第五章：直流斬波

第5章

直流變換器(DC-DC變換器)2023/2/61北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院本章內(nèi)容5.1

降壓變換器（BUCK變換器）5.2

升壓變換器（BOOST變換器）5.3

升降壓變換器（BUCK--BOOST變換器）5.4

丘克變換器（CUK變換器）5.5多象限直流變換器5.6多相多重直直變換器5.7帶隔離變壓器的直—直變換器2023/2/62北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院概述1、直流電壓的調(diào)節(jié)方式（1）線性調(diào)節(jié)方式通過(guò)與負(fù)載相串聯(lián)的線性元件來(lái)調(diào)節(jié)電壓損耗大、效率低（2）開關(guān)調(diào)節(jié)方式通過(guò)電子開關(guān)的閉合/斷開來(lái)調(diào)節(jié)電壓2023/2/63北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院2、直—直變換采用開關(guān)調(diào)節(jié)方式3、直—直變換技術(shù)的應(yīng)用直流調(diào)速系統(tǒng)：如地鐵動(dòng)車、無(wú)軌電車、其它蓄電池供電的電動(dòng)車輛等，在此領(lǐng)域稱直流斬波技術(shù)開關(guān)電源：如通信電源、電腦、移動(dòng)電話電源等，在此領(lǐng)域稱直—直變換技術(shù)2023/2/64北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院4、直—直變換器的分類：根據(jù)輸入、輸出電壓大小分為：降壓型U0<UiBuck型升壓型U0>UiBoost型升－降壓型Buck-Boost型

Cuk型根據(jù)輸出電壓、輸出電流方向分為：第一象限Uo>0,Io>0第二象限Uo>0,Io<0兩象限四象限2023/2/65北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院根據(jù)是否帶隔離變壓器分為：不帶隔離變壓器型帶隔離變壓器型2023/2/66北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院降壓變換器的電路拓?fù)?、構(gòu)成直—直變換器的三要素☆：三要素：開關(guān)管、儲(chǔ)能電感、續(xù)流二極管。這三者可以有不同的連接方式，從而構(gòu)成不同類型的直—直變換器，如降壓、升壓、升—降壓等變換器。2023/2/67北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院6、直—直變換器的控制方式☆基本控制方式：調(diào)節(jié)ton/T

定頻調(diào)寬控制（PWM）T不變，調(diào)節(jié)ton

定寬調(diào)頻控制（PFM）ton

不變，調(diào)節(jié)

T

toff

不變，調(diào)節(jié)ton

和

T

調(diào)頻調(diào)寬混合控制BUCK變換器2023/2/68北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8、基礎(chǔ)知識(shí)：電感、電容的工作特性。7、本章將討論直—直變換器的工作原理和穩(wěn)態(tài)工作特性，在分析過(guò)程中基于以下幾點(diǎn)假設(shè)：電路中的開關(guān)管、二極管均為理想器件；電路中的電感、電容均為理想器件。2023/2/69北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5.1降壓變換器（BUCK變換器）2、工作原理S閉合，Ud通過(guò)L向R供能，iL增大，L儲(chǔ)能增加；S斷開，iL通過(guò)D續(xù)流，L上的能量消耗在R上，iL下降；Uo=0~Ud

視iL是否連續(xù)，分為連續(xù)導(dǎo)電模式和不連續(xù)導(dǎo)電模式☆功率開關(guān)器件濾波電容儲(chǔ)能電感續(xù)流二極管一、電路結(jié)構(gòu)與工作原理1、電路結(jié)構(gòu)2023/2/610北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院二、連續(xù)導(dǎo)電模式☆1、波形分析穩(wěn)態(tài)時(shí)，Uo基本恒定，IC=0，UL=0，Io=IL忽略電路損耗，Pd=Po，即：UdId=UoIo分析波形的方法：①

