電力電子變換器設(shè)計(jì).doc

摘要電力電子變換器是應(yīng)用電力電子技術(shù)將一種電能轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N或多種形式電能的裝置。其中，直流變換器是一個(gè)重要部分，它是將一種直流電能轉(zhuǎn)換成另一種或多種直流電能的變換器。DC/DC全橋變換器由DC/AC和AC/DC兩種電路形式組合而實(shí)現(xiàn)直直變換的，其中DC/AC全橋逆變器的主電路只有一種，但控制方式有三種，其輸出不僅與開(kāi)關(guān)器件狀態(tài)有關(guān)，且與負(fù)載性質(zhì)和大小有關(guān)。在后兩種控制方式中，電路是否具有續(xù)流管會(huì)直接影響其輸出，同時(shí)在變換器的實(shí)際應(yīng)用中還存在直流分量問(wèn)題，其對(duì)電路性能有不良影響，要想辦法抑制或消除。關(guān)鍵字：直流變換器、控制方式續(xù)流管、全橋逆變器、輸出整流濾波電路、直流分量的抑制目錄一全橋逆換器及其控制1.1雙極性控制方式1.1.1負(fù)載為純電阻1.1.2負(fù)載為電感1.2有限雙極性控制方式1.3移相控制方式二PWMDC/DC全橋變換器2.1具有續(xù)流管的DC/DC全橋變換器2.2沒(méi)有續(xù)流管的DC/DC全橋變換器三DC/DC全橋變換器中直流分量的抑制四設(shè)計(jì)結(jié)論五設(shè)計(jì)體會(huì)六參考文獻(xiàn)一全橋逆換器及其控制DC/DC全橋變換器由全橋逆變器和輸出整流濾波電路構(gòu)成，首先就全橋逆變器的構(gòu)成和工作原理做一下簡(jiǎn)單概述。1.1雙極性控制方式全橋逆變器的主電路如圖1-1所示，有四只功率管1Q4Q，反并聯(lián)二極管1D4D和輸出變壓器rT等構(gòu)成。輸入直流電源電壓為inV，輸出交流電壓為ov，變壓器rT的原邊繞組接與AB兩端。變壓器原邊繞組匝數(shù)為1N，副邊匝數(shù)為2N，變比21/NNK。1.1.1負(fù)載為純電阻晶體管為脈寬調(diào)制（PWM）工作方式，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期ST的前半周，1Q和4Q導(dǎo)通2/STD，D為占空比，2/sonTTD，后半周期為2Q和3Q導(dǎo)通，導(dǎo)通時(shí)間也為2/STD。1Q和4Q導(dǎo)通時(shí)inABVv，1Q和4Q與2Q和3Q均截止時(shí)，0ABv。故變壓器副邊開(kāi)路時(shí)，變壓器原邊電壓ABv的波形如圖1-1(b)所示。為一個(gè)方波電壓。調(diào)節(jié)晶體管的導(dǎo)通時(shí)間，即改變占空比D，就可以調(diào)節(jié)ABv的寬度，從而調(diào)節(jié)ABv的有效值的大小。副邊電壓ov波形與ABv相同，幅值為KVin/。(a)全橋逆變器主電路(b)電阻負(fù)載時(shí)變壓器原邊電壓和副邊電流波形(c)電感負(fù)載時(shí)變壓器原邊電壓和副邊電流波形圖1-1全橋逆變器若副邊接電阻負(fù)載R，則有電流2i流過(guò)電阻，2i的波形與ov、ABv相同，幅值RKVIinm12，變壓器原邊電流1i的波形與副邊電流2i相同，幅值RKVIinm121，此式也可寫(xiě)成11/RVIinm，RKR21，式中1R是副邊電阻R折算到原邊的值。由此可見(jiàn)，若變壓器為理想變壓器，則接于變壓器副邊的電阻R與不用變壓器，而在AB兩端接電阻1R的效果是一樣的。故1Q和4Q導(dǎo)通時(shí)，流過(guò)1Q和4Q的電流為1/RVin，2Q和3Q導(dǎo)通時(shí)的電流也為1/RVin，此時(shí)反并于功率管的二極管1D至4D中沒(méi)有電流流過(guò)。1.1.2負(fù)載為電感若變壓器副邊接電感負(fù)載L，1Q和4Q導(dǎo)通時(shí)，inABVv，KVvino/。在ov作用下，負(fù)載電流自零增加，增加速度為L(zhǎng)KVLvdtdiino12。該電流在2STDt，即1Q和4Q將關(guān)斷時(shí)達(dá)到最大值，21max2SinDTLKVI，212max1SinDTLKVI。1Q和4Q關(guān)斷后，該電流反向。在這個(gè)電壓作用下電感電流減小，減小速度與1Q和4Q開(kāi)通時(shí)的增長(zhǎng)速度相同，如圖1-1(c)所示。在這種情況下，變壓器原邊和副邊電壓波形和阻性負(fù)載時(shí)有很大不同，出現(xiàn)了一塊陰影面積，在純電感負(fù)載時(shí)此陰影面積和阻性負(fù)載時(shí)的ABv面積大小相同。故輸出電壓ov的波形不僅由1Q和4Q的導(dǎo)通狀態(tài)決定，而且與負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)。