新能源汽車驅動電機及控制系統(tǒng)檢修 課件 項目四 電的轉換

認知AC-AC變換電路教學目標1.掌握AC-AC變換電路的作用及在汽車上的應用;2.掌握AC-AC變換電路的結構組成及工作原理;3.掌握AC-AC變換電路的實驗板制作。重點：AC-AC變換電路的工作原理。難點：AC-AC變換電路實驗板制作。一任務描述二任務分析三信息收集四制定方案五任務實施六總結評價教學流程一、任務描述

電動汽車的驅動電機是三相交流電機，其轉速的控制是通過改變交流電的頻率實現(xiàn)的，而轉矩的控制是改變交流電的大小。那么交流變換電路是如何實現(xiàn)電壓和頻率的改變的呢？讓我們一起來學習吧！二、任務分析1.交流電變換的種類？2.交流電如何調頻？3.交流電如何調壓？

交流電的三要素包括幅值、頻率和相位。

AC-AC變換電路就是實現(xiàn)將一種交流波形轉換為另一種交流波形，輸出電壓幅值和頻率均可調節(jié)的電力電子裝置。但實際上，AC-AC變換電路對波形相位的變換是比較困難的。按照其對交流電波形的控制，主要可實現(xiàn)以下三種功能的基本電路。一、AC-AC變換電路概述三、收集信息1、交流調壓電路只改變輸出電壓、電流的幅值的電路三、收集信息2、交流調功電路對電路周期通斷進行控制的電路。三、收集信息3、交流調頻電路改變交流電輸出頻率的電路。這種AC-AC直接變頻電路功能是受限的，其輸出頻率小于輸入頻率。新能源汽車上一般采用的是交-直-交間接式變頻器。三、收集信息

交流調壓電路按照調節(jié)交流電的相數(shù)不同，分為單相交流調壓電路和三相交流調壓電路。按照控制的方式不同，又可分為整周波通斷控制、相位控制和斬波控制三種。

二、交流調壓電路三、收集信息

整周波控制方式的交流調壓電路，是采用晶閘管作為開關器件，控制負載與電源周期性通斷，通過改變導通和斷開的比例來調節(jié)負載電壓的有效值。

相位控制的交流調壓電路是通過改變電源交流波形的觸發(fā)延遲角α，改變晶閘管導通的時間，從而達到改變負載通電時間的方式進行調壓。

斬波控制可采用IGBT等全控型功率開關器件，控制交流電壓周期內多次通斷，使電壓波形形成多個脈沖，通過改變導通比來實現(xiàn)調壓。

三種控制方式中應用較多的是相位控制交流調壓電路，相比一般的變壓器，具有體積小、效率高、成本低的優(yōu)點。二、交流調壓電路三、收集信息1、單相交流調壓電路

該電路主要元件由交流電源Vs；兩個反向并聯(lián)晶閘管S1、S2；負載R。

該電路采用了半控型開關器件晶閘管，其工作特點為門極有正向觸發(fā)電壓時導通，主回路電流小于最低維持電流時關斷。三、收集信息

波形圖中的α為晶閘管導通延遲角度。根據晶閘管工作特性，電路基本工作過程分為以下四個階段：

①在t0～t1區(qū)間。交流電源處于正半波，S1正向偏置，S2反向偏置。晶閘管沒有觸發(fā)信號，S1、S2均不導通，輸出電壓Vo=0，開關電壓Vsw=Vs。②在t1～t2區(qū)間。交流電源處于正半波，S1正向偏置，S2反向偏置。此時給S1觸發(fā)信號使其導通，S2保持關斷，輸出電壓Vo=Vs，開關電壓Vsw=0。③在t2～t3區(qū)間。交流電源處于負半波，S1反向偏置，S2正向偏置。t2時刻交流電源Vs過零，正向電流減小為0，晶閘管S1、S2均關斷，輸出電壓Vo=0，開關電壓Vsw=Vs。④在t3～t4區(qū)間。交流電源處于負半波，S1反向偏置，S2正向偏置。此時給S2觸發(fā)信號使其導通，S1保持關斷，輸出電壓Vo=Vs，開關電壓Vsw=0。三、收集信息

以上工作過程中，從輸入波形Vs與輸出電壓Vo波形的對比可以看出，輸出電壓Vo隨著正負半波過零點時延遲角α的增大而減小，從而得到調節(jié)后的電壓值，由于正負半波過零點后的α值相等，故輸出交流電平均值仍為0。

三、收集信息2、三相交流調壓電路

三相交流調壓電路結構與單相交流調壓電路類似，電路接入三相交流電源，每相互隔2π/3相位工作。

如圖所示，根據三相電路連接形式不同，常見分為以下四種：星形聯(lián)結、線路控制三角形聯(lián)結、支路控制三角形聯(lián)結、中點控制三角形聯(lián)結。三、收集信息