開關(guān)元件狀態(tài)；②

電感電壓；③

電感電流；④

其它元件的電流。BUCK變換器is2023/2/611北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院BUCK變換器isis2023/2/612北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院2、電量計(jì)算穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T內(nèi)L積蓄能量與釋放能量相等 即 所以

得：由 得：BUCK變換器2023/2/613北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院課堂思考

1、如圖所示電路，試分析若出現(xiàn)以下情況會(huì)造成什么后果？2、若Ｄ增大，負(fù)載平均電流Io、電感平均電流IL、開關(guān)管平均電流Id、二極管平均電流ID將如何變化？①Ｄ開路②Ｃ開路③R開路2023/2/614北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5.2升壓變換器（BOOST變換器）2、工作原理S閉合，Ud向L充電，iL增大，負(fù)載由C供電；S斷開，iL通過(guò)D向C和R供電，

iL下降；Uo=Ud~∞視iL是否連續(xù)，分為連續(xù)導(dǎo)電模式和不連續(xù)導(dǎo)電模式☆儲(chǔ)能電感濾波電容一、結(jié)構(gòu)與工作原理1、電路結(jié)構(gòu)2023/2/615北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院二、連續(xù)導(dǎo)電模式☆1、波形分析穩(wěn)態(tài)時(shí)，Uo基本恒定，IC=0，UL=0，Io=ID，Id=IL忽略電路損耗，Pd=Po，即：UdId=UoIoBOOST變換器is2023/2/616北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院2、電量計(jì)算穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T內(nèi)L積蓄能量與釋放能量相等BOOST變換器2023/2/617北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院課堂思考

1、如圖所示電路，試分析若出現(xiàn)以下情況會(huì)造成什么后果？①Ｄ開路②Ｃ開路③R開路2、若Ｄ增大，負(fù)載平均電流Io、電感平均電流IL、開關(guān)管平均電流Is、二極管平均電流ID將如何變化？2023/2/618北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5.3升降壓變換器

（BUCK--BOOST變換器）2、工作原理S閉合，Ud向L充電，iL增大，負(fù)載由C供電；S斷開，iL通過(guò)D向C和R供電，iL下降；Uo=0~∞

視iL是否連續(xù)，分為連續(xù)導(dǎo)電模式和不連續(xù)導(dǎo)電模式☆。一、電路結(jié)構(gòu)與工作原理1、電路結(jié)構(gòu)2023/2/619北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院二、連續(xù)導(dǎo)電模式☆1、波形分析穩(wěn)態(tài)時(shí)，Uo基本恒定，IC=0，UL=0，Io=ID=IL-Id忽略電路損耗，Pd=Po，即：UdId=UoIoBUCK--BOOST變換器2023/2/620北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院2、電量計(jì)算BUCK--BOOST變換器2023/2/621北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院課堂思考

1、如圖所示電路，試分析若出現(xiàn)以下情況會(huì)造成什么后果？①Ｄ開路②Ｃ開路③R開路2、若Ｄ增大，負(fù)載平均電流Io、電感平均電流IL、開關(guān)管平均電流Is、二極管平均電流ID將如何變化？3、輸入電流id是否連續(xù)？2023/2/622北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5.4丘克變換器（CUK變換器）一、電路結(jié)構(gòu)與工作原理1、電路結(jié)構(gòu)L1、C1為能量傳遞元件；L2、C2為濾波元件2023/2/623北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院S閉合，D截止，Ud向L1充電→iL1增大；C1向L2

、C2和負(fù)載供電，iL2增大；S斷開，D導(dǎo)通，Ud和L給C1充電，iL1減?。回?fù)載由L2和C2供電，iL2減小；Uo=0~∞CUK變換器視iL1是否連續(xù)，分為連續(xù)導(dǎo)電模式和不連續(xù)導(dǎo)電模式☆。2、工作原理2023/2/624北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院二、連續(xù)導(dǎo)電模式1、波形分析穩(wěn)態(tài)時(shí)，UC1

