电感L的电流逐渐下降，的电流逐渐下降，S1和和S2断态时承受的峰值电压均为断态时承受的峰值电压均为Ui325.3.4 5.3.4 全桥电路全桥电路 ▲如果如果S1、、S4与与S2、、S3的导通时间不对称，则交流电压的导通时间不对称，则交流电压uT中将含有中将含有直流分量直流分量，会在变压，会在变压器一次侧产生很大的直流器一次侧产生很大的直流 分量，造成磁路饱和，因此全桥电路应注意避免电压直流分量分量，造成磁路饱和，因此全桥电路应注意避免电压直流分量的产生，也可在一次侧回路串联一个电容，以阻断直流电流的产生，也可在一次侧回路串联一个电容，以阻断直流电流 ▲为避免同一侧半桥中上下两开关同时导通，每个开关的占空比不能超过为避免同一侧半桥中上下两开关同时导通，每个开关的占空比不能超过50%，还应留有裕量。

还应留有裕量 ●输出电压输出电压 ▲滤波电感电流连续时滤波电感电流连续时 ▲输出电感电流不连续，输出电压输出电感电流不连续，输出电压Uo将高于式（将高于式（5-55）的计算值，并随负载减小而升高，）的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下在负载为零的极限情况下 (5-55)335.3.5 5.3.5 推挽电路推挽电路S1S2uS1uS2iS1iS2iD 1iS2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO图图 5-20 推挽电路原理图推挽电路原理图图图 5-21 推挽电路的理想化波形推挽电路的理想化波形◆◆推挽电路推挽电路 ●工作过程工作过程 ▲推挽电路中两个开关推挽电路中两个开关S1和和S2交替导通，交替导通，在绕组在绕组N1和和N’1两端分别形成相位相反的交流两端分别形成相位相反的交流电压 ▲S1导通时，二极管导通时，二极管VD1处于通态，电处于通态，电感感L的电流逐渐上升，的电流逐渐上升，S2导通时，二极管导通时，二极管VD2处于通态，电感处于通态，电感L电流也逐渐上升电流也逐渐上升 ▲当两个开关都关断时，当两个开关都关断时，VD1和和VD2都都处于通态，各分担一半的电流，处于通态，各分担一半的电流，S1和和S2断态断态时承受的时承受的峰值电压峰值电压均为均为2倍倍Ui。

345.3.5 5.3.5 推挽电路推挽电路 ▲如果如果S1和和S2同时导通，就相当于变压器一次侧绕组短路，因此应避免两个开关同时导同时导通，就相当于变压器一次侧绕组短路，因此应避免两个开关同时导通，每个开关各自的占空比不能超过通，每个开关各自的占空比不能超过50%，还要留有死区还要留有死区 ●输出电压输出电压 ▲当滤波电感当滤波电感L的电流连续时的电流连续时 ▲输出电感电流不连续，输出电压输出电感电流不连续，输出电压Uo将高于式（将高于式（5-56）的计算值，并随负载减小而升）的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下高，在负载为零的极限情况下 (5-56)355.3.5 5.3.5 推挽电路推挽电路电路电路优点优点缺点缺点功率范围功率范围应用领域应用领域正激正激电路较简单，成本低，可靠性高，驱动电路简单变压器单向激磁，利用率低几百W~几kW各种中、小功率电源反激反激电路非常简单，成本很低，可靠性高，驱动电路简单难以达到较大的功率，变压器单向激磁，利用率低几W~几十W小功率电子设备、计算机设备、消费电子设备电源全桥全桥变压器双向励磁，容易达到大功率结构复杂，成本高，有直通问题，可靠性低，需要复杂的多组隔离驱动电路几百W~几百kW大功率工业用电源、焊接电源、电解电源等半桥半桥变压器双向励磁，没有变压器偏磁问题，开关较少，成本低有直通问题，可靠性低，需要复杂的隔离驱动电路几百W~几kW各种工业用电源，计算机电源等推挽推挽变压器双向励磁，变压器一次侧电流回路中只有一个开关，通态损耗较小，驱动简单有偏磁问题几百W~几kW低输入电压的电源表表 5-1 各种不同的间接直流变流电路的比较各种不同的间接直流变流电路的比较365.3.6 5.3.6 全波整流和全桥整流全波整流和全桥整流图图5-22 a) 全波整流电路原理图全波整流电路原理图 ◆◆双端电路双端电路中常用的整流电路形式为中常用的整流电路形式为全波整流电路全波整流电路和和全桥整流电路全桥整流电路。

◆◆全波整流电路的特点全波整流电路的特点 ●优点：电感优点：电感L的电流回路中只有的电流回路中只有一个二极管压降一个二极管压降，损耗小，而且整流电路中只需要，损耗小，而且整流电路中只需要2个个二极管二极管，元件数较少元件数较少 ●缺点：二极管断态时承受的反压较高，对器件耐压要求较高，而且变压器二次侧绕组缺点：二极管断态时承受的反压较高，对器件耐压要求较高，而且变压器二次侧绕组有中心抽头，结构较复杂有中心抽头，结构较复杂 ●适用场合：输出电压较低的情况下（适用场合：输出电压较低的情况下（<100V）375.3.6 5.3.6 全波整流和全桥整流全波整流和全桥整流◆◆全桥电路的特点全桥电路的特点 ●优点：二极管在断态承受的电压仅为交流电压幅值，变压器的绕组简单优点：二极管在断态承受的电压仅为交流电压幅值，变压器的绕组简单 ●缺点：电感缺点：电感L的电流回路中存在的电流回路中存在两个二极管压降两个二极管压降，损耗较大，而且电路中需要，损耗较大，而且电路中需要4个二极个二极管管，元件数较多元件数较多 ●适用场合：高压输出的情况下适用场合：高压输出的情况下◆◆同步整流电路同步整流电路 ●当电路的输出电压非常低时，可以采用同步整流电路，利用当电路的输出电压非常低时，可以采用同步整流电路，利用低电压低电压MOSFET具有非常具有非常小的导通电阻的特性降低整流电路的导通损耗，进一步提高效率。

小的导通电阻的特性降低整流电路的导通损耗，进一步提高效率 ●这种电路的缺点是需要对这种电路的缺点是需要对V1和和V2的通与断进行控制，增加了控制电路的复杂性的通与断进行控制，增加了控制电路的复杂性 图图5-22 b)全桥整流电路原理图全桥整流电路原理图 图图5-23 同步整流电路原理图同步整流电路原理图38本章小结本章小结◆◆直流直流- -直流变流电路（直流变流电路（DC/DC ConverterDC/DC Converter）包括）包括直接直流变流电路直接直流变流电路和和间接直流变流电路间接直流变流电路 ◆◆直接直流变流电路包括直接直流变流电路包括6 6种基本斩波电路、种基本斩波电路、2 2种复合斩波电路及多相种复合斩波电路及多相多重斩波电路，其中最基本的是多重斩波电路，其中最基本的是降压斩波电路降压斩波电路和和升压斩波电路升压斩波电路两种◆◆常见的间接直流变换电路可以分为常见的间接直流变换电路可以分为单端单端和和双端双端电路两大类，单端电电路两大类，单端电路包括正激和反激两类，双端电路包括全桥、半桥和推挽三类，每路包括正激和反激两类，双端电路包括全桥、半桥和推挽三类，每一类电路都可能有多种不同的拓扑形式或控制方法。

一类电路都可能有多种不同的拓扑形式或控制方法 39。