如圖所示為阻性負載星形聯(lián)結三相交流調壓電路結構示意圖。

該電路主要元件由三相交流電源Van、Vbn、Vcn；六個反向并聯(lián)晶閘管S1、S2、S3、S4、S5、S6；負載R。

三相交流調壓電路任一相導通時必須和另一相構成回路，把相電壓過零定為延遲角α的起點。與三相橋式整流電路類似，電流流通路徑有兩個晶閘管。下面以晶閘管導通延遲角α=30°時A相正半周電壓Van的波形控制為例，解析電路調壓原理。如圖b所示，電路工作過程分為以下六個階段：三、收集信息①在t0～t1區(qū)間。t0時刻，A相電壓Van過零點，晶閘管S1無觸發(fā)信號，S1處于關斷狀態(tài)，A相輸出電壓Vao=0。此時C相電壓Vcn處于正半波，B相電壓Vbn處于負半波，晶閘管S5和S6處于兩管導通狀態(tài)。②在t1～t2區(qū)間。t1時刻，A相電壓Van過零點延遲30°相位角，晶閘管S1觸發(fā)導通。此時S5和S6仍然導通，此時電路處于三管導通狀態(tài)。由于三相電路輸出均衡，此時A相輸出電壓Vao=Van，即A相負載電壓等于A相相電壓。③在t2～t3區(qū)間。t2時刻，C相電壓Vcn過零點，晶閘管S5處于關斷狀態(tài)，S1和S6仍然導通，電路處于兩管導通狀態(tài)。由于三相只有A、B兩相導通，則此時A相輸出電壓為A、B兩相線電壓的一半，即Vao=Vab/2。④在t3～t4區(qū)間。T3時刻，C相電壓Vcn過零點延遲30°相位角，晶閘管S2觸發(fā)導通。此時S1和S6仍然導通，此時電路處于三管導通狀態(tài)。由于三相電路輸出均衡，此時A相輸出電壓Vao=Van。⑤

在t4～t5區(qū)間。T4時刻，B相電壓Vbn過零點，晶閘管S6處于關斷狀態(tài)，S1和S2仍然導通，電路處于兩管導通狀態(tài)。由于三相只有A、B兩相導通，則此時A相輸出電壓為A、C兩相線電壓的一半，即Vao=Vac/2。⑥在t5～t6區(qū)間。T5時刻，B相電壓Vbn過零點延遲30°相位角，晶閘管S3觸發(fā)導通。此時S1和S2仍然導通，此時電路處于三管導通狀態(tài)。由于三相電路輸出均衡，此時A相輸出電壓Vao=Van。三、收集信息

通過以上的電路工作過程分析，結合圖c可知，A相負半周電壓波形輸出情況與A相正半周軸對稱，B相和C相輸出波形與A相相似。

相位控制的三相交流調壓電路，通過改變導通延遲角α的值，可以減小電路交流輸出電壓值，實現(xiàn)交流調壓的目的。下圖為導通延遲角α等于30°、60°、90°和120°時，電路A相輸出電壓Vao的波形。從圖中可知，隨著α值的增大，輸出電壓Vao越低。值得注意的是，當α=90°時，電路開始出現(xiàn)斷流的情況，α=150°時電路將不能工作。三、收集信息

AC-AC直接變頻電路只能把一種交流電的頻率往下調，而不能往上調，這是由AC-AC調頻電路的原理所決定的。這種直接變頻電路并不能滿足電動汽車驅動電機性能要求，因此在電動汽車電機控制器中，普遍采用了交-直-交型的間接變頻器，以滿足驅動電機功率輸出的控制。AC-AC變頻電路根據工作原理不同分為：采用傳統(tǒng)相位控制的周波變換器和采用斬波控制的矩陣變換器。下面主要以周波變換器為例進行介紹。

三、交流調頻電路三、收集信息1、單相AC-AC變換電路（1）電路結構及工作原理

如下圖a所示為相位控制的調頻電路結構示意圖。電路輸入三相交流電源，由三相半波相控整流電路，共兩組且反向并聯(lián)構成。

一組半波整流器為正組P，另一組半波整流器為反組N，Load為負載。其中，正組P與反組N內部結構一致，如下圖b所示。三、收集信息

當正組P工作時，反組N被封鎖，負載電流為正。當反組N工作時，正組P被封鎖，負載電流為負。讓兩組半波整流器按一定的頻率（低于三相電源頻率）交替工作，即可在負載兩端得到該頻率的交變輸出電壓。由于正組P與反組N采用相控整流電路，根據觸發(fā)延遲角α的不同，輸出波形可以是方波或正弦波。①方波型：若正、反組工作期間觸發(fā)延遲角α不變，則輸出電壓波形為方波。頻率的調節(jié)只需要保證三相電源同時改變相同的觸發(fā)延遲角α，就可以得到降低頻率的脈沖方波。這種控制方式簡單，但方波中諧波成分比較大，對電動機的工作很不利。電路具有電流單相導通的特點，負載電流為正時，正組工作，負載電流為負時，則反組工作。②正弦波型：若正、反組工作期間觸發(fā)延遲角α不是固定不變的，而是按照一定的規(guī)律變化，比如按照正弦規(guī)律改變α角，則可在負載兩端得到符合正弦變化規(guī)律的交變輸出電壓。正弦波的諧波成分小，電路同樣符合電流單相導通的特點。三、收集信息