、Uo基本恒定，IC1=0，IC2=0，UL1=0，UL2=0忽略電路損耗，Pd=Po，即：UdId=UoIoId=IL1，Io=IL2CUK變換器2023/2/625北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院1、波形分析穩(wěn)態(tài)時(shí)，UC1

、Uo基本恒定，IC1=0，IC2=0，UL1=0，UL2=0忽略電路損耗，Pd=Po，即：UdId=UoIoId=IL1，Io=IL2CUK變換器2023/2/626北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院2、電量計(jì)算CUK變換器2023/2/627北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院課堂思考

1、在BOOST電路中，若輸入電壓Ui=10.0V，占空比D=0.7，則輸出電壓Uo=

。

2、判斷對(duì)錯(cuò)（1）Buck—BoostDC—DC變換器：①在連續(xù)工作狀態(tài)下，輸入電流是連續(xù)的②屬于一象限D(zhuǎn)C—DC變換器③在連續(xù)工作狀態(tài)下，若輸入電壓一定，則變換器輸出電壓與占空比呈線性關(guān)系④是升降壓DC—DC變換器⑤連續(xù)工作狀態(tài)是指負(fù)載電流連續(xù)2023/2/628北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院課堂思考

判斷對(duì)錯(cuò)（2）DC-DC變換電路中，器件開關(guān)頻率越高，輸出電壓的脈動(dòng)分量越小。（3）在DC-DC變換電路中，輸出濾波電容越大，輸出電壓的脈動(dòng)分量越小。（4）在DC-DC變換電路中，輸入電壓越高，輸出電壓的脈動(dòng)分量越小。2023/2/629北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5.1~5.4小結(jié)1、直流—直流（DC—DC）變換器——把一種直流電變換成另一種直流電的電力電子裝置。2、了解DC—DC變換器的分類、基本控制方法。3、理解DC—DC變換器的工作頻率（開關(guān)器件的開關(guān)頻率）、輸出濾波電容對(duì)輸出電壓脈動(dòng)（紋波）的影響。4、對(duì)于前三種基本DC—DC變換器，掌握以下要求：①能畫電路圖、并能敘述其工作原理；②能畫各元件上的電壓、電流波形（重點(diǎn)是uL、iL波形，難點(diǎn)是ic波形）；③會(huì)推導(dǎo)Uo/Ud=f(D)的關(guān)系式。④會(huì)計(jì)算電量2023/2/630北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5.5多象限直流變換器一、橋臂式兩象限直流變換器（A型直流變換器）1、電動(dòng)狀態(tài)：T2始終關(guān)斷，T1、D1交替導(dǎo)通，UL>E，iA>0。2、再生狀態(tài)：

T1始終關(guān)斷，T2、D2交替導(dǎo)通，UL<E

，iA<0。3、特點(diǎn)

UL>0，iA可正可負(fù)，位于第一、二象限

能量雙向流動(dòng)2023/2/631北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院二、混合橋式兩象限直流變換器（B型直流變換器）1、電動(dòng)狀態(tài)：T1始終導(dǎo)通，D1始終截止，T2、D2交替導(dǎo)通，UL>E>0，iA>0。2、再生狀態(tài)：T1始終關(guān)斷，D1始終導(dǎo)通，

T2、D2交替導(dǎo)通，

UL<0，E<0，[UL]<[E]，iA>0。3、特點(diǎn)：iA>0，UL可正可負(fù)，位于

第一、四象限。2023/2/632北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院三、四象限直流變換器T1、D2＋T4、D3＝B型兩象限斬波器

