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1、第4章直流直流变换直流斩波器理想的电力电子变换器为获得开关型变换器的基本工作特性，简化分析，假定的理想条件是：（1）开关管T和二极管D从导通变为阻断，或从阻断变为导通的过渡过程时间均为零；（2）开关器件的通态电阻为零，电压降为零。断态电阻为无限大，漏电流为零；（3）电路中的电感和电容均为无损耗的理想储能元件；（4）线路阻抗为零。电源输出到变换器的功率等于变换器的输出功率。4.1直流降压斩波电路4.2直流升压斩波电路4.3直流升降压斩波电路4.4桥式直流斩波调压电路4.5斩波电路的驱动控制小结4.1直流降压斩波电路一电阻和电感负载t=0IGBT导通，udE。t=toffIGBT关断，电感L经二极
2、管D续流ud0，输出平均电压:式中：T为开关周期；为占空比1，UdE，降压斩波。在IGBT导通区间有电流id经E+IGBTLRE-二极管D截止，列电路电压方程为：当t=toff时id达到I20同时IGBT关断。电电感L经电经电流R和二极管D续续流，回路电压电压方程为为：在I10I30，I20I40，电路进入稳定状态。一般PWM调制的斩波电路，脉冲频率都比较高，在占空比较大时，较小的电感L就可以使电流连续且电流电流连续时，电流的脉动很小，可以认为电流id不变。在占空比较小时，电感储能不足，仍会出现电流断续（图4.1ef）。如果在负载R上并联电容，则相当于增加了电容滤波。在电容很大时，负载侧电压可
3、视为恒值，但实际电容都是有限制的，负载侧电压仍会有脉动。二反电动势负载T导通时的电路方程：T关断时：在电流连续时忽略电流的脉动，则式中：在占空比较小时id会断续（图4.2c）。在电流断续时，负载侧电压ud=EM显然电流断续后电枢侧平均电压较电流连续时抬高，机械特性上翘特性变软电流断续时理想空载转速返回LC滤波的buck直流输出电压中含有各次谐波电压，在Buck开关电路的输出端与负载之间加接一个LC滤波电路，减少负载上的谐波电压。滤波电感的作用：对交流高频电压电流呈高阻抗，对直流畅通无阻滤波电容的作用：对直流电流阻抗为无穷大，对交流电流阻抗很小。滤波器电抗对谐波的阻抗为：L滤波器电容对谐波的阻抗
4、为：1C如果：q各谐波经过滤波器后几乎衰减为零。q直流量通过滤波器时其大小不受任何影响。滤波Buck变换器有两种可能的运行工况：（1）电感电流连续模式CCM(ContinuousCurrentMode)：指电感电流在整个开关周期中都不为零；（2）电感电流断流模式DCM（DiscontinuousCurrentMode）：指在开关管T阻断期间内经二极管续流的电感电流已降为零。二者的临界：称为电感电流临界连续状态：指开关管阻断期结束时，电感电流刚好降为零。1.电流连续时只有两种开关状态(2)开关状态2：T管阻断D管导通(1)开关状态1：T管导通D管阻断Q:电流连续模式跟哪些因素有关4.2直流升压斩
5、波电路(电感电流连续）状态一开关管T导通时，电流经电感L、T流通，iL上升电感储能。负载R由电容C提供电流，二极管的作用是阻断电容经开关管T放电的回路。开关管IGBT的导通时间为Ton设占空比则状态二T关断时，二极管D导通，电容C在电源E和电感反电动势eL的共同作用下充电，电感释放储能，电流iL下降，iL同时提供电容的充电电流和负载电流iR。如果电容足够大，电容两端电压ud波动不大()，负载R的电流iR是连续的。设，D导通时间为（t-Ton）可得在电路稳定后，联解式4.12和式4.14，可得当占空比越接近于1，Ud越高，因为在T关断区间，电容C在电源E和电感反电动势eL的共同作用下充电，因此负
6、载侧电压Ud可以大于E，电路起升压作用。如果是轻载状态，iR很小，电容充电电流大于放电电流，负载侧电压可以不断升到很高，这称为“泵升电压”，过高的电压将损坏电路元器件，因此升压电路不允许空载运行，并要注意采取过电压保护措施。(1)电流连续时(2)电流断续时Boost三种工作状态电感电流连续电感电流断续电感电流临界连续理想Boost变换器的变压比T导通D截止T阻断，D导通1、电感电流连续的工作状态工作电流的平均值表达式(电感电流连续）假定负载电流平均值为IO输入电流和电感电流的电流平均值均为：通过二极管的电流ID等于负载电流IO（电容的平均电流为零）通过开关管T的电流平均值为：电感电流的脉动量为
7、：通过开关管T和D的电流最大值与电感电流的最大值相等：输出电压脉动等于开关管T导通期间电容C的电压变化量，V0可近似地由下式确定理想Boost变换器输出电压纹波的大小T和D所承受的最大电压理想情况下均与输出电压相等。理想Boost变换器开关器件所承受的最大电压2、电感电流断续的工作状态VG0T管导通D截止VG=0T管阻断，D导通3、电感电流临界连续的工作状态临界负载电流当负载电流IOIOB电感电流连续当负载电流IO=IOB电感电流处于连续与断流的边界当负载电流IORD锯齿波的下降时间为：PWM发生器由比较器组成。比较器输出PWM信号。比较器后的锁存器，锁存PWM信号，可以屏蔽环境干扰影响。振荡
8、电路由一个双门限比较器，一个恒流源和外接充放电电容CT组成。误差放大器，可以通过9端和1端的外接电路组成比例或比例积分调节器。经2端外接电位器RP可以调节脉冲宽度。分相电路由Q触发器组成，其输入是振荡电路输出的时钟信号UK并以UK的前沿触发，其输出是频率减半的互补信号。组合门电路A和B的输入是：PWM信号，分相信号，时钟信号和欠电压封锁信号，其输出是两列相位互补的正脉冲用于控制后级的输出电路。输出级由两个NPN晶体管组成推挽电路。其电源电压UCC2一般为15V，输出正脉冲信号幅值15V，可输出100mA。SG3525本身没有信号隔离功能，图中脉冲输出端（11，14端）外接了光电耦合器作信号隔离
9、。11、14端输出脉冲互差180。控制端8外接电容C1可作软起动控制，C1由片内50A恒流源充电，随C1电压升高，输出脉冲占空比从小到50变化，软起动时间为：10端有高电平时，封锁误差放大器输出，可作过电流保护。本章小结直流斩波电路可以进行直流调压，既可以降压，也可以升压。桥式斩波电路可以进行电动机的正反转控制和快速回馈制动，实现二象限和四象限运行。直流斩波电路主要应用在小功率伺服系统中，但是它响应快，纹波小，具有良好的发展潜力和市场。本章介绍了基本的降压、升压和桥式斩波电路，要掌握这些电路的结构和工作原理。掌握电路中电感，电容和调制频率等参数对斩波器输入、输出的影响，在这些基础上可以设计研究满足各种要求的新型直流电源。返回