如下圖所示為三相半波整流電路（正半周）輸出波形示意圖。通過改變三相交流電每相的觸發(fā)延遲角α值，就可以改變輸出電壓的幅值。在正組P工作的半個波形周期內，如果控制α的角度符合正弦變化的規(guī)律，從α=90°（輸出電壓為0）開始，逐漸減小為α=0°（輸出電壓最大），再逐漸增大為α=90°。負載上的輸出電壓經過簡單的濾波后，就得到了一個正弦交流電壓的正半周波形。從下圖中我們可以得知，輸出電壓并不平滑，是由每個周期內A、B、C三相交流電的拼接組合而成的正弦波形，在正組工作期間其輸出平均值為交流正弦電壓。一個正半周的正弦波形需要由若干個周期內的三相交流電波形構成。因此，其輸出頻率的調節(jié)只能下調而不能升高。反組N的工作情況與正組P相似，當反組N工作時，產生負半波的電壓輸出波形。以上分析可知，采用相控方式的AC-AC變頻電路不僅可以調頻，還可以調壓。三、收集信息1、單相AC-AC變換電路（2）電路工作過程分析周波變換器的負載可以是阻性負載、阻感性負載或阻容性負載以及電動機負載。以下用阻感性負載來分析周波變換器電路的整流和逆變工作狀態(tài)。

如左圖a所示為經過理想化處理后的周波變換電路，忽略相電壓的脈動，等效為正弦交流電源與二級管的串聯(lián)電路。電路帶阻感性負載，故負載電流滯后于電壓的角度為φ。

如左圖b所示為電路在無環(huán)流模式下工作輸出的電壓及電流波形，電流的方向決定了正反組開始工作的時刻。其主要工作狀態(tài)分以下兩個階段：三、收集信息①在t0～t2區(qū)間，負載電流為正半波，正組工作，反組封鎖。在t0～t1區(qū)間，輸出電壓和輸出電流為正，正組處于整流工作狀態(tài)，輸出功率為正；在t1～t2區(qū)間，輸出電壓為負，輸出電流為正，正組處于逆變工作狀態(tài)，輸出功率為負。②在t2～t4區(qū)間，負載電流為負半波，反組工作，正組封鎖。在t2～t3區(qū)間，輸出電壓和輸出電流為負，反組處于整流工作狀態(tài)，輸出功率為正；在t3～t4區(qū)間，輸出電壓為正，輸出電流為負正，反組處于逆變工作狀態(tài)，輸出功率為負。

從以上階段可以得出，正反組工作時刻是由電流過零點換向時刻決定的，而電壓和電流同向是整流階段，反向是逆變階段。三、收集信息以上是基于一個理想化模型進行的分析，在實際電路應用中，還要考慮實現(xiàn)無環(huán)流工作模式下的死區(qū)時間間隔。如下圖所示為周波變換電路一個周期內輸出電壓及電流波形示意圖，由于電路是阻感性負載，則電流相當于進行了一階濾波。電路具體工作過程可分為以下六個階段：三、收集信息①區(qū)間1：電流為負，電壓為正，此時反組整流器工作，正組封鎖，反組處于逆變狀態(tài)。②區(qū)間2：電流在0附近波動，正組和反組均不工作，此階段為無環(huán)流死區(qū)。③區(qū)間3：電流為正，電壓為正，此時正組整流器工作，反組封鎖，正組處于整流狀態(tài)。④區(qū)間4：電流為正，電壓為負，此時正組整流器工作，反組封鎖，正組處于逆變狀態(tài)。⑤區(qū)間5：電流在0附近波動，正組和反組均不工作，此階段為無環(huán)流死區(qū)。⑥區(qū)間6：電流為負，電壓為負，此時反組整流器工作，正組封鎖，反組處于整流狀態(tài)。三、收集信息2、三相AC-AC變換電路

在實際使用的交流調速系統(tǒng)中，特別是低轉速大轉矩輸出的設備中運用較多的是三相AC-AC變換電路。三相AC-AC變換電路由三組互隔120°的單相AC-AC變換電路組成。主要應用的形式有兩種：

（1）輸出無中性點的半波變換器

如下圖a所示，電路各相由正組和反組半波整流器并聯(lián)而成，進線端采用公共的三相交流電源，交流電動機的三個繞組分開無中性點。這種形式也成為三脈沖或18晶閘管周波變換器。

（2）輸出有中性點的全波變換器

如下圖b所示，電路各相由正組和反組全波整流器并聯(lián)而成，進線端采用公共的三相交流電源，交流電動機的三個繞組星形聯(lián)結。這種形式也成為六脈沖或36晶閘管周波變換器。三、收集信息四、制定方案本次實訓任務主要是完成變壓器基本電路實驗板制作。分組查閱相關資料，學習變壓器電磁感應原理基本知識，制訂變壓器實驗電路的任務方案。五、任務實施（1）12V變壓器性能檢測。實物圖外觀檢察搭鐵檢測短路檢測斷路檢測電阻值初線圈L1

次線圈L2

五、任務實施（2）變壓器電路實驗五、任務實施（2）變壓器電路實驗

變壓器參數(shù)RK輸出端波形圖低壓6V

低壓12V

低壓24V

六、任務總結1.掌握AC-AC變換電路的作用及在汽車上的應用;2.掌握AC-AC變換電路的結構組成及工作原理;3.掌握AC-AC變換電路的實驗板制作。謝謝?。≌J知AC-DC變換電路教學目標1.掌握AC-DC變換電路的作用及在汽車上的應用;2.掌握AC-DC變換電路的結構組成及工作原理;3.掌握AC-DC變換電路的實驗板制作。重點：AC-DC變換電路的工作原理。難點：AC-DC變換電路實驗板制作。一任務描述二任務分析三信息收集四制定方案五任務實施六總結評價教學流程一、任務描述

