第五章_直-直變流電路

1、第五章 直流斬波電路5.1 基本斬波電路 5.1.1 降壓斬波電路 5.1.2升壓斬波電路 5.1.3升降壓斬波電路直流斬波電路的一些基礎(chǔ)知識直流斬波電路（DC Chopper）u 將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蛘呖烧{(diào)電壓 的直流電。u 也稱直流-直流變換器（DC-DC Converter）。 電路種類u 6種基本斬波電路：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路。u 復(fù)合斬波電路 不同結(jié)構(gòu)斬波電路的組合。u 多相多重?cái)夭娐?相同結(jié)構(gòu)斬波電路的組合。5.1.1 降壓斬波電路（Buck chopper） 電路結(jié)構(gòu)IGBT,若為晶閘管，須有關(guān)斷

2、輔助電路負(fù)載出現(xiàn)的反電動勢續(xù)流二極管 典型用途之一是拖動直流電動機(jī)，也可以帶蓄電池負(fù)載。5.1.1 降壓斬波電路（Buck chopper） 工作原理u t=0時刻驅(qū)動V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓uo=E，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升。u t=t1時控制V關(guān)斷，二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓uo近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。u通常串接較大電感L使負(fù)載電流連續(xù)且脈動小。 降壓斬波電路的原理圖及波形a）電路圖 b）電流連續(xù)時的波形 c）電流斷續(xù)時的波形5.1.1 降壓斬波電路（Buck chopper） 數(shù)量關(guān)系u 電流連續(xù)時 負(fù)載電壓平均值 負(fù)載電流平均值u 電流斷續(xù)時 負(fù)載電壓uo平均值會被

3、抬高，一般不希望出現(xiàn)電流斷續(xù)的情況。 ononoonoffttUEEEttT式中，ton為V處于通態(tài)的時間，toff為V處于斷態(tài)的時間，T為開關(guān)周期，為導(dǎo)通占空比，簡稱占空比或?qū)ū取?omoUEIR5.1.1 降壓斬波電路（Buck chopper） 斬波電路的三種控制方式u 脈沖寬度調(diào)制（PWM）：T不變，改變ton。u 頻率調(diào)制：ton不變，改變T。u 混合型：ton和T都可調(diào)，改變占空比。 總結(jié)前面分析整流，逆變電路的方法，實(shí)際上采用都是分時線性電路的思想?，F(xiàn)在我們基于分時線性電路的思想對降壓斬波電路進(jìn)行分析。u 分V處于通態(tài)和斷態(tài)兩個階段；u 初始條件分電流連續(xù)和電流斷續(xù) 。 5.1

4、.1 降壓斬波電路（Buck chopper） 電流連續(xù)時可知1/10/1111tmTEeEeEImeRReR1/20/1111tmTEeEeEImeRReR式中， ， ， ， I10和I20分別是負(fù)載電流瞬時值的最小值和最大值。 RL/TEEmm/TTtt11/把上式用泰勒級數(shù)近似，可得 1020om EIIIR平波電抗器L為無窮大，此時負(fù)載電流最大值、最小值均等于平均值。 負(fù)載電流斷續(xù)情況 電流斷續(xù)時有I10=0，且t=ton+tx時，i2=0，可以得出 1 (1)lnxm etm電流斷續(xù)時，txtoff，由此得出電流斷續(xù)的條件為 11eme輸出電壓平均值為 ()1ononxmonxot

5、ETttEttUm ETT負(fù)載電流平均值為 1201ddononxontttonxomotttUEEIititmTTRR 在推導(dǎo)負(fù)載電流平均值的時候，可以從能量的傳遞關(guān)系角度簡單的推出。u 由于L 為無窮大，故負(fù)載電流維持在 不變。u 電源只在V處于導(dǎo)通是提供能量，為u 在整個周期T內(nèi)，負(fù)載消耗的能量為一個周期中，忽略電路中的損耗，則電源提供的能量與負(fù)載消耗的能量相等，即 oIo onEI t2omoRI TE I T2oonomoEI tRI TEI TmoEEIR所以假設(shè)電源電流平均值為I1，則有 ooonIITtI15.1.2 升壓斬波電路0iGE0ioI1a)b)升壓斬波電路及其工作波

