DCDC變換器原理

1、C - D C 變 換 器 原 理DC/DC Converter Principle 輸出的是直流電，是不是可直接作為直流電源使用呢，對(duì)于對(duì)電壓沒(méi)有準(zhǔn)確要求的微、小型用電設(shè)備是可以的，如計(jì)算器、玩具等。太陽(yáng)電池輸出電壓取 器件的連接方式與數(shù)量，并與負(fù)載大小與光照強(qiáng)度直接有關(guān)，不能直接作為正規(guī)電源使用。通過(guò) DC-DC 變換器可以把太陽(yáng)電池輸出的直流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定 壓的直流電輸出。 DC-DC 變換器就是直流 直流變換器，是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，下面就其原理作簡(jiǎn)單介紹。C變換基本原理電路主要工作方式是脈寬調(diào)制 （PWM） 工作方式， 基本原理是通過(guò)開關(guān)管把直流電斬成方波 （脈沖波） ，

2、通過(guò)調(diào)節(jié)方波的占空比 （脈沖寬度與脈沖周期之比） 壓。斬波電路電路簡(jiǎn)單，是使用廣泛的直流變換電路。圖 1 左上部是一個(gè)斬波基本電路， Ud 是輸入的直流電壓， V 是開關(guān)管， UR 是負(fù)載 R 上的電壓，開關(guān)管 V 把輸 斬成方波輸出到R上，圖1右上部綠線為斬波后的輸出波形，方波的周期為 T,在V導(dǎo)通時(shí)輸出電壓等于 Ud，導(dǎo)通時(shí)間為ton，在V關(guān)斷時(shí)輸出電壓等 斷時(shí)間為toff,占空比D=ton/T，方波電壓的平均值與占空比成正比。圖1下部綠線為連續(xù)輸出波形，其平均電壓如紅線所示。改變脈沖寬度即可改變輸在時(shí)間t1前脈沖較寬、間隔窄，平均電壓（UR1 ）較高；在時(shí)間t1后脈沖變窄，平均電壓（UR

3、2 ）降低。固定方波周期 T不變，改變占空比調(diào)節(jié)輸出電 WM法，也稱為定頻調(diào)寬法。由于輸出電壓比輸入電壓低，稱之為降壓斬波電路或Buck變換器。圖 1? DC-DC 變換基本原理不能算直流電源，實(shí)際使用要加上濾波電路，圖 2是加有LC濾波的電路，L是濾波電感、C2是濾波電容、D是續(xù)流二極管。當(dāng) V導(dǎo)通時(shí)，L與C2蓄 載R輸電；當(dāng)V關(guān)斷時(shí)，C2向負(fù)載R輸電，L通過(guò)D向負(fù)載R輸電。輸出方波選用的頻率較高，一般是數(shù)千赫茲至幾十千赫茲，故電感體積很小，輸 不大。圖 2? 降壓型 DC-DC 變換電路出電壓UR=D Ud，D是占空比，值為 0至1。斬波電路元件還可組成升壓斬波電路，見(jiàn)圖 3，當(dāng)開關(guān)管V導(dǎo)

4、通時(shí)，電流通過(guò)電感 L時(shí)會(huì)在L中存儲(chǔ)能量，此時(shí)負(fù)載上的電壓由 C2提供，當(dāng)開關(guān)管 V關(guān)斷時(shí)，電 能量，輸出電壓為輸入電壓 Ud 與 L 產(chǎn)生的電壓相加，故提高了輸入電壓。圖 3? 升壓型 DC-DC 變換電路為升壓斬波電路或Boost變換器，輸出電壓 UR= Ud/ （ 1-D），D是占空比，值必須小于 1。 電路在新能源控制設(shè)備中應(yīng)用很廣，為了減小輸出電壓的波紋，通常采用多通道多重化并聯(lián)升壓型變換電路，圖4 是三通道多重化并聯(lián)升壓型變換電路。D1 組成通道 1 ，電路與工作原理與前面介紹的單通道升壓斬波電路相同；L2、 V2、 D2 組成通道 2，電路與工作原理與前面介紹的單通道升壓斬波電路

5、、 V3、 D3 組成通道 3，電路與工作原理與前面介紹的單通道升壓斬波電路相同。三個(gè)通道開關(guān)周期相同、通斷時(shí)間相同，關(guān)鍵是三個(gè)開關(guān)管通斷時(shí)間必 開才能起到降低輸出波紋的作用。多通道并聯(lián)電路可增大輸出電流。圖 4 多通道并聯(lián)升壓型 DC-DC 變換電路以降壓也可以升壓的斬波電路，這里就不介紹了，具體電路與應(yīng)用等請(qǐng)查閱其他書籍或資料。 屬單象限變換，電路簡(jiǎn)單可靠，在小型變換器中應(yīng)用較多。在下面介紹雙象限、四象限電路。式功率變換電路率變換電路是雙象限變換電路，見(jiàn)圖 5 , W1與W2圈數(shù)都為N1，構(gòu)成一個(gè)有中間抽頭的線圈，作為輸出變壓器的初級(jí)，W3與W4圈數(shù)都為N2，構(gòu)成間抽頭的線圈，作為輸出變壓