iA>0，VL可正可負(fù)，位于第一、四象限。T2、D1＋T3、D4＝B型兩象限斬波器（左右翻轉(zhuǎn)）

iA<0，VL可正可負(fù)，位于第二、三象限。組合后iA

、UL極性均可

變，電機(jī)可四象限運(yùn)行。多種控制方法2023/2/633北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5.6多相多重直直變換器減小輸入、輸出脈動(dòng)：提高開關(guān)頻率f采用多相多重電路多相－－從電源側(cè)看多重－－從負(fù)載側(cè)看二相二重?cái)夭ㄆ鳎▓Da）二相一重?cái)夭ㄆ鳎▓Db）2023/2/634北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院例：3相3重直直變換器1、電路結(jié)構(gòu)由三個(gè)相同的BUCK變換器組成，Lo遠(yuǎn)大于L。2、工作原理在一個(gè)工作周期Ts中，T1、T2、T3運(yùn)依次各通、斷一次；導(dǎo)通時(shí)間的起點(diǎn)相差Ts/3導(dǎo)通時(shí)間（ton）、占空比D(D=ton/Ts)相同2023/2/635北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院例：3相3重直直變換器（續(xù)）3、基本電量關(guān)系負(fù)載電流： io(t)=i1(t)+i2(t)+i3(t)負(fù)載平均電流：Io=3I1=3I2=3I3負(fù)載平均電壓： Uo=U1=U2=U3=D*Ud輸入電流： id(t)=iT1(t)+iT2(t)+iT3(t)id、io的脈動(dòng)頻率為

3fS，脈動(dòng)頻率提高，脈動(dòng)分量減小4、波形分析2023/2/636北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院課堂思考

1、設(shè)一直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載由斬波器供電，要求電動(dòng)機(jī)可工作在電動(dòng)狀態(tài)和發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，下列哪些電路可滿足要求?①BUCK斬波器 ②BOOST斬波器③BUCK—BOOST斬波器④CUK斬波器 ⑤A型兩象限斬波器⑥B型兩象限斬波器 ⑦四象限斬波器2023/2/637北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院課堂思考

2、圖示斬波電路，設(shè)晶閘管的開關(guān)頻率為fs，則：①輸入電流的脈動(dòng)頻率為？②輸出電流的脈動(dòng)頻率為？3、多相多重?cái)夭娐罚爸亍睌?shù)越多，則：①輸入電流的脈動(dòng)頻率？②負(fù)載電流的脈動(dòng)頻率？

③負(fù)載電流的脈動(dòng)分量？

2023/2/638北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5.7帶隔離變壓器的直直變換器為什么要加隔離變壓器？多路輸出電源，各輸出端需要用變壓器隔離輸入/輸出電壓差別很大，需要用變壓器變壓開關(guān)電源往往都有多路輸出，因此帶隔離變壓器的直直變換器是開關(guān)電源的基礎(chǔ)。2023/2/639北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院由基本直直變換器派生而來(lái)由降壓變換器派生的電路單端正激變換器混合橋式變換器電壓型推挽變換器電壓型半橋變換器電壓型全橋變換器由升壓變換器派生的電路：電流型推挽變換器由升-降壓變換器派生的電路：?jiǎn)味朔醇ぷ儞Q器

2023/2/640北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院一、單端正激式（Forward）變換器（一）理想單端正激式變換器不考慮變壓器激磁電抗和漏抗2、工作原理

開關(guān)閉合：D1正偏導(dǎo)通，D2反偏截止，uL>0，iL線性增大；

開關(guān)斷開：D2續(xù)流，uL<0，iL線性減小。1、電路結(jié)構(gòu)2023/2/641北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)后：輸出電壓Uo與占空比D成正比，與降壓變換器類似。2023/2/642北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院實(shí)際上該電路不能使用，原因是：①

變壓器有激磁電感Lm，開關(guān)斷開過(guò)程中激磁能量無(wú)處泄放→變壓器繞組產(chǎn)生很高的電壓→擊穿開關(guān)管②即使開關(guān)管沒被擊穿，變壓器激磁能量的增加→變壓器磁通飽和→變壓器繞組短路→開關(guān)管過(guò)流損壞