新能源汽車動力電池包儲存的是直流電，所以車載充電系統(tǒng)給新能源汽車充電時需要將交流電轉換為直流電。那么這個轉換是如何來實現(xiàn)的呢？下面一起來了解一下吧！二、任務分析1.交流電如何整流？2.AD-DC整流電路種類有哪些？

AC-DC變換電路是實現(xiàn)交流電和直流電轉換的電力電子裝置，也叫整流電路。在裝配有車載充電設備的新能源汽車中，車載充電機將電網的單相或三相交流電轉變?yōu)橹绷麟姽┙o動力電池包。當驅動電機進入能量反饋階段，電機控制器也需要將三相交流電轉換成直流電，為動力電池包饋能充電。

整流電路分為不可控整流和可控整流兩種。一、AC-DC變換電路概述三、收集信息

1、單相半波整流電路

單相半波整流電路是實現(xiàn)整流的最基本的電路形式。它是利用二級管的單向導通性，將單相的交流電轉化為脈動直流電，使得從變壓器出來的電壓只有半個周期能到達負載。以下為單相半波整流電路的工作原理示意圖及其輸出波形。該電路由交流電源U；整流二極管VD；負載RL組成。二、不可控型整流電路三、收集信息如圖A，電路工作分為以下兩個階段：①在交流電源U的正半周，二極管VD導通，電流i0通過二極管VD流向負載RL。②在交流電源U的負半周，二極管VD反向截止，電流無法通過負載RL。以上電路工作產生的整流波形如B圖所示，因為該整流電路只有交流電正半波通過負載，即只有半個周期的二級管導通，輸出單方向的脈動直流電。所以稱之為單相半波整流電路。三、收集信息2、單相全波整流電路如下圖所示為單相全波整流電路結構及工作原理圖。電路由交流輸入電源U1；整流二極管VD1、VD2、VD3、VD4；負載RL組成。三、收集信息電路工作包含以下兩個階段：①在交流電源U1的正半周，二極管VD2和VD4導通，VD1和VD3截止，電流從負載RL上正向通過。②在交流電源U1的負半周，二極管VD1和VD3導通，VD2和VD4截止，電流從負載RL上正向通過。以上兩個階段中，交流電源的正負半波都通過二級管流向負載，且都是正向通過，其輸入及輸出波形如圖所示。在輸入電源的一個信號周期內有兩個半波信號的輸出，整流輸出效率比半波整流提高一倍，故此電路稱為單相全波整流電路。三、收集信息3、三相全波整流電路

對于輸入電源為三相交流電的二極管整流電路，廣泛采用三相全波整流電路。電動汽車的進行制動能量回收時，也采用類似電路。其基本電路結構及工作原理如下圖A所示，電路由輸入的三相交流電源U；整流二極管VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6；負載R組成。圖B為負載R的輸出電壓波形示意圖。三、收集信息

六個整流二極管中，VD1、VD3、VD5陰極相連，VD2、VD4、VD6陽極相連，共同構成橋式整流電路。該電路在工作時，遵循以下導通規(guī)律：共陽極的三個二極管中，陰極電壓最低者導通。共陰極的三個二級管中，陽極電壓最高者導通。其工作情況可分為以下六個階段：①在如圖B所示的波形Ⅰ階段，Ua電壓最高，Ub電壓最低。則此時VD1和VD6導通，Ud=Uab=Ua-Ub。②在波形Ⅱ階段，Ua電壓最高，Uc電壓最低。此時VD1和VD2導通，Ud=Uac=Ua-Uc。③在波形Ⅲ階段，Ub電壓最高，Uc電壓最低。此時VD2和VD3導通，Ud=Ubc=Ub-Uc。④在波形Ⅳ階段，Ub電壓最高，Ua電壓最低。此時VD3和VD4導通，Ud=Uba=Ub-Ua。⑤在波形Ⅴ階段，Uc電壓最高，Ua電壓最低。此時VD4和VD5導通，Ud=Uca=Uc-Ua。⑥在波形Ⅵ階段，Uc電壓最高，Ub電壓最低。此時VD5和VD6導通，Ud=Ucb=Uc-Ub。以上六個階段是一個周期的三相交流電共同完成轉換為具有六個脈沖波形的直流電的過程。整流輸出的電壓Ud等于各個不同時刻相電壓的疊加。顯然，三相全波整流電路輸出電壓Ud的波形與單相全波整流電路相比更平滑，脈動幅值較小，后期濾波更為簡單。三、收集信息三、收集信息

可控型整流電路分為由晶閘管構成的半控型整流電路和以IGBT構成的全控型整流電路。而采用SPWM控制技術的全控型整流電路相比傳統(tǒng)的整流電路，有以下優(yōu)點：通過控制全控型開關元件的PWM占空比，可以消除交流輸入側電流畸變，使其更接近正弦波形，且相位與輸入電壓同相；整流后直流側輸出電壓波紋較??；另外，功率因數(shù)得到提高，接近1。PWM整流電路可分為電壓源型和電流源型兩種。下面主要以單相及三相電壓源型PWM整流電路為例作電路原理闡述。。