6、器的次級(jí)， V1 與 V2 交替導(dǎo)通，在次級(jí)就會(huì)感生電壓，經(jīng)全波整流后濾波到負(fù)載。變壓器兩側(cè)電壓之比為N1 與 N2 之比，器可輸出高低不同的多種電壓；而且變壓器把太陽(yáng)電池與用戶隔離開來(lái)，有利于系統(tǒng)的安全。有關(guān)細(xì)節(jié)請(qǐng)查閱其他書籍或資料。圖 5 推挽式變換電路率變換電路電路簡(jiǎn)單，使用器件少，但開關(guān)管要承受兩倍的輸入電壓，一般只在微、小型變換器中使用。全橋變換電路相全橋變換電路。圖 6? 單相全橋變換電路是直流輸入電壓，為穩(wěn)定電壓配有電容 C，4個(gè)開關(guān)晶體管T1、T2、T3、T4，4個(gè)開關(guān)管的保護(hù)二極管（續(xù)流二極管）D1、D2、D3、D4，輸出交流電。下面就具體分析這個(gè)電路。圖 7 與圖 8 是輸

7、出正向與負(fù)向電流流向圖，為清晰起見(jiàn)把電路簡(jiǎn)化，只保留主要器件。T1與T4導(dǎo)通，T3、T2關(guān)斷，時(shí)，在負(fù)載 R上有正向電流通過(guò)，輸出正向電壓，見(jiàn)圖7。圖 7 單相全橋方波正向輸出T3與T2導(dǎo)通，T1、T4關(guān)斷，時(shí)，在負(fù)載 R上有負(fù)向電流通過(guò)，輸出負(fù)向電壓，見(jiàn)圖8。圖 8 單相全橋方波負(fù)向輸出變壓器輸出的全橋直流變換電路，采用變壓器 T將輸入的光伏電源與輸出方的負(fù)載隔離，并實(shí)現(xiàn)電壓的變比。在變壓器次級(jí)采用了橋式全波整流與LC濾圖 9? 變壓器隔離的單相全橋變換電路變壓器隔離的單相全橋變換電路主要波形圖，圖中的控制信號(hào)與波形變化順序如下：管V1與V4導(dǎo)通，V3、V2關(guān)斷，全橋輸出電壓 u1為Ud ；

8、n時(shí)，關(guān)斷開關(guān)管 V1與V4，全橋輸出電壓u1為0;時(shí)，開關(guān)管V3、V2導(dǎo)通，全橋輸出電壓 u1為-Ud ；+ton 時(shí)，關(guān)斷開關(guān)管 V3 與 V2 ，全橋輸出電壓 u1 為 0;時(shí)，開關(guān)管 V1 與 V4 導(dǎo)通，全橋輸出電壓 u1 為 Ud；+ton時(shí)，關(guān)斷開關(guān)管 V1與V4，全橋輸出電壓u1為0 ;時(shí)，開關(guān)管V3、V2導(dǎo)通，全橋輸出電壓 u1為-Ud ；+ton 時(shí)，關(guān)斷開關(guān)管 V3 與 V2 ，全橋輸出電壓 u1 為 0；時(shí)，控制開關(guān)管 V1 與 V4 導(dǎo)通，全橋輸出電壓 u1 為 Ud；+ton 時(shí)，；到時(shí)間 T5 時(shí)，各開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，循環(huán)下去全橋輸出電壓 u1 （變壓器輸入電壓

9、）波形如圖 10上部綠色線所示；變壓器次級(jí)輸出交變電壓 u2如圖10中部紫色線所 整流輸出電壓u3如圖10下部藍(lán)色線所示；濾波后輸出到負(fù)載上的電壓如圖10下部紅色線所示。圖 10 單相全橋變換電路主要波形圖看全橋直流變換電路工作動(dòng)畫全橋直流變換電路工作動(dòng)畫換器可以把直流電轉(zhuǎn)換成不同電壓的直流電輸出，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中作為控制器使用，可控制對(duì)蓄電池的充電，可作為直流電源使用。換器的圖形符號(hào)是見(jiàn)圖 11。圖 11 DC-DC 變換器的圖形符號(hào)電力電子器件備或電力系統(tǒng)電路中，能承擔(dān)電能變換或控制任務(wù)的電子器件稱為電力電子器件。電力電子器件要能工作在高電壓和大電流狀態(tài)，導(dǎo)通電壓要低。器件主要有不可控器件

10、、半控型器件、全控型器件。控器件管是用于整流電路，把交流電變?yōu)橹绷麟姟Ｖ饕獏?shù)與要求是：正向?qū)娏鞔?，?dǎo)通時(shí)正向壓降小，反向耐壓高。圖12 電力二極管圖片，圖 14 左圖是管的圖形符號(hào)。圖 12 電力二極管圖片? 半控型器件也叫可控硅，是可控制導(dǎo)通的二極管，用于可控整流。晶閘管除了門極觸發(fā)電流與門極觸發(fā)電壓等參數(shù)，其他參數(shù)要求類同電力二極管。圖13是晶閘管14中圖是晶閘管圖形符號(hào)，圖 14 右圖是可關(guān)斷晶閘管圖形符號(hào)。圖 13 晶閘管圖片圖 14 電力二極管與晶閘管圖形符號(hào) ?型器件制信號(hào)控制其導(dǎo)通或關(guān)斷的器件，主要有電力晶體管、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極晶體管等，目前在電力變換與逆變電路中主要采用的是后兩種晶體應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極晶體管具有開關(guān)速度快，工作頻率高，輸入阻抗高，所需驅(qū)動(dòng)功率小，耐壓高，導(dǎo)通電壓低，熱穩(wěn)定性好。下面把這種電力電子器 電力三極管、開關(guān)晶體管或開關(guān)管。圖 15為電力三極管圖片，圖 16 為電力三極管圖形符號(hào)。沙館？?待分類轉(zhuǎn)藏到我的圖書館獻(xiàn)花（1）分享到微信以文找文圖15電力三極管圖片圖16電力三極管圖形符號(hào)?人人網(wǎng)?開心網(wǎng)?搜狐微博?推薦