6、形a）電路圖 b）波形 升壓斬波電路升壓斬波電路 工作原理工作原理u 假設(shè)L和C值很大。uV處于通態(tài)時，電源E向電感L充電，電流恒定I1，電容C向負(fù)載R供電，輸出電壓Uo恒定。uV處于斷態(tài)時，電源E和電感L同時向電容C充電，并向負(fù)載提供能量。 基本的數(shù)量關(guān)系基本的數(shù)量關(guān)系u當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等，即 offoontIEUtEI11化簡得 EtTEtttUoffoffoffono上式中的 1/offtT11/75.1.2 升壓斬波電路u將升壓比的倒數(shù)記作，即 ，則和導(dǎo)通占空比有如下關(guān)系 Ttoff1EEUo111輸出電壓高于電源電壓，關(guān)鍵有兩個原因：一是

7、L儲能之后具有使電壓泵升的作用，二是電容C可將輸出電壓保持住。 u如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能量僅由負(fù)載R消耗，即 ooIUEI 1u輸出電流的平均值Io為 RERUIoo1u電源電流I1為 REIEUIoo211可得12/75.1.2 升壓斬波電路ttTEiOOi1i2I10I20I10tontoffuotOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI20a)b)用于直流電動機(jī)回饋能量的升壓斬波電路及其波形a）電路圖 b）電流連續(xù)時 c）電流斷續(xù)時 典型應(yīng)用典型應(yīng)用 一是用于直流電動機(jī)傳動，二是用作單相功率因數(shù)校正（Power Factor CorrectionPFC）

8、電路，三是用于其他交直流電源中。 以用于直流電動機(jī)傳動為例以用于直流電動機(jī)傳動為例u在直流電動機(jī)再生制動時把電能回饋給直流電源。u電動機(jī)電樞電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作狀態(tài)。u直流電源的電壓基本是恒定的，不必并聯(lián)電容器。u基于分時段線性電路思想，電流連續(xù)時得L為無窮大時電樞電流的平均值Io為 13/75.1.2 升壓斬波電路u當(dāng)電樞電流斷續(xù)時，可求得i2持續(xù)的時間tx，即 mmetontx11ln當(dāng)txt0ff時，電路為電流斷續(xù)工作狀態(tài)，txt0ff是電流斷續(xù)的條件，即 eem11tOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI205.1.3升降壓斬波電路升降壓斬波電路及其波形 a)電路

9、圖 b)波形 u 為了便于分析我們設(shè)L值很大，C值也很大，使電感電流iL和電容電壓即負(fù)載電壓uo基本為恒值。u 工作原理: V通時,電源E經(jīng)V向L供電使其貯能，此時電流為i1。同時，C維持輸出電壓恒定并向負(fù)載R供電; V斷時，L的能量向負(fù)載釋放，電流為i2。負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反，故該電路也稱作反極性斬波電路。穩(wěn)態(tài)時，一個周期T內(nèi)電感L兩端電壓uL對時間的積分為零，即5.1.3 升降壓斬波電路當(dāng)V處于通態(tài)期間，uL = E；而當(dāng)V處于斷態(tài)期間，uL = - uo。于是： 5.1.3 Cuk斬波電路 V通時，EL1V回路和RL2CV回路分別流過電流 V斷時，EL1CVD回路和

10、RL2VD回路分別流過電流 輸出電壓的極性與電源電壓極性相反 等效電路如圖b所示，相當(dāng)于開關(guān)S在A、B兩點(diǎn)之間交替切換,穩(wěn)態(tài)時電容C的電流在一周期內(nèi)的平均值應(yīng)為零，也就是其對時間的積分為零，即Cuk斬波電路及其等效電路00TCi dt5.1.3 Cuk斬波電路u在如右圖所示的等效電路中，開關(guān)S合向B點(diǎn)時間即V處于通態(tài)的時間ton，則電容電流和時間的乘積為I2ton。開關(guān)S合向A點(diǎn)的時間為V處于斷態(tài)的時間toff，則電容電流和時間的乘積為I1 toff。由此可得 從而可得 5.1.3 Cuk斬波電路 當(dāng)電容C很大使電容電壓uC的脈動足夠小時，輸出電壓Uo與輸入電壓E的關(guān)系可用以下方法求出：當(dāng)開關(guān)S合到B點(diǎn)時，B點(diǎn)電壓uB=0，A點(diǎn)電壓uA= -uC；當(dāng)S合到A點(diǎn)時，uB= uC，uA=0因此，B點(diǎn)電壓uB的平均