☆單端變換器必須要有一個(gè)泄放變壓器激磁能量的回路，使變壓器磁通復(fù)位！2023/2/643北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院理想單端正激式變換器（續(xù)）3、單端變換器必須遵循的原則——磁通復(fù)位（去磁）原則☆要求在每個(gè)周期結(jié)束時(shí)，變壓器磁芯中的磁通增量為零（即磁通復(fù)位），否則磁通將不斷增加，導(dǎo)致磁芯飽和，造成開關(guān)管損壞。2023/2/644北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院（二）、實(shí)用單端正激式變換器1、電路結(jié)構(gòu)N1：原邊繞組N2：副邊繞組N3：去磁繞組2023/2/645北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院實(shí)用單端正激式變換器（續(xù)）S斷開，去磁期間(ton~ton+tm)：D1截止，D2、D3導(dǎo)通，iL

、im線性減小，im經(jīng)N3、D3反饋到電源Ud中2、工作原理/波形分析☆Ｓ斷開，去磁以后(ton+tm~Ts)：D1、D3截止，D2導(dǎo)通，iL線性減小。S閉合(0~ton)：D1導(dǎo)通，D2、D3截止，iL、im線性增長(zhǎng)假設(shè)iL連續(xù)，并且在每個(gè)周期內(nèi)變壓器中的激磁能量都能泄放完，變壓器不飽和，激磁電感Lm不變。2023/2/646北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院usuD2i1①S閉合(0~ton)：D1導(dǎo)通，D2、D3截止，iL、im線性增長(zhǎng)。2023/2/647北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院usuD2i1②S斷開，去磁期間(ton~ton+tm)：D1截止，D2、D3導(dǎo)通，iL、im線性減小，im經(jīng)N3、D3反饋到電源Ud中。2023/2/648北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院usuD2i1②S斷開，去磁期間(ton~ton+tm)：通常?。篘3=N1，Dmax=0.52023/2/649北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院usuD2i1③Ｓ斷開，去磁以后(ton+tm~Ts)：D1、D3截止，D2導(dǎo)通，iL線性減小。2023/2/650北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院實(shí)用單端正激式變換器（續(xù)）3、基本關(guān)系

Ｓ承受最大電壓：

D1承受最大電壓：

D2承受最大電壓：

D3承受最大電壓：通常取：N3=N12023/2/651北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院實(shí)用單端正激式變換器（續(xù)）

☆如果輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓Uo將高于式（5-36）的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下，Uo=(N2/N1)Ud。2023/2/652北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院實(shí)用單端正激式變換器（續(xù)）4、單端正激式變換器實(shí)例2023/2/653北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院（三）雙管單端正激式變換器2023/2/654北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院（四）脈沖變壓器隔離驅(qū)動(dòng)電路

（單端正激式變換器）TMR1R2R3V1V2VD1VD3VD2R4+E1+E22023/2/655北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院二、單端反激式（Flyback）變換器1、電路結(jié)構(gòu)_+☆變壓器起著儲(chǔ)能元件的作用，可以看作是一對(duì)相互耦合的電感。2023/2/656北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院2、工作原理_+（1）S導(dǎo)通：Ud加到原邊繞組上，u1=Ud→副邊感應(yīng)出下+/上-的電壓，u2=(N2/N1)Ud，D反偏截止→變壓器儲(chǔ)能（相當(dāng)于一個(gè)儲(chǔ)能電感，電感值等于繞組N1的電感值L1）→

i1線性增大，i1=(Ud/L1)t。2023/2/657北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院2、工作原理_+（2）S截止：變壓器繞組N1中儲(chǔ)存的能量瞬間轉(zhuǎn)移到繞組N2中，副邊感應(yīng)出下-

/上+的電壓，u2=-Uo

→

D導(dǎo)通，變壓器向負(fù)載釋放能量→

i2線性下降，i2=I2max-(Ud/L2)t（這時(shí)變壓器的電感值等于繞組N2的電感值L2）。2023/2/658北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院反激式（Flyback）變換器（續(xù)）3、波形分析

