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1、1,第5章 直流-直流变流电路,5.1 基本斩波电路 5.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路5.3 带隔离的直流-直流变流电路,2,直流-直流变流电路,直接直流变流电路,间接直流变流电路,第5章 直流-直流变流电路,3,直接直流变流电路原理图,间接直流变流电路原理图,广泛应用于各种电子设备的直流电源（开关电源）。,一般适用于不需要隔离和升压、降压比不大的场合。,第5章 直流-直流变流电路,高频变压器,直流斩波电路,直-交-直变流电路,（带隔离的直流-直流变换电路）,直流,交流,直流,4,直流斩波电路的功能：,复合斩波电路：不同基本斩波电路组合。 多相多重斩波电路：相同结构基本斩波电路组合。,直
2、流斩波电路的种类：,基本电路：降压斩波电路、升压斩波电路,升降压斩波电路、Cuk斩波电路、 其他斩波电路。,最基本（重点）,具有效率高、体积小、成本低等优点。能实现直流电的幅值、极性及直流电路阻抗的变换。,直接将直流电变换为另一固定电压或可调电压的直流电。,第5章 直流-直流变流电路,5,直流斩波的基本原理：,利用电力电子器件来实现通断控制，将直流电源电压断续加到负载上，通过调节通断的时间来改变负载电压的平均值。,式中， =ton/T，称为占空比。,改变占空比的大小，即可调节直流输出的大小，实现直流斩波。,第5章 直流-直流变流电路,6,利用电力电子器件来实现通断控制，将直流电源电压断续加到负
3、载上，通过调节通断的时间来改变负载电压的平均值。,三种控制方式：,1）保持开关周期T不变，调节开关导通时间ton。脉冲宽度调制（PWM）型,2）保持开关导通时间ton不变，调节开关周期T。脉冲频率调制（PFM）型,3）ton和T都可调，使占空比改变。混合调制型,第5章 直流-直流变流电路,直流斩波的基本原理：,7,第5章 直流-直流变流电路,5.1 基本斩波电路 5.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路5.3 带隔离的直流-直流变流电路,8,5.1 基本斩波电路,5.1.1 降压斩波电路 5.1.2 升压斩波电路 5.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路 5.1.4 Sepic斩波电路和Zet
4、a斩波电路,9,一、电路组成,采用IGBT或其他全控器件作开关元件。,VD为续流二极管。 作用：在V关断时给负载中的电感电流提供续流通道。,EM为负载的反电动势（可有可无）。 主要应用：拖动直流电动机或蓄电池充电。,L为平波电抗器（L值较大）。 作用：减小电流脉动。,降压斩波电路（Buck变换器）,10,设L值较大，io连续且脉动很小。,io经VD续流，使uo=0， io。,降压斩波电路（Buck变换器）,二、工作原理,1）V导通（ton）期间,2）V关断（toff）期间,电源E向负载供电，使uo=E，io。,1.电流连续模式,11,输出电压平均值Uo为：,因1，故UOE降压斩波,动画演示,降
5、压斩波电路（Buck变换器）,二、工作原理,3）参数计算,设L值较大，io连续且脉动很小。,1.电流连续模式,电压变换比M,M=UO/E=1,降压式,12,二、工作原理,t,t,t,O,O,O,T,E,uGE,t,on,t,off,i,o,t,1,u,o,当L值极大时，io近似为恒流，io=Io。,IO,i1,电源电流平均值I1为:,输入输出功率平衡，即,EI1=UOIO,相当于一个直流降压变压器。,输出电流平均值IO的计算式为：,1.电流连续模式,3）参数计算,设L值较大，io连续且脉动很小。,降压斩波电路（Buck变换器）,13,二、工作原理,2.电流断续模式,当L值较小或占空比很小时，i