三、可控型整流電路三、收集信息1、單相電壓源型PWM整流電路如下圖所示為單相PWM整流電路結構及工作過程示意圖。電路由單相交流電源AC；儲能電感L；電源電阻RS；全控型功率開關元件VT1、VT2、VT3、VT4；四個反向并聯(lián)的整流二極管VD1、VD2、VD3、VD4；電容C；負載RL組成。PWM整流電路不是單一功能的AC-DC轉換電路，它能夠實現(xiàn)升壓、整流和逆變三種工作模式。三種工作模式一共有八種不同的開關組合方式，電路工作過程可分為以下八個階段：三、收集信息①當單相交流電源處于正半周時，VT2和VD4導通。此時電路構成兩個回路：一是交流電源AC，電感L，VT2，VD4，交流電源給電感儲能充電；二是電容C，負載RL，電容向負載放電。②當單相交流電源處于正半周時，VT3和VD1導通。此時電路構成兩個回路：一是交流電源AC，電感L，VD1，VT3，交流電源給電感儲能充電；二是電容C，負載RL，電容向負載放電。③當單相交流電源處于正半周時，VD1和VD4導通。此時電路構成一個回路：交流電源AC，電感L，VD1，電容C和負載RL，VD4。由于電感L磁通變化，感應電壓與電源電壓疊加作用于電容C與負載L，實現(xiàn)升壓整流的過程。④當單相交流電源處于正半周時，VT1和VT4導通。此時電路構成兩個回路：一是電容C，負載RL，電容向負載放電；二是電容C，VT1，電感L，交流電源AC，VT4，電容C向交流電源反饋電流，這是一個DC-AC的逆變過程。三、收集信息⑤當單相交流電源處于負半周時，VT4和VD2導通。此時電路構成兩個回路：一是交流電源AC，電感L，VT4，VD2，交流電源給電感儲能充電；二是電容C，負載RL，電容向負載放電。⑥當單相交流電源處于負半周時，VT1和VD3導通。此時電路構成兩個回路：一是交流電源AC，電感L，VD3，VT1，交流電源給電感儲能充電；二是電容C，負載RL，電容向負載放電。⑦當單相交流電源處于負半周時，VD2和VD3導通。此時電路構成一個回路：交流電源AC，VD3，電容C和負載RL，VD2，電感L。由于電感L磁通變化，感應電壓與電源電壓疊加作用于電容C與負載L，實現(xiàn)升壓整流的過程。⑧當單相交流電源處于負半周時，VT2和VT3導通。此時電路構成兩個回路：一是電容C，負載RL，電容向負載放電；二是電容C，VT3，交流電源AC，電感L，VT2，電容C向交流電源反饋電流，這是一個DC-AC的逆變過程。以上八個工作過程，通過全控型開關元件的導通順序和PWM占空比，不僅可以實現(xiàn)整流輸出電壓的升壓調節(jié)，也可以實現(xiàn)電源的逆變。三、收集信息

2、三相電壓源型PWM整流電路

如下圖所示為三相電壓源型PWM整流電路結構及工作原理示意圖。電路由三相交流電源Ua、Ub、Uc；電源電阻R；儲能電感L；六個全控型功率開關元件VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6；六個反向并聯(lián)的整流二極管VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6；電容C；負載RL組成。三相電壓源型PWM整流電路工作原理和單相電壓源型PWM整流電路基本一致。通過全控型開關元件的PWM占空比控制，在交流側得到符合正弦規(guī)律變化的PWM電壓，可以作為一個可控的正弦三相電壓源?？刂普麟娐份敵龅娜嘟涣麟妷旱臅r間間隔和相位，就可以得到對應大小和相位的輸入電流。三、收集信息四、制定方案

本次實訓任務主要是完成半波整流、全波整流和橋式整流基本電路實驗板制作。分組查閱相關資料，學習整流濾波電路的基本知識，分析整流濾波電路工作原理，制作三種整流濾波電路并制訂其任務方案。五、任務實施（1）半波整流電路制作①根據電路原理圖，制作的電路實驗板需滿足以下功能要求：電路輸出端有半波信號輸出。②利用示波器，讀取負載RL兩端輸出波形并分析。五、任務實施（2）全波整流電路制作①根據電路原理圖，制作的電路實驗板需滿足以下功能要求：電路輸出端有全波信號輸出。②利用示波器，讀取負載RL兩端輸出波形并分析。五、任務實施（3）橋式整流濾波電路制作①根據電路原理圖，制作的電路實驗板需滿足以下功能要求：無濾波時輸出端有振蕩直流信號，有電容濾波時會隨濾波效果逐步變換成恒定直流信號輸出。②利用示波器，讀取負載RL濾波前及濾波后輸出波形并分析。六、任務總結1.掌握AC-DC變換電路的作用及在汽車上的應用;2.掌握AC-DC變換電路的結構組成及工作原理;3.掌握AC-DC變換電路的實驗板制作。謝謝！！認知DC-DC變換電路教學目標1.掌握DC-DC變換電路的作用及在汽車上的應用;2.掌握DC-DC變換電路的結構組成及工作原理;3.掌握升壓、降壓、隔離型DC-DC變換電路的實驗板制作。重點：DC-DC變換電路的工作原理。難點：DC-DC變換電路實驗板制作。一任務描述二任務分析三信息收集四制定方案五任務實施六總結評價教學流程一、任務描述

