電力電子課件直流斬波電路

1、3-1第第6章章 直流斬波電路直流斬波電路3-2第第6章章 直流斬波電路直流斬波電路引言引言直流斬波電路（DC Chopper）v將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電。v也稱為直流-直流變換器（DC/DC Converter）。v一般指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟姡话ㄖ绷鹘涣髦绷鳌?電路種類v6種基本斬波電路：降壓斬波電路降壓斬波電路、升壓斬波電路升壓斬波電路、 升降壓斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路。3-36.1 基本斬波電路基本斬波電路3-46.1.1 降壓斬波電路降壓斬波電路 電路結(jié)構(gòu) 全控型器件 若為晶閘管，須有輔助關(guān)斷電路。續(xù)流二極管負載出現(xiàn)的反

2、電動勢典型用途之一是拖動直流電動機，也可帶蓄電池負載。 降壓斬波電路降壓斬波電路（Buck Chopper)3-5工作原理工作原理c) 電流斷續(xù)時的波形EV+-MRLVDioEMuoiGtttOOOb)電流連續(xù)時的波形TEiGtontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEiGiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMa) 電路圖圖3-1 降壓斬波電路得原理圖及波形vt=0時刻驅(qū)動V導(dǎo)通，電源E向負載供電，負載電壓uo=E，負載電流io按指數(shù)曲線上升。vt=t1時控制V關(guān)斷，二極管VD續(xù)流，負載電壓uo近似為零，負載電流呈指數(shù)曲線下降。v通常串接較大電感L使負載電

3、流連續(xù)且脈動小。3-6數(shù)量關(guān)系數(shù)量關(guān)系v電流連續(xù) 負載電壓平均值：EETtEtttUonoffonono（3-1）REUIMoo（3-2）tonV通的時間通的時間 toffV斷的時間斷的時間 a-導(dǎo)通占空比導(dǎo)通占空比v 電流斷續(xù)，Uo被抬高，一般不希望出現(xiàn)。 負載電流平均值：3-7 斬波電路三種控制方式 T不變，變ton 脈沖寬度調(diào)制（PWM）。 ton不變，變T 頻率調(diào)制。 ton和T都可調(diào)，改變占空比混合型。此種方式應(yīng)用最多 第2章2.1節(jié)介紹過：電力電子電路的實質(zhì)上是分時段線性電路的思想。 基于“分段線性”的思想，對降壓斬波電路進行解析。分V處于通態(tài)和處于斷態(tài)初始條件分電流連續(xù)和斷續(xù)3-

4、8TIETRIoM2o同樣可以從能量傳遞關(guān)系出發(fā)進行的推導(dǎo)v 由于L為無窮大，故負載電流維持為Io不變v 電源只在V處于通態(tài)時提供能量，為v 在整個周期T中，負載消耗的能量為onotEI輸出功率等于輸入功率，可將降壓斬波器看作直流降壓變壓器。一周期中，忽略損耗，則電源提供的能量與負載消耗的能量相等。TIETRItEIoMoono2REEIMoooon1IITtIooo1IUEIEI3-96.1.2 升壓斬波電路升壓斬波電路 升壓斬波電路升壓斬波電路（Boost Chopper）保持輸保持輸出電壓出電壓儲存電能儲存電能 電路結(jié)構(gòu)1) 升壓斬波電路的基本原理3-106.1.2 升壓斬波電路升壓斬波

5、電路工作原理v假設(shè)L和C值很大。vV處于通態(tài)時，電源E向電感L充電，電流恒定I1，電容C向負載R供電，輸出電壓Uo恒定。vV處于斷態(tài)時，電源E和電感L同時向電容C充電，并向負載提供能量。0iGE0ioI1圖6-2 升壓斬波電路及工組波形a) 電路圖b) 波形3-116.1.2 升壓斬波電路升壓斬波電路數(shù)量關(guān)系v設(shè)V通態(tài)的時間為ton，此階段L上積蓄的能量為v設(shè)V斷態(tài)的時間為toff，則此期間電感L釋放能量為v穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中L積蓄能量與釋放能量相等：off1otIEU ontEI1EtTEtttUoffoffoffono（3-21）（3-20）offoontIEUtEI11)(化簡得： T