6、o波形可能会出现断续。,在电流断续期间io=0，VT和VD都不导通，此时有,uo=EM,输出电流平均值IO的计算式为：,输出电压平均值UO。,UO的计算不作要求（P103自学） 。,降压斩波电路（Buck变换器）,动画演示,14,5.1 基本斩波电路,5.1.1 降压斩波电路 5.1.2 升压斩波电路 5.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路 5.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路,15,一、电路组成,采用IGBT或其他全控器件作开关元件。,斩波开关V与负载并联。,电感L与负载串联； 电容C与负载并联。,L值较大，作用：储能。 C值很大，作用：使输出电压uo近似恒定。,升压斩波电路
7、（Boost变换器）,16,二、工作原理,1.电流连续模式,1）V导通期间,设L值极大，使i1=I1为恒流。,电感L存贮能量， uL=E。,VD关断，io=0，电容C向负载供电（放电），C很大，UO基本恒定。,2）V关断期间,电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载供电。,io=I1， C很大， UO基本恒定。,电感两端电压uL=E-UO；,升压斩波电路（Boost变换器）,17,二、工作原理,1.电流连续模式,设L值极大，使i1=I1为恒流。,3）参数计算,利用电感稳态伏-秒平衡原理 稳态时电感两端的直流电压为零,即 Eton+(E-UO)toff=0,所以,T/toff1，故UOE 升压斩
8、波,T/toff称为升压比,令 =toff/T ，则有+ =1,输出直流电压UO,（Boost 变换器）,升压斩波电路（Boost变换器）,18,二、工作原理,1.电流连续模式,设L值极大，使i1=I1为恒流。,M=UO/E=1/(1-)1,升压式,EI1=UOIO,相当于一个直流升压变压器。,电压变换比M,输出直流电流IO,3）参数计算,输入输出功率平衡,电源电流I1,升压斩波电路（Boost变换器）,19,二、工作原理,1.电流连续模式,设L值极大，使i1=I1为恒流。,+,-,uL,电压升高的原因： 电感L储能使电压泵升的作用； 电容C可将输出电压保持住。,+,-,升压斩波电路（Boos
9、t变换器）,动画演示,20,直流电动机传动 单相功率因数校正（PFC）电路 其他交直流电源中,二、工作原理,2.电流断续模式,电流断续主要原因：,L值较小 开关频率较低 负载较轻（R值较大） 占空比较小,电流断续期间，i1=iL=0，V和VD均不导通，uT=E。,3.典型应用,升压斩波电路（Boost变换器）,21,5.1 基本斩波电路,5.1.1 降压斩波电路 5.1.2 升压斩波电路 5.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路 5.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路,22,一、升降压斩波电路,升降压斩波电路和Cuk斩波电路,1.基本工作原理,i 1：电源EVL，即i1=IL，i2
10、=0，uL=E 。,1）V导通时（VD截止）,设L值和C值均很大，使电感电流iL和电容电压即负载电压uo基本恒定。,L贮能，C维持输出电压恒定并向负载R供电。,2）V关断时（VD导通）,i 2：L负载VD，即i2=IL，i1=0， uL=-uo=-UO。,L中贮存的能量向负载释放。,uo极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路,23,一、升降压斩波电路,升降压斩波电路和Cuk斩波电路,2.参数计算,设L值和C值均很大，使电感电流iL和电容电压即负载电压uo基本恒定。,利用电感稳态伏-秒平衡原理 稳态时电感两端的直流电压为零,即 Eton+(-UO)toff=0,所以输出电
11、压为,0 E 升压式,故称作升降压斩波电路，也称之为Boost -Buck变换器。,24,一、升降压斩波电路,升降压斩波电路和Cuk斩波电路,2.参数计算,设L值和C值均很大，使电感电流iL和电容电压即负载电压uo基本恒定。,设i1的平均值为I1， i2的平均值为I2。,则 I1=(ton/T)IL， I2 =(toff /T)IL 。,故 I1 /I2 =ton/toff,即,输入输出功率平衡,EI1=UOI2,忽略V、VD的损耗，则有,相当于一个直流变压器,25,二、Cuk斩波电路,升降压斩波电路和Cuk斩波电路,1.基本工作原理,设L1、L2、 C值很大，使i1=I1、 i2=I2、uC