某新能源汽車4S店工作的小王參加公司組織的季度技術培訓，培訓師希望小王能敘述電動汽車低壓配電系統(tǒng)充電的工作原理。如果你是小王，你該如何回答這個問題呢？二、任務分析1.DC-DC的作用？2.DC-DC種類有哪些？一、DC-DC變換電路概述三、收集信息

DC-DC變換電路是依靠功率電子器件實現(xiàn)直流電源之間升、降壓轉換功能的功率電子電路。從電路結構形式上可將其分為兩類：一種是電路中加入變壓器，間接實現(xiàn)直流電壓轉換功能的隔離型DC-DC，另一種為電路中無變壓器介入的非隔離型DC-DC。

在新能源汽車中沒有傳統(tǒng)汽車的發(fā)電機，DC-DC轉換器將高壓電池包的高壓轉變成13.8V的低壓，為12V低壓蓄電池以及車載用電設備供電。在新能源汽車帶升、降壓轉換功能的逆變器總成中，DC-DC轉換電路既可以將高壓電池包電壓升高到目標電壓供給驅動電機使用，又可以將驅動電機能量反饋電壓降低至電池包合適的充電電壓大小，給高壓電池包充電。DC-DC變換電路特點：1.實現(xiàn)直-直升、降壓轉換功能；2.根據需要實現(xiàn)輸出電壓的實時調節(jié)；3.隔離型DC-DC有利于電路的安全性提升；三、收集信息

1.DC-DC降壓電路結構及工作原理

如下圖所示為DC-DC降壓變換電路結構，電路包含基礎元件有直流電源UI；全控型開關元件S；電感L；濾波電容C；續(xù)流二極管VD；負載RL；PWM驅動電路。二、非隔離型DC-DC變換電路三、收集信息

全控型功率半導體開關狀態(tài)根據由PWM占空比驅動電路控制，電路工作分為以下兩個階段：

①當開關S處于導通狀態(tài)時，直流電源UI通過電感L、負載RL形成供電回路，此時續(xù)流二級管VD處于反向截止狀態(tài)。電感L儲存磁能，電流逐漸增大，負載RL的電壓逐漸升高。此時，II=IL。

②當開關S處于截止狀態(tài)時，直流電源UI停止向負載RL供電，此時續(xù)流二極管VD處于正向導通狀態(tài)。電感L儲存的磁能轉化為電能，通過續(xù)流二級管VD繼續(xù)向負載RL供電。隨后電感L的磁能減弱，輸出電流也隨之減小，負載RL上的電壓下降。此時，IL=ID。

以上兩個工作階段中負載RL兩端的輸出電壓大小，是根據PWM驅動電路占空比信號控制全控型功率開關元件S（如IGBT）來實現(xiàn)的。通過控制開關S的占空比，可以實現(xiàn)電感電流持續(xù)導通（CCM）和間隔導通（DCM）兩種控制模式。即在某個PWM占空比信號周期內，可以調節(jié)輸入電壓，得到降壓后穩(wěn)定的輸出電壓。三、收集信息

2.DC-DC升壓電路結構及工作原理

如下圖所示為DC-DC升壓變換電路結構，電路包含基礎元件有直流電源UI；全控型開關元件S；電感L；濾波電容C；續(xù)流二極管VD；負載RL；PWM驅動電路。三、收集信息全控型功率半導體開關狀態(tài)根據由PWM占空比驅動電路控制，電路工作分為以下兩個階段：①當開關S處于導通狀態(tài)時，直流電源UI通過電感L形成回路，此時電感L上的電流逐漸增大，電能轉化為磁能儲存。②當開關S處于截止狀態(tài)時，直流電源UI和電感L通過續(xù)流二極管VD同時向負載RL供電。此時由于電感電流持續(xù)減小，磁通量發(fā)生變化，產生一個阻礙電流減小的電動勢。該電動勢與直流電源疊加，使得負載RL兩端電壓得到提升，達到升壓目的。與降壓的控制一樣，升壓過程仍然是通過控制全控型功率開關元件S的PWM占空比，同樣可以實現(xiàn)電感電流持續(xù)導通（CCM）和間隔導通（DCM）兩種控制模式，以此達到升壓后某個穩(wěn)定的目標輸出電壓大小。當S開關截止后，電感電流持續(xù)為電容C充電和負載RL供電。當S開關導通時，電感相當于短路充電，此時電容C向負載RL供電。三、收集信息

3.豐田卡羅拉雙擎升壓轉換器控制

豐田卡羅拉雙擎采用DC201.6V動力電池，混合動力系統(tǒng)工作電壓DC600V。增壓轉換器將HV蓄電池輸出的公稱電壓直流201.6V升至最高電壓直流600V。增壓轉換器由帶一對內置絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的增壓智能電源模塊(IPM)以及起感應器作用的電抗器組成。轉換器通過使用這些零部件升高電壓。當MG1或MG2作為發(fā)電機工作時，逆變器將交流（最高電壓600V）轉換為直流，然后增壓轉換器將電壓降至公稱電壓直流201.6V，從而為HV蓄電池充電。三、收集信息