6、/toff1，輸出電壓高于電源電壓，故為升壓升壓斬波電路。升壓比；升壓比的倒數(shù)記作b ，即。 b和的關(guān)系：因此，式（3-21）可表示為 off/tT1bEEUb111oTtoffb（3-23）（3-22）3-12電壓升高得原因：電感L儲能使電壓泵升的作用 電容C可將輸出電壓保持住如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能量僅由負載R消耗，即 ： 。 （3-24） 與降壓斬波電路一樣，升壓斬波電路可看作直流變壓器。oo1IUEI 輸出電流的平均值Io為：RERUIb1oo(3-25)電源電流的平均值Io為：REIEUI2oo11b(3-26)3-132) 升壓斬波電路典型應(yīng)用一是用于直流電動機傳動二

7、是用作單相功率因數(shù)校正（PFC）電路三是用于其他交直流電源中ttTEiOOb)a)i1i2I10I20I10tontofftOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI20uo圖3-3 用于直流電動機回饋能量的升壓斬波電路及其波形 a） 電路圖 b） 電流連續(xù)時 c） 電流斷續(xù)時v用于直流電動機傳動 再生制動時把電能回饋給直流電源。 電動機電樞電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作狀態(tài)。 直流電源的電壓基本是恒定的，不必并聯(lián)電容器。3-14 升降壓斬波電路升降壓斬波電路 (buck -boost Chopper) 電路結(jié)構(gòu)3-156.1.3升降壓斬波電路升降壓斬波電路基本工作原理a)otb)ot

8、i1i2tontoffILIL圖6-4 升降壓斬波電路及其波形a）電路圖 b）波形vV通時，電源E經(jīng)V向L供電使其貯能，此時電流為i1。同時，C維持輸出電壓恒定并向負載R供電。vV斷時，L的能量向負載釋放，電流為i2。負載電壓極性為上負下正，與電源電壓極性相反，該電路也稱作反極性斬波電路。v。3-16數(shù)量關(guān)系穩(wěn)態(tài)時，一個周期T內(nèi)電感L兩端電壓uL對時間的積分為零，即Ttu0L0d（3-39）所以輸出電壓為：EEtTtEttU1ononoffono（3-41）V處于通態(tài)uL = EV處于斷態(tài)uL = - uooffoontUtE（3-40）3-17v給出了電源電流i1和負載電流i2的波形，設(shè)兩者

9、的平均值分別為I1和I2，當電流脈動足夠小時，有：offon21ttII（3-42）由上式得：11onoff21IIttI（3-43） 結(jié)論v當0a 1/2時為降壓，當1/2a 1時為升壓，故稱作升降壓斬波電路。也有稱之為buck-boost 變換器。v其輸出功率和輸入功率相等，可看作直流變壓器。2o1IUEI （3-44）otb)oti1i2tontoffILIL3-186.2復(fù)合斬波電路復(fù)合斬波電路(負載為直流電動機的斬負載為直流電動機的斬波器結(jié)構(gòu)波器結(jié)構(gòu))3-196.2.1 電流可逆斬波電路電流可逆斬波電路復(fù)合斬波電路降壓斬波電路和升壓斬波電路組合構(gòu)成 v斬波電路用于拖動直流電動機時，常

10、要使電動機既可電動運行，又可再生制動。v降壓斬波電路能使電動機工作于第1象限。v升壓斬波電路能使電動機工作于第2象限。v電流可逆斬波電路電流可逆斬波電路：降壓斬波電路與升壓斬波電路組合。此電路電動機的電樞電流可正可負，但電壓只能是一種極性，故其可工作于第1象限和第2象限。電流可逆斬波電路電流可逆斬波電路3-20ttb)uoioiV1iD1iV2iD2電路結(jié)構(gòu)a) 電路圖vV1和VD1構(gòu)成降壓斬波電路，電動機為電動運行，工作于第1象限。vV2和VD2構(gòu)成升壓斬波電路，電動機作再生制動運行，工作于第2象限。v必須防止V1和V2同時導(dǎo)通而導(dǎo)致的電源短路。工作過程（三種工作方式)v第3種工作方式：一個周期內(nèi)交替地作為降壓斬波電路和升壓斬波電路工作。v當一種斬波電路電流斷續(xù)而為零時，使另一個斬波電路工作，讓電流反方向流過，這樣電動機電樞回路總有電流流過。v電路響應(yīng)很快。圖6-7 電流可逆斬波電路及波形3-216.2.2 橋式可逆斬波電路橋式可逆斬波電路橋式可逆斬波電路