根據(jù)i2在一周期結(jié)束前是否為零可分為斷續(xù)工況、連續(xù)工況2023/2/659北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院反激式（Flyback）變換器（續(xù)）Ｓ承受最大電壓：D承受最大電壓：4、基本關(guān)系

☆在斷續(xù)工況下，輸出電壓高于式（5-53）的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下，Uo→∞，因此該變換器的負(fù)載不能開路。2023/2/660北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院反激式（Flyback）變換器（續(xù)）5、單端反激式變換器實(shí)例2023/2/661北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院三、推挽式（Push-pull）變換器1、電路結(jié)構(gòu)變壓器原邊電路：電壓型推挽逆變電路。變壓器副邊電路：全波整流電路。兩個(gè)Forward變換器的組合，開關(guān)管T1、T2輪流導(dǎo)通，變壓器鐵芯交變磁化。2023/2/662北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院2、工作原理☆T1導(dǎo)通、T2截止：

u11=Ud，uoi=(N2/N1)Ud，uL=(N2/N1Ud)-Uo，D1正偏導(dǎo)通，iD1=iL線性增長(zhǎng)，D2反偏截止，iD2=０。T1截止、T2導(dǎo)通：u12=-Ud，uoi=(N2/N1)Ud，uL=(N2/N1)Ud-Uo，D1反偏截止，iD１=０，D2正偏導(dǎo)通，iD2=iL線性增長(zhǎng)。2023/2/663北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院T1、T2都截止：uoi=0，D1、D2同時(shí)續(xù)流，若不考慮激磁電流，則iD1=iD2=iL/2。

uL=-Uo，iL線性下降?！钭ⅲ篢1和T2同時(shí)導(dǎo)通，相當(dāng)于變壓器一次側(cè)繞組短路，因此應(yīng)避免兩個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通！

☆根據(jù)iL是否連續(xù)可分為連續(xù)工況和斷續(xù)工況。2023/2/664北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院推挽式（Push-pull）變換器（續(xù)）4、特點(diǎn)分析☆

如果兩個(gè)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱，使會(huì)變壓器中存在直流分量，因此容易發(fā)生變壓器的偏磁和直流磁飽和。3、波形分析☆2023/2/665北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院推挽式（Push-pull）變換器（續(xù)）5、基本關(guān)系

原邊T承受最大電壓：原邊D承受最大電壓：副邊D承受最大電壓：

☆如果輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓Uo將高于式（5-58）的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下，Uo=(N2/N1)Ud。2023/2/666北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院推挽式（Push-pull）變換器（續(xù)）6、推挽式變換器實(shí)例2023/2/667北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院四、半橋式（Half-bridge）變換器1、電路結(jié)構(gòu)變壓器原邊電路：電壓型半橋逆變電路。變壓器副邊電路：全波整流電路?！钭ⅲ篢1和T2同時(shí)導(dǎo)通將造成橋臂貫穿短路，因此應(yīng)避免兩個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通！2023/2/668北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院T1與T2交替導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為Ud/2的交流電壓。改變開關(guān)的占空比，就可改變輸出電壓Uo。T1導(dǎo)通時(shí)，D1處于通態(tài)；T2導(dǎo)通時(shí)，D2處于通態(tài)。當(dāng)兩個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，變壓器繞組N1中的電流為零，D1和D2都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。T1或T2導(dǎo)通時(shí)電感L的電流逐漸上升，T1和T2都關(guān)斷時(shí)，電感L的電流逐漸下降。2、工作原理（與推挽式類似）2023/2/669北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院3、主要波形（與推挽式類似）4、特點(diǎn)分析☆

由于電容的隔直作用，半橋電路對(duì)由于兩個(gè)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱而造成的變壓器一次側(cè)電壓的直流分量有自動(dòng)平衡作用，因此不容易發(fā)生變壓器的偏磁和直流磁飽和。2023/2/670北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院半橋式（Half-bridge）變換器（續(xù)）5、基本關(guān)系原邊T承受最大電壓：副邊D承受最大電壓：

