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1、直流斩波电路直流斩波电路（直流（直流-直流变换器）直流变换器） 将直流电变为另一将直流电变为另一固定电压或可调电压固定电压或可调电压的直流电（不包括直流的直流电（不包括直流交流交流直流）直流）直流斩波电路的直流斩波电路的种类种类l 6 6种种基本斩波电路基本斩波电路：降压斩波电路、升压斩波电路、：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、升降压斩波电路、CukCuk斩波电路、斩波电路、SepicSepic斩波电路和斩波电路和ZetaZeta斩波电路，其中前两种是最基本的电路斩波电路，其中前两种是最基本的电路l复合斩波电路复合斩波电路不同基本斩波电路组合不同基本斩波电路组合l 多相多重斩波电路
2、多相多重斩波电路相同结构基本斩波电路组合相同结构基本斩波电路组合 第第9 9章章 直流变换电路直流变换电路11 1 1 1、降压斩波电路、降压斩波电路、降压斩波电路、降压斩波电路9.1 9.1 基本斩波电路基本斩波电路 全控型器件，若为全控型器件，若为晶闸管，须有辅助晶闸管，须有辅助关断电路。关断电路。续流二极管续流二极管负载出负载出现的反现的反电动势电动势2当当t = 0时时刻刻驱驱动动V导导通通，电电源源E向向负负载载供供电电，负负载载电电压压uo=E，负载电流负载电流io按指数曲线上升按指数曲线上升当当t = t1时时刻刻控控制制V关关断断，负负载载电电流流经经二二极极管管VD续续流流，
3、负负载载电电压压uo近近似似为为零零，负负载载电电流流呈呈指指数数曲曲线线下下降降。为为了了使使负负载载电电流流连连续续且且脉脉动动小小，通通常常串串接接L值值较较大的电感。大的电感。当当电电路路工工作作稳稳定定时时，负负载载电电流流在一个周期的初值和终值相等。在一个周期的初值和终值相等。电流连续时的波形电流连续时的波形EV+-MRLVDioEMuoiGtttOOOTEiGtontoffioi1i2I10I20t1uo3负载电压平均值为负载电压平均值为式中，式中， ton为为V V处于通态的时间；处于通态的时间； toff为为V V处于断态的时间；处于断态的时间；T为开关周为开关周期；期； a
4、 a为为导通占空比（简称占空比或导通比）。导通占空比（简称占空比或导通比）。降压斩波电路（降压斩波电路（BuckBuck变换器）变换器） 输出到负输出到负载的电压平均值载的电压平均值U0最大为最大为E，若减小占空比，若减小占空比a a，则，则U0随之减小。随之减小。负载电流平均值为负载电流平均值为4从从能量传递关系能量传递关系出发进行的推导出发进行的推导 由于由于L为无穷大，故负载电流维持为为无穷大，故负载电流维持为Io不变不变 电源只在电源只在V处于通态时提供能量，为处于通态时提供能量，为 在整个周期在整个周期T中，负载消耗的能量为中，负载消耗的能量为输出功率等于输入功率，可将降压斩波器看作
5、输出功率等于输入功率，可将降压斩波器看作直流降压变压器直流降压变压器一周期中忽略损耗，则电源提供的能量与负载消耗的能量相等一周期中忽略损耗，则电源提供的能量与负载消耗的能量相等5负载中负载中L值较小，则在值较小，则在V V关断后，到了关断后，到了t2时刻，时刻，负载电流已衰减为零，负载电流已衰减为零，会出现负载电流断续，会出现负载电流断续，由波形可见，负载电压由波形可见，负载电压uo平均值会抬高，一般平均值会抬高，一般不希望出现电流断续的不希望出现电流断续的情况。情况。 电流断续时的波形电流断续时的波形EV+-MRLVDioEMuoiGOOOtttTEEiGiGtontoffiotxi1i2I
6、20t1t2uoEM6斩波电路三种控制方式斩波电路三种控制方式1 1） 脉脉冲冲宽宽度度调调制制（PWM PWM 脉脉冲冲调调宽宽型型) ) 保保持持开开关周期关周期T不变，调节开关导通时间不变，调节开关导通时间ton 2)2) 频频率率调调制制（调调频频型型） 保保持持开开关关导导通通时时间间ton不变，改变开关周期不变，改变开关周期T 3)3)混合型混合型 ton和和T都可调，占空比改变都可调，占空比改变V V为通态期间，设负载电流为为通态期间，设负载电流为i1，可列出如下方程，可列出如下方程设此阶段电流初值为设此阶段电流初值为I10， = =L/R，解上式得，解上式得7V处于断态期间，设