DC-DC升壓步驟步驟一：IGBT2接通使HV蓄電池電壓（直流201.6V的公稱電壓）為電抗器充電，從而使電抗器存儲了電能。三、收集信息

DC-DC升壓步驟步驟二：IGBT2斷開使電抗器產生電動勢（電流持續(xù)從電抗器流出）。該電動勢使電壓升至最高電壓直流600V。在電抗器產生的電動勢的作用下，電抗器中流出的電流以增壓后的電壓流入逆變器和電容器。三、收集信息

DC-DC升壓步驟步驟三：IGBT2再次接通，使HV蓄電池的電壓為電抗器充電。與此同時，通過釋放電容器中存儲的電能（最高電壓為直流600V），繼續(xù)向逆變器提供電能。三、收集信息

DC-DC降壓步驟

MG1或MG2產生的用于為HV蓄電池充電的交流被逆變器轉換為直流（最高電壓為直流600V）。然后，使用增壓轉換器將電壓逐步降至約直流201.6V。這個操作是利用占空比控制使IGBT1在ON和OFF之間切換，間歇性地中斷逆變器對電抗器的供電完成的。三、收集信息

隔離型DC-DC既可以實現(xiàn)直流電源輸入及輸出端的電氣隔離，又可以完成電壓的調節(jié)，提高電氣設備安全性能。它通過一個固定匝數(shù)的原邊線圈及改變副邊匝數(shù)的方式，完成升、降壓的功能。

根據驅動電路控制方式和電路原邊線圈磁通量變化對副邊線圈的輸出影響不同，可以分為單端正激式變換器、單端反激式變換器、推挽式變換器、半橋式變換器和全橋式變換器（也稱H橋式變換器）。

下面以正激式變換器、反激式變換器和全橋式變換器的工作過程為例進行介紹。

三、隔離型DC-DC變換電路三、收集信息

1.單端正激式變換器結構及工作原理

下圖為單端正激式變換電路基本結構，電路包含基礎元件有直流電源UI；全控型功率開關S；變壓器T；續(xù)流二極管VD1、VD2；電感L；濾波電容C；負載R。三、收集信息全控型功率半導體開關狀態(tài)根據由PWM占空比驅動電路控制，電路工作分為以下兩個階段：①當開關S導通時，電流流過變壓器T的一次繞組，磁通量增加，二次繞組在一次繞組磁通變化作用下，正向感應電壓使得二極管VD1正向導通，二極管VD2截止。此時電流經過電感L給負載R供電。②當開關S截止時，變壓器T感應電壓反向。此時二極管VD1截止，二極管VD2導通，電感L通過二極管VD2繼續(xù)給負載R供電。

通過控制全控型功率半導體開關S的PWM占空比輸出，可以調節(jié)變壓器一次繞組電壓大小，通過改變二次繞組的匝數(shù)，得到不同的電壓等級。這種通過開關導通的方式實現(xiàn)能量轉換的電路稱為正激式變換器。三、收集信息

2.單端反激式變換器結構及工作原理

下圖為單端反激式變換電路基本結構，電路包含基礎元件有直流電源UI；全控型功率開關S、變壓器T；續(xù)流二極管VD；電感L；濾波電容C；負載R。三、收集信息

全控型功率半導體開關狀態(tài)根據由PWM占空比驅動電路控制，電路工作分為以下兩個階段：

①當開關S導通時，電流流過變壓器T的一次繞組，磁通量增加，二次繞組在一次繞組磁通變化作用下，反向感應電壓使得二極管VD反向截止，電流無法通過負載R。

②當開關S截止時，變壓器T一次繞組發(fā)出反向電壓，二次繞組感應電壓使得二極管VD導通，向負載R供電。

這種通過開關截止的方式實現(xiàn)能量轉換的電路稱為反激式變換器，變壓器T二次繞組受磁通量影響所感應的電壓方向與正激式變換器相反。三、收集信息

3.全橋式變換器（H橋式變換器）結構及工作原理

下圖為全橋式變換電路基本結構，電路包含基礎元件有直流電源UI；全控型功率開關S1、S2、S3、S4；變壓器T；續(xù)流二極管VD1、VD2；電感L；濾波電容C；負載R。三、收集信息

全控型功率半導體開關狀態(tài)根據由PWM占空比驅動電路控制，電路工作分為以下三個階段：

①當開關S1和S4導通、S2和S3截止時，電流流過變壓器T的一次繞組，磁通量增加，二次繞組在一次繞組磁通變化作用下，正向感應電壓使得二極管VD1導通，二極管VD2截止。此時電流經過電感L給負載R供電。

②當開關S2和S3導通、S1和S4截止時，變壓器T感應出反向電壓。此時二極管VD1截止，二極管VD2導通，電流經過電感L、二極管VD2繼續(xù)給負載R供電。

③當開關S1、S2、S3、S4截止時，電感L通過二極管VD1和VD2同時向負載R續(xù)流供電。

該變換器通過對角的功率半導體開關元件同時觸發(fā)，另一對角開關同時截止，實現(xiàn)流過變壓器一次繞組的電流方向改變。這種電路工作方式的變換器稱為雙端全橋式變換器。三、收集信息

4.吉利帝豪EV450DC-DC工作原理

帝豪EV450DC-DC集成在驅動電機控制器（PEU）下部，用于將動力電池輸出的公稱電壓364V降至輔助蓄電池及輔助電器設備公稱電壓12V。EV450PEU結構簡圖三、收集信息