☆如果輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓Uo將高于式（5-59）的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下，Uo=(N2/N1)(Ud/2)。2023/2/671北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院半橋式（Half-bridge）變換器（續(xù)）6、半橋式變換器實(shí)例2023/2/672北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院五、全橋式（Full-bridge）變換器1、電路結(jié)構(gòu)變壓器原邊電路：電壓型全橋逆變電路。變壓器副邊電路：全波整流電路?！钭ⅲ篢1和T2（或T1和T2

）同時(shí)導(dǎo)通將造成橋臂貫穿短路，因此應(yīng)避免同一個(gè)橋臂上兩個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通！2023/2/673北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院2、工作原理（與推挽式類似）互為對(duì)角的兩個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，同一橋臂上下兩開關(guān)交替導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為Ud的交流電壓，改變占空比就可以改變電壓Uo。當(dāng)T1與T4開通后，二極管D1處于通態(tài)；T2與T3開通后，D2處于通態(tài)。當(dāng)4個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，D1和D2都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電感電流。T1與T4開通或T2與T3開通時(shí)，電感L的電流逐漸上升，4個(gè)開關(guān)管都關(guān)斷時(shí)，電感L的電流逐漸下降。2023/2/674北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院3、主要波形（與推挽式類似）4、特點(diǎn)分析☆如果T1、T4與T2、T3的導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱，則交流電壓u1中將含有直流分量，會(huì)在變壓器一次側(cè)產(chǎn)生很大的直流分量，造成磁路飽和，因此全橋電路應(yīng)注意避免電壓直流分量的產(chǎn)生，也可以在一次側(cè)回路串聯(lián)一個(gè)電容（見實(shí)例中的Cb），以阻斷直流電流。2023/2/675北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院全橋式（Full-bridge）變換器（續(xù)）5、基本關(guān)系

原邊T承受最大電壓：副邊D承受最大電壓：☆如果輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓Uo將高于式（5-60）的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下，Uo=(N2/N1)Ud。2023/2/676北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院全橋式（Full-bridge）變換器（續(xù)）6、全橋式變換器實(shí)例2023/2/677北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院五種帶隔離變壓器的DC/DC電路的比較☆電路結(jié)構(gòu)變壓器利用率（單端、雙端）激磁能量（去磁方法）開關(guān)器件電壓應(yīng)力功率等級(jí)（應(yīng)用場(chǎng)合）驅(qū)動(dòng)難易程度可靠性（短路、偏磁）2023/2/678北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院五種帶隔離變壓器的DC/DC電路的比較☆單端正激單端反激推挽半橋全橋電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單←復(fù)雜←←變壓器利用率低（單向激磁）←←高（雙向激磁）←←←←開關(guān)器件所受應(yīng)力大UTmax=（1+N1/N3)Ud←UTmax=Ud+（N1/N2)Uo←UTmax=2Ud小UTmax=Ud←UTmax=Ud激磁能量去向反饋到電源消耗于負(fù)載←←←2023/2/679北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院五種帶隔離變壓器的DC/DC電路的比較☆單端正激單端反激推挽半橋全橋功率等級(jí)較大幾百W~幾KW小幾W~幾十W較大幾百W~幾KW較大幾百W~幾KW最大幾百W~幾百KW驅(qū)動(dòng)難易程度易←←難必須要隔離驅(qū)動(dòng)←←可靠性（貫穿短路、偏磁）高←差有偏磁問(wèn)題←有貫穿短路問(wèn)題←有偏磁、貫穿短路問(wèn)題2023/2/680北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院五種帶隔離變壓器的DC/DC電路的比較☆單端正激單端反激推挽半橋全橋占空比D<0.5D<1D<0.5D<0.5D<0.5Uo/Ud(N2/N1)D(N2/N1)(D/1-D)2(N2/N1)D(N2/N1)D2(N2/N1)D開關(guān)數(shù)量少（1）少（1）多（2）多（2）最多（4）2023/2/681北京