當(dāng)占空比2/1D，即1Q和4Q的導(dǎo)通時(shí)間4/SonTT時(shí)，ABv波形成為180電角寬的方波，即D在1/2至1的范圍內(nèi)變化時(shí)，ABv和ov始終為180方波，不受D的影響。由此可見(jiàn)，全橋逆變器在感性負(fù)載時(shí)不宜采用這種脈寬控制方式。1.2有限雙極性控制方式全橋逆變器的另一種控制方式是有限雙極性控制方式，它是讓一個(gè)橋臂的兩個(gè)管子（例如1Q和3Q）為PWM工作，另一橋臂的2Q和4Q輪流導(dǎo)通半個(gè)周期，1Q和4Q同時(shí)導(dǎo)通onT時(shí)間。這種控制方式時(shí)，逆變器空載和電阻負(fù)載時(shí)的輸出電壓ov和電流2i波形與上一種控制方式相同，如圖1-2(a)所示。電感負(fù)載時(shí)，電壓ABv和變壓器副邊電流2i波形如圖1-2(b)所示。1Q和4Q導(dǎo)通時(shí)，inABVv，變壓器副邊電壓KVvino/，負(fù)載電流2i的增長(zhǎng)率LKVLvdtdiino12，L為負(fù)載電感量。在2STDt時(shí)，1Q關(guān)斷，3D續(xù)流，形成由3D、變壓器原邊繞組和4Q構(gòu)成的續(xù)流回路，故0ABv。因?yàn)樵摶芈分袥](méi)有外電源，若不計(jì)電路損耗，則電流2i保持不變，直到2/STt時(shí)，4Q關(guān)斷，2Q和3Q導(dǎo)通，電流2i才下降。在這種控制方式下，ABv和輸出電壓ov僅與開(kāi)關(guān)器件狀態(tài)有關(guān)，與負(fù)載性質(zhì)和大小無(wú)關(guān)。(a)電阻負(fù)載時(shí)變壓器原邊電壓和副邊電流波形(b)電感負(fù)載時(shí)變壓器原邊電壓和副邊電流波形圖1-2有限雙極性控制方式下的全橋逆變器的主要波形1.3移相控制方式全橋逆變器的第三種控制方式是移相控制方式，這種控制方式是1Q和3Q輪流導(dǎo)通，各導(dǎo)通180電角，2Q和4Q也是這樣，但1Q和4Q不同時(shí)導(dǎo)通，若1Q先導(dǎo)通，4Q后導(dǎo)通，兩者導(dǎo)電差電角，如圖1-3（a）所示。其中1Q和3Q分別先于4Q和2Q導(dǎo)通，故稱(chēng)1Q和3Q組成的橋臂為超遷橋臂，2Q和4Q組成的橋臂為滯后橋臂。移相控制時(shí)，空載電壓波形ABv和輸出電壓波形Ov如圖1-3（a）所示。與圖1-1（b）和圖1-2（a）相同。電阻負(fù)載時(shí)的電壓和電流波形也與圖1-1（b）和圖1-2（a）相同。電感負(fù)載時(shí)的電壓和電流波形如圖1-3（b）所示，和圖1-2（b）相同，ABv和Ov不會(huì)畸變。方波電壓ABv的寬度僅與移相角有關(guān)，0，則ABv為寬180電角的方波。越大，則ABv波形越窄，與圖1-2（b）中減小1Q和3Q的占空比時(shí)情況相同。(a)電阻負(fù)載時(shí)變壓器原邊電壓和副邊電流波形(b)電感負(fù)載時(shí)變壓器原邊電壓和副邊電流波形圖1-3移項(xiàng)控制方式下的全橋逆變器的主要波形二PWMDC/DC全橋變換器2.1具有續(xù)流管的DC/DC全橋變換器脈寬調(diào)制型DC/DC全橋變換器由全橋逆變器和輸出整流濾波電路構(gòu)成，如圖2-1(a)所示。為了討論方便，圖中采用有續(xù)流管FWD的全波整流電路，整流二極管為1DR和2DR，全波整流電路通常用于低電壓輸出，全橋整流電路常在輸出高直流電壓時(shí)用。PWMDC/DC全橋變換器的功率管1Q和4Q同時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)關(guān)斷，導(dǎo)通時(shí)間為2/STD，D為占空比。2Q和3Q也一樣，僅在一個(gè)周期的下半周期內(nèi)導(dǎo)通。變壓器rT原邊電壓ABv為寬度STD/2的方波，如圖2-1(b)所示。ABv的幅值A(chǔ)BmV=inV，變壓器副邊電壓幅值mV2=KVin/。經(jīng)二極管1DR和2DR整流后的電壓，也就是加于二極管FWD上的電壓CDv的波形如圖2-1(b)所示，脈沖電壓頻率為開(kāi)關(guān)頻率的兩倍，輸出直流電壓oV為：oV=KVDin/1Q和4Q或2Q和3Q導(dǎo)通，CDv為正，電感電流增長(zhǎng)。oinLffVKVdtdiL1Q和4Q或2Q和3Q截止時(shí)，F(xiàn)WD續(xù)流，此時(shí)CDv為0，電感電流在輸出電壓作用下下降。oLffVdtdiLFWD續(xù)流時(shí)，1DR和2DR中的電流為零，變壓器副邊繞組電流為零，故原邊繞組的電流也為零。電感電流連續(xù)時(shí)的波形如圖2-1(b)所示，電感電流的平均值就是變換器的輸出電流，即負(fù)載電流oI：RVIoo/式中R為負(fù)載電阻。在oI已知時(shí)求得穩(wěn)態(tài)工作時(shí)功率管導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)電感電流的變化量LI，即可得到流過(guò)二極管1DR、2D