7、负载电流为处于断态期间，设负载电流为i2，可列出如下方程可列出如下方程设此阶段电流初值为设此阶段电流初值为I20，解上式得，解上式得当电流连续时，有当电流连续时，有 I10 = i2 (t2) I20 = i1(t1) V进入通态时的电流初值就是进入通态时的电流初值就是V在断态阶段结束时的电流值，反过在断态阶段结束时的电流值，反过来，来，V进入断态时的电流初值就是进入断态时的电流初值就是V在通态阶段结束时的电流值。在通态阶段结束时的电流值。8式中式中 ； ；用泰勒级数近似，可得用泰勒级数近似，可得上式表示了平波电抗器上式表示了平波电抗器L L为无穷大，负载电流完全平直时的负载为无穷大，负载电流
8、完全平直时的负载电流平均值电流平均值Io，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。9带带LCLC滤波的降压斩波电路滤波的降压斩波电路 输输出出电电压压u uc c在在稳稳态态下下近近似似无无任任何何脉脉动动，保保持持U Uc c不不变变。电电感感电电流流波波形形由由原原来来的的指指数数规规律律上上升升和和下下降降，变变为为直直线线升升降降。作作用用于于电电感感L L两两端端的的电电压压为为 U Uc c，电电感感电电流流i iL L以以- -U Uc c/ /L L的负斜率直线减小。的负斜率直线减小。102 2 2 2、升压斩波电路、升压斩波电路、升压
9、斩波电路、升压斩波电路 V处于通态处于通态时，电源时，电源E向电感向电感L充电，充电电流基本恒定为充电，充电电流基本恒定为I1，同时电同时电容容C上的电压向负载上的电压向负载R供电，因供电，因C值很大，保持输出电压值很大，保持输出电压uo为恒值，记为为恒值，记为Uo。设。设V V处于通态处于通态的时间为的时间为ton，此阶段电感此阶段电感L上积蓄的能量为上积蓄的能量为EI1ton。 V处于断态处于断态时，时，E和和L共同向电容共同向电容C充电，并向负载充电，并向负载R提供能量。设提供能量。设V处处于断态于断态的时间为的时间为toff，则此期间电感则此期间电感L L释放能量为释放能量为(Uo-E
10、)I1toff。保持保持输出输出电压电压储存电能储存电能11电路工作稳态时，一个周期电路工作稳态时，一个周期T中电感中电感L积蓄能量与释放能量相等积蓄能量与释放能量相等化简得化简得式中，式中，T/toff1，输出电压高于电源电压，该电路为，输出电压高于电源电压，该电路为升压斩波电路升压斩波电路T/toff表示升压比，改变输出电压表示升压比，改变输出电压Uo的大小，的大小，升压比的倒数升压比的倒数b b = toff /T,则则b b和导通占空比和导通占空比a a的关系的关系12电流连续时的波形电流连续时的波形13 I1电流断续时的波形电流断续时的波形143 3 3 3、升降压斩波电路和、升降压
11、斩波电路和、升降压斩波电路和、升降压斩波电路和CukCukCukCuk斩波电路斩波电路斩波电路斩波电路1 1 1 1）降压）降压）降压）降压升压斩波电路升压斩波电路升压斩波电路升压斩波电路u 可控开关可控开关V处于处于通态时，电通态时，电源经源经V向电感向电感L供电使其贮存供电使其贮存能量，此时电流为能量，此时电流为i1。同时，同时，电容电容C维持输出电压恒定并向维持输出电压恒定并向负载负载R R供电。供电。u V关关断时，电感断时，电感L中中的能的能量向负载释放，电流为量向负载释放，电流为i2。负负载电压极性为上负下正，与电载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称源电压极性相反，
12、该电路也称作作反极性斩波电路反极性斩波电路ototi1i2tontoffILIL15稳态时，一个周期稳态时，一个周期T内电感内电感L两端电压两端电压uL对时间的积分为零，即对时间的积分为零，即当当V处于通态期间时，处于通态期间时，uL=E；而当；而当V处于断态期间时，处于断态期间时，uL=-uo 输出电压为输出电压为改变导通比改变导通比a a，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当低。当0a a 1/2时为降压，当时为降压，当1/2a a 1时为升压，因此将该电路称时为升压，因此将该电路称作作升降压斩波电路（升降压斩波电路（buck-b
