《电力电子技术(第5版)》王兆安 第5章 直流直流变流电路

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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 本章小结

引言直流变流电路( ■直流-直流变流电路(DC/DC Converter)包括直接直流 直流 直流变流电路 )包括直接直流 变流电路和间接直流变流电路。 变流电路和间接直流变流电路。 ■直接直流变流电路 也称斩波电路 斩波电路( ◆也称斩波电路(DC Chopper)。 ) ◆功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流 电。 一般是指直接将直流电变为另一直流电， ◆一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下 输入与输出之间不隔离。 输入与输出之间不隔离。 ■间接直流变流电路 在直流变流电路中增加了交流环节 交流环节。 ◆在直流变流电路中增加了交流环节。 在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离， ◆在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离， 因此也称为直—交 直电路 直电路。 因此也称为直 交—直电路。3/44

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 升降压斩波电路和Cuk斩波电路 斩波电路 5.1.4 Sepic斩波电路和 斩波电路和Zeta斩波电路 斩波电路和 斩波电路

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5.1.1 降压斩波电路■降压斩波电路(Buck Chopper) 降压斩波电路( ) ◆电路分析 使用一个全控型器件 全控型器件V,图中为IGBT, 使用一个全控型器件 ，图中为 ， 若采用晶闸管， 若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电 路。 设置了续流二极管 续流二极管VD, 设置了续流二极管 ，在V关断时给负 关断时给负 载中电感电流提供通道。 载中电感电流提供通道。 主要用于电子电路的供电电源， 主要用于电子电路的供电电源，也可拖 动直流电动机或带蓄电池负载等， 动直流电动机或带蓄电池负载等，后两种情况 反电动势， 下负载中均会出现反电动势 如图中E 所示。 下负载中均会出现反电动势，如图中 m所示。 ◆工作原理 时刻驱动V导通 向负载供电， t=0时刻驱动 导通，电源 向负载供电， 时刻驱动 导通，电源E向负载供电 负载电压u 负载电压 o=E,负载电流 o按指数曲线上升。 ,负载电流i 按指数曲线上升。 时控制V关断 二极管VD续流 关断， 续流， t=t1时控制 关断，二极管 续流，负 载电压u 近似为零，负载电流呈指数曲线下降， 载电压 o近似为零，负载电流呈指数曲线下降， 通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小 使负载电流连续且脉动小。 通常串接较大电感 使负载电流连续且脉动小。图5-1 降压斩波电路的原理图及波形 a)电路图 b)电流连续时的波形

) ) c)电流断续时的波形 )

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5.1.1 降压斩波电路◆基本的数量关系 电流连续时 √负载电压的平均值为 负载电压的平均值为

Uo =

t on t E = on E = α E t on + t off T

(5-1)

式中， 处于通态的时间， 处于断态的时间， 为开关周期 为开关周期， 式中，ton为V处于通态的时间，toff为V处于断态的时间，T为开关周期， 处于通态的时间 处于断态的时间 α为导通占空比，简称占空比或导通比。 为导通占空比，简称占空比或导通比。 √负载电流平均值为 负载电流平均值为 U o Em (5-2) Io = R 电流断续时，负载电压u 平均值会被抬高， 电流断续时，负载电压 o平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的 情况。 情况。 ◆斩波电路有三种控制方式 脉冲宽度调制( 不变， 脉冲宽度调制(PWM):T不变，改变 on。 ) 不变 改变t 频率调制： 不变，改变T。 频率调制：ton不变，改变 。 混合型： 都可调， 混合型：ton和T都可调，改变占空比 都可调6/44

5.1.1 降压斩波电路■对降压斩波电路进行解析 基于分时段线性电路这一思想， 分时段线性电路这一思想 处于通态和处于断态两个过程来分析， ◆基于分时段线性电路这一思想，按V处于通态和处于断态两个过程来分析， 处于通态和处于断态两个过程来分析 初始条件分电流连续 断续。 电流连续和 初始条件分电流连续和断续。 ◆电流连续时得出

I 10 I 20

e t1 / τ 1 E E m e αρ 1 E = T /τ = ρ m e 1 R e R 1 R 1 e t1 / τ E E m 1 e αρ E = = m T / τ ρ R R R 1 e 1 e

(5-9)

(5-10)

T τ 载电流瞬时值的最小值和最大值。 载电流瞬时值的最小值和最大值。 把式( )和式( 把式(5-9)和式(5-10)用泰勒级数近似，可得 )用泰勒级数近似，

t T t τ = L / R ,ρ = T /τ, = Em / E,1 /τ = 1 = αρ,I10和I20分别是负 m 式中， 式中，

I10 ≈ I 20 ≈

(α m)E = IR

o

(5-11)

平波电抗器L为无穷大，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。 平波电抗器 为无穷大，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。 为无穷大7/44

5.1.1 降压斩波电路所示的关系还可从能量传递关系简单地推得， ◆(3-11)所示的关系还可从能量传递关系简单地推得，一个周期中，忽略电路 所示的关系还可从能量传递关系简单地推得 一个周期中， 中的损耗， 电源提供的能量与负载消耗的能量相等， 中的损耗，则电源提供的能量与负载消耗的能量相等，即EI o t on = RI o2 T + E m I o T(5-12)

则

Io =假设电

源电流平均值为I 假设电源电流平均值为I1,则有

αE E mR

(5-13)