《新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)與控制技術(shù)》第三章【2】 DC-DC變換器

1、3.2 DC/DC變換器直流斬波電路（DC Chopper）將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電也稱為直流-直流變換器（DC/DC Converter）一般指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟?，不包括直流交流直?直流斬波電路的種類 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，其中前兩種是最基本的電路 復(fù)合斬波電路不同基本斬波電路組合 多相多重?cái)夭娐废嗤Y(jié)構(gòu)基本斬波電路組合 基本斬波電路重點(diǎn)介紹最基本的三種電路 降壓斬波電路 升壓斬波電路升降壓斬波電路 電路結(jié)構(gòu) 全控型器件 若為晶閘管，須有輔助關(guān)斷電路。續(xù)流二極管負(fù)載出現(xiàn)

2、的反電動(dòng)勢(shì)典型用途之一是拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，也可帶蓄電池負(fù)載。 一、 降壓斬波電路（Buck Chopper)工作原理分析c) 電流斷續(xù)時(shí)的波形EV+-MRLVDioEMuoiGtttOOOb)電流連續(xù)時(shí)的波形TEiGtontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEiGiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMa) 電路圖圖3-1 降壓斬波電路得原理圖及波形t=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)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。t=t1時(shí)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。通常串接較大電感L使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小。數(shù)

3、量關(guān)系電流連續(xù)負(fù)載電壓平均值：tonV通的時(shí)間 toffV斷的時(shí)間 a-導(dǎo)通占空比 電流斷續(xù)，Uo被抬高，一般不希望出現(xiàn)。 負(fù)載電流平均值：斬波電路三種控制方式T不變，變ton 脈沖寬度調(diào)制（PWM）。ton不變，變T 頻率調(diào)制。ton和T都可調(diào)，改變占空比混合型。此種方式應(yīng)用最多電力電子電路的實(shí)質(zhì)上是分時(shí)段線性電路的思想?；凇胺侄尉€性”的思想，對(duì)降壓斬波電路進(jìn)行解析。分V處于通態(tài)和處于斷態(tài)初始條件分電流連續(xù)和斷續(xù)同樣可以從能量傳遞關(guān)系出發(fā)進(jìn)行的推導(dǎo) 由于L為無(wú)窮大，故負(fù)載電流維持為Io不變 電源只在V處于通態(tài)時(shí)提供能量，為 在整個(gè)周期T中，負(fù)載消耗的能量為輸出功率等于輸入功率，可將降壓斬波

4、器看作直流降壓變壓器。一周期中，忽略損耗，則電源提供的能量與負(fù)載消耗的能量相等。I1為電源電流的平均值 負(fù)載電流斷續(xù)的情況：輸出電壓不僅與占空比有關(guān)，還與反電勢(shì)大小有關(guān)。 負(fù)載電流平均值為：輸出電壓平均值為： 二、升壓斬波電路（Boost Chopper）保持輸出電壓儲(chǔ)存電能 電路結(jié)構(gòu)1) 升壓斬波電路的基本原理工作原理分析假設(shè)L和C值很大。V處于通態(tài)時(shí)，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。V處于斷態(tài)時(shí)，電源E和電感L同時(shí)向電容C充電，并向負(fù)載提供能量。動(dòng)態(tài)演示。I1a) 電路圖b) 波形數(shù)量關(guān)系設(shè)V通態(tài)的時(shí)間為ton，此階段L上積蓄的能量為設(shè)V斷態(tài)的時(shí)間為

5、toff，則此期間電感L釋放能量為穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中L積蓄能量與釋放能量相等：（3-21）（3-20）化簡(jiǎn)得： T/toff1，輸出電壓高于電源電壓，故為升壓斬波電路。升壓比；升壓比的倒數(shù)記作b ，即。 b和a的關(guān)系：因此，式（3-21）可表示為 電壓升高得原因：電感L儲(chǔ)能使電壓泵升的作用電容C可將輸出電壓保持住如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能量?jī)H由負(fù)載R消耗，即 ： 。 與降壓斬波電路一樣，升壓斬波電路可看作直流變壓器。輸出電流的平均值Io為：電源電流的平均值Io為： 三、升降壓斬波電路 (buck -boost Chopper) 電路結(jié)構(gòu)基本工作原理a)otb)oti1i2tontoffILILV通時(shí)，電源E經(jīng)V向L供電使其貯能，此時(shí)電流為i1。同時(shí)，C維持輸出電壓恒定并向負(fù)載R供電。V斷時(shí)，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，該電路也稱作反極性斬波電路。動(dòng)態(tài)演示。數(shù)量關(guān)系穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T內(nèi)電感L兩端電壓uL對(duì)時(shí)間的積分為零，即（3-39）所以輸出電壓為：V處于通態(tài)uL = EV處于斷態(tài)uL = - uo圖3-4b中給出了電源電流i1和負(fù)載電流i2的波形，設(shè)兩者的平均值分別為I1和I2，當(dāng)電流脈動(dòng)足夠小時(shí)，有：由上式得： 結(jié)論當(dāng)0a 1/