由于車輛有兩種的電壓（高、低壓），為確保設備安全及人身安全，降壓型DC-DC均采用隔離型DC-DC，利用變壓器進行電壓轉換有助于提高電氣設備安全性能。

隔離型DC-DC先將高壓直流電轉換為交流電，再經變壓器降壓AC12V左右，最后經過整流電路轉換為公稱12V的直流電。EV450DC-DC模塊內部結構三、收集信息三、收集信息四、制定方案

本次實訓任務主要是完成隔離型與非隔離型DC-DC基本電路實驗板制作。分組查閱相關資料，學習直流變換器的基本知識，分析DC-DC變換器電路工作原理，制訂電路制作任務方案。五、任務實施（1）升壓型DC-DC變換電路制作①根據電路原理圖，制作的電路實驗板需滿足以下功能要求：當開關管V導通時，電流通過電感L時會在L中存儲能量，此時負載上的電壓由C2提供，當開關管V關斷時，電感L釋放能量，輸出電壓為輸入電壓Ud與L產生的電壓相加，故提高了輸入電壓。②利用示波器，讀取負載R輸出波形并分析。五、任務實施（2）降壓型DC-DC變換電路制作①根據電路原理圖，制作的電路實驗板需滿足以下功能要求：當V導通時，L與C2蓄能，向負載R輸電；當V關斷時，C2向負載R輸電，L通過D向負載R輸電。②利用示波器，讀取負載R輸出波形并分析。五、任務實施（3）隔離型DC-DC變換電路制作①根據電路原理圖，制作的電路實驗板需滿足以下功能要求：變壓器輸出的全橋直流變換電路，采用變壓器將輸入的電源與輸出方的負載隔離，并實現(xiàn)電壓的變比。在變壓器次級采用了橋式全波整流與LC濾波。②利用示波器，讀取變壓器輸入端、變壓器輸出端和負載R輸出波形并分析。六、任務總結1.掌握DC-DC變換電路的作用及在汽車上的應用;2.掌握DC-DC變換電路的結構組成及工作原理;3.掌握升壓、降壓、隔離型DC-DC變換電路的實驗板制作。謝謝??！認知DC-AC變換電路教學目標1.掌握DC-AC變換電路的作用及在汽車上的應用;2.掌握DC-AC變換電路的結構組成及工作原理;3.掌握基本DC-AC變換電路的實驗板制作。重點：DC-AC變換電路的工作原理。難點：DC-AC變換電路實驗板制作。一任務描述二任務分析三信息收集四制定方案五任務實施六總結評價教學流程一、任務描述

純電動汽車動力源來自三相交流電機，能源儲存靠高壓直流電池，兩者之間電路可逆，那么直流源與交流用電器之間是如何來實現(xiàn)能量傳遞和轉換的呢？下面一起來了解一下吧！二、任務分析1.逆變電路的種類有哪些？2.DC-AC如何工作？

新能源汽車驅動電機控制器必須將高壓電池包的直流電轉變成三相交流電供給驅動電機使用，其中DC-AC的過程就是逆變，此類電源轉換裝置稱為逆變器。根據輸入電源的類型不同，將逆變器分為電壓源型（VSI）和電流源型（CSI）兩類。車載電機控制器當中的逆變模塊通常采用三相電壓源型逆變器，此類逆變器輸出功率較高，在新能源汽車上應用廣泛。下面主要以電壓源型逆變器為例進行介紹。一、DC-AC變換電路概述三、收集信息

1、全橋式單相電壓源型逆變電路結構與工作原理

下圖所示為逆變器基本原理及其輸出波形示意圖，電路包含一個直流電源Ud；開關元件S1、S2、S3、S4；感性負載L。

二、電壓源型逆變電路三、收集信息

該電路通過開關器件換相原理將直流電轉換成交流電（方波）。從示意圖中可知，同一橋臂上的兩個開關元件不能同時導通，否則將引起電源短路。其基本電路工作過程分為以下兩個階段：

①當開關S1和S4導通，S2和S3截止時，電流正向流過負載電感L，此時加載在負載電感L上的電壓為UO。

②當開關S2和S3導通，S1和S4截止時，電流反向流過負載電感L，此時加載在負載電感L上的電壓為-UO。

該電路開關S采用全控型功率開關元件，通過驅動電路控制開關S的PWM占空比，可以實現(xiàn)波形相位和幅值的調制，此為常用的單相電壓源逆變器SPWM脈寬調制技術。三、收集信息

2、三相電壓源型逆變電路結構與工作原理

盡管結構不同，但所有三相AC感應電機（ACIM）和三相永磁電機（BLDC、PMSM或PMAC）都是由PWM調制的三相橋（三個半橋）驅動，以便采用頻率幅度可變的三相電壓和電流為電機供電。三、收集信息

下圖所示為車載三相電壓源型逆變電路基本原理示意圖，電路包含一個直流電源U；開關元件VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6；整流二極管VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6；三相交流電機星型負載。三相逆變電路基本原理圖三、收集信息

該逆變電路由三個橋臂組成，每個橋臂上兩個全控型功率開關，每個開關上并聯(lián)一個續(xù)流二極管。該電路既可以實現(xiàn)直流電源轉換為三相交流電源，也可以具備能量反饋功能。如下圖所示，6個全控型功率開關器件（IGBT）間隔60°依次導通，其基本電路工作過程可以分為以下六個階段：三、收集信息