12、=UC基本恒定。,1）V导通期间（VD截止）,ic= -i2= -I2,uL1= E,uL2 = -Uo-(-Uc）=Uc-Uo,26,二、Cuk斩波电路,升降压斩波电路和Cuk斩波电路,1.基本工作原理,1）V导通期间（VD截止）,2）V关断期间（VD导通）,ic= i1= I1,uL1= E-UC,uL2 = -Uo,设L1、L2、 C值很大，使i1=I1、 i2=I2、uC=UC基本恒定。,ic= -i2= -I2,uL1= E,uL2 = -Uo-(-Uc）=Uc-Uo,27,二、Cuk斩波电路,升降压斩波电路和Cuk斩波电路,2.输出电压计算,利用电感稳态伏-秒平衡原理 稳态时电感两
13、端的直流电压为零,由uL1波形可得：,Eton+（E-UC）toff=0,由uL2波形可得：,（UC-Uo）ton+（-Uo）toff=0,联立以上两式，求得输出电压Uo为：,Cuk 斩波电路的优点：输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波。,28,第5章 直流-直流变流电路,5.1 基本斩波电路 5.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路5.3 带隔离的直流-直流变流电路,29,5.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路,复合斩波电路,降压斩波电路和升压斩波电路组合构成,多相多重斩波电路,相同结构的基本斩波电路组合构成,30,5.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路
14、,5.2.1 电流可逆斩波电路 5.2.2 桥式可逆斩波电路 5.2.3 多相多重斩波电路,31,电流可逆斩波电路,V1和VD1构成降压斩波电路，由电源向直流电动机供电，电动机为电动运行，工作于第1象限。,V2和VD2构成升压斩波电路，把直流电动机的动能转变为电能反馈到电源，使电动机作再生制动运行，工作于第2象限。 注意：工作时必须防止V1和V2同时导通造成电源短路事故。,32,电流可逆斩波电路,第一种工作方式作降压斩波器运行。 由V1和VD1构成降压斩波电路，使V2、VD2处于断态。,第二种工作方式作升压斩波运行。 由V2和VD2构成升压斩波电路，使V1、VD1处于断态。,33,电流可逆斩波
15、电路,即，当其中一个斩波器的电流断续而为零时，让另一个斩波器工作，使电流反方向流过，保证电动机电枢回路始终有电流流过。,第三种工作方式交替工作。,34,5.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路,5.2.1 电流可逆斩波电路 5.2.2 桥式可逆斩波电路 5.2.3 多相多重斩波电路,35,多相多重斩波电路,一、基本概念,多相多重斩波电路,在电源和负载之间接入多个结构相同的基本斩波电路而构成,相数,一个控制周期中电源侧的电流脉波数,重数,负载电流脉波数,36,多相多重斩波电路,二、三相三重降压斩波电路,当电源公用而负载为3个独立负载时，则为3相1重斩波电路。 而当电源为3个独立电源，向一个负载供电
16、时，则为1相3重斩波电路。 多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波电路单元可互为备用。,相当于三个降压斩波电路并联而成。,37,第5章 直流-直流变流电路,5.1 基本斩波电路 5.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路5.3 带隔离的直流-直流变流电路,38,直流,交流,交流,脉动直流,5.3 带隔离的直流-直流变流电路,带隔离的直流-直流变流电路组成结构,直流,（1）输出与输入之间需要隔离。,（2）满足某些应用需要相互隔离的多路输出要求。,（3）电压变换比远小于1或远大于1。,（4）采用高频变压器可减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积。,分类,单端电路,双端电路,正激电路、反激电路,半桥电路、全桥电路、推挽电路,39,5.3 带隔离的直流