13、oost buck-boost 变换器）变换器）。162 2 2 2） CukCukCukCuk斩波电路斩波电路斩波电路斩波电路ERVDCVL1L2uoRCBASEi1L1L2i2uCuAuBuou V处处于于通通态态时时，EL1V回回路路和和RL2CV回回路路分分别别流流过过电流。电流。u V处处于于断断态态 时时，EL1CVD回回路路和和RLRL2 2VDVD回回路路分分别流过电流别流过电流u 输输出出电电压压的的极极性性与与电电源源电电压压极性相反。极性相反。u 等等效效电电路路如如图图3-5b3-5b所所示示，相相当当于于开开关关S在在A、B两两点点之之间间交交替替切换。切换。CukC
14、uk 斩波电路优点斩波电路优点 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。输入、输出进行滤波。输入、输出进行滤波。输入、输出进行滤波。17 间接直流变流电路中增加了交流环节，因此也称为间接直流变流电路中增加了交流环节，因此也称为直直- -交交- -直变换电路直变换电路。采用采用直直交交直直变换结构的原因：输出端与输入端需要变换结构的原因：输出端与输入端需要隔离隔离；需要相互隔离的；需要相
15、互隔离的多路输出多路输出；输出电压与输入电压；输出电压与输入电压的的比例远小于比例远小于1 1或远大于或远大于1 1；交流环节采用较高的；交流环节采用较高的工作频工作频率率，可以减小变压器和滤波电感、电容的体积和重量。，可以减小变压器和滤波电感、电容的体积和重量。9.2 9.2 单端间接式直流变换电路单端间接式直流变换电路18间间接接直直流流变变流流电电路路分分为为单单端端(Single (Single End)End)和和双双端端(Double (Double End)End)电路电路两大类。两大类。单单端端电电路路中中，变变压压器器中中流流过过的的是是单单方方向向的的直直流流脉脉动动电电流
16、流，而双端电路中，变压器中的电流为正负对称的交流电流。而双端电路中，变压器中的电流为正负对称的交流电流。1 1 1 1、单端正激式直流变换电路单端正激式直流变换电路单端正激式直流变换电路单端正激式直流变换电路开开关关S S开开通通后后，变变压压器器原原边边绕绕组组两两端端的的电电压压为为上上正正下下负负，N N2 2绕绕组组两两端端的的电电压压也也是是上上正正下下负负。VDVD1 1和和S S同同时时导导通通，VDVD2 2为为断断态，电感态，电感L L的电流逐渐增长。的电流逐渐增长。S S关关断断后后，电电感感L L通通过过VDVD2 2续续流流，VDVD1 1关关断断，滤滤波波器器输输入入
17、电电压压为为零零，L L的的电电流流逐逐渐渐下下降降。可可见见，副副边边绕绕组组相相当当于于联联接接了了一个带一个带LCLC滤波的滤波的降压式直流斩波电路降压式直流斩波电路。波形19返回+-+-+-+20S S关关断断后后，变变压压器器原原边边绕绕组组N N1 1的的自自感感电电势势上上负负下下正正，从从而而N N3 3绕绕组组的的感感应应电电势势上上正正下下负负，使使变变压压器器励励磁磁电电流流经经N N3 3绕绕组组和和VDVD3 3流流回回电电源源。此此时时N N1 1绕绕组组两两端端自自感感电电压压u uN1N1的的大大小小由由u uN3N3决决定定，由由于于u uN3N3= =U Ui i，所所以以N N1 1绕绕组组的感应电势被箝位于的感应电势被箝位于波形所以开关所以开关S S两端承受的电压为两端承受的电压为21 S S关关断断后后到到下下一一次次再再开开通通的的一一段段时时间间内内，必必须须设设法法使使励励磁磁电电流流及及磁磁通通 降降回回到到零零，磁磁通通复复位位，否否则则导导致致变变压器的铁芯饱和。压器的铁芯饱和。+Ui电路图电路图222 2 2 2、 单端反激式直流变换电路单端反激式直流变换电路单端反激式直流变换电路单端反激式直流变换电路 单端反激电路的理想化波形单端反激电路的理想化波形23
