第三章DC-DC變換器3

1、電電 力力 電電 子子 技技 術(shù)術(shù) Power Electronic Technology3.3 復(fù)合型復(fù)合型DC-DC變換器變換器能量只能由輸入側(cè)到輸出側(cè)一個(gè)方向流動(dòng)能量只能由輸入側(cè)到輸出側(cè)一個(gè)方向流動(dòng)3.3 復(fù)合型復(fù)合型DC-DC變換器變換器EVT+-RLVDioEMuoiGM單方向能量流動(dòng)很多應(yīng)用場合難以滿足要求單方向能量流動(dòng)很多應(yīng)用場合難以滿足要求3.3 復(fù)合型復(fù)合型DCDC變換器變換器之前討論的DCDC變換器實(shí)際上是一些基本的基本的DCDC變換器變換器，如果將將DCDC變換器的輸出電變換器的輸出電壓（縱坐標(biāo)）、輸出電流（橫坐壓（縱坐標(biāo)）、輸出電流（橫坐標(biāo)）構(gòu)成坐標(biāo)系標(biāo)）構(gòu)成坐標(biāo)系，那

2、么上述各類基本的DCDC變換器由于各自的輸出只能工作在輸出電壓、電只能工作在輸出電壓、電流坐標(biāo)系的第一象限流坐標(biāo)系的第一象限，因此可稱為單象限單象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器單象限單象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器的共同特的共同特征就是征就是各自的輸出電壓、電流不各自的輸出電壓、電流不可逆可逆即即DCDC變換器的變換器的能量不能量不可逆可逆uoIo3.3 復(fù)合型復(fù)合型DCDC變換器變換器當(dāng)DCDC變換器的輸出電流輸出電流或或輸出電壓可逆輸出電壓可逆時(shí)，變換器可在兩象限運(yùn)行，因此稱這類DCDC變換器為兩象限兩象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器當(dāng)DCDC變換器的輸出電流、輸出電流、輸出電壓輸出電壓均均可逆可逆時(shí)，變換器可

3、在四象限運(yùn)行，因此稱這類DCDC變換器為四象限四象限D(zhuǎn)CDC變換變換器器兩象限兩象限D(zhuǎn)CDC變換器和四象限四象限D(zhuǎn)CDC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)均可均可由基本的單象限由基本的單象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器拓?fù)浣M合而成拓?fù)浣M合而成uoIo3.3.1 二象限二象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器可見電流可正、可負(fù)但可見電流可正、可負(fù)但電壓只能有一種方向，電壓只能有一種方向，工作在第工作在第、象限象限工作時(shí)應(yīng)避免直通現(xiàn)象工作時(shí)應(yīng)避免直通現(xiàn)象3.3.1 二象限二象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器 結(jié)構(gòu)與工作方式結(jié)構(gòu)與工作方式VT1和VD2構(gòu)成降壓斬波電路，由電源向直流電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)為電動(dòng)運(yùn)行，工作于第1象限-工作方式工作方式VT2

4、和VD1構(gòu)成升壓斬波電路，把直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊答伒诫娫?，使電?dòng)機(jī)作再生制動(dòng)運(yùn)行，工作于第2象限-工作方式工作方式3.3.1 二象限二象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器第第3種工作方式種工作方式-不能同時(shí)導(dǎo)通，互補(bǔ)信號VT1tVT2ttiLtuoVT1VD2VT2VD13.3.1二象限二象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器3.3.1二象限二象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器當(dāng)電流正向換流電流正向換流時(shí)（io0），或VT1導(dǎo)通導(dǎo)通，或VD2導(dǎo)通導(dǎo)通，變換器工作在第一象限第一象限，此時(shí)的變換器換流電路實(shí)際上是一個(gè)buck變變換器電路換器電路，并且變換器向負(fù)載提供能量變換器向負(fù)載提供能量，換流期間的電壓、電流波形如圖中t1

5、 t2段所示 3.3.1二象限二象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器當(dāng)電流反向換流電流反向換流時(shí)（io0），或VT2導(dǎo)通導(dǎo)通，或VD1導(dǎo)通導(dǎo)通，變換器工作在第二象限第二象限，此時(shí)的變換器換流電路實(shí)際上是一個(gè)boost變換器電路變換器電路，并且負(fù)載向變換器回饋能量負(fù)載向變換器回饋能量，換流期間的電壓、電流波形如圖中t2 t3段所示 3.3.1二象限二象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器1) 電流可逆型二象限D(zhuǎn)CDC變換器實(shí)際上由一個(gè)一個(gè)buck變換器變換器電路和一個(gè)電路和一個(gè)boost變換變換器器電路組合而成電路組合而成，并交替工作交替工作2) 變換器的輸出電壓極性不變輸出電壓極性不變，而，而電流極性可變電流極性可變，

6、即能量能可能量能可雙向傳輸雙向傳輸3) 調(diào)節(jié)斬波占空比就可以控制變換器的輸出平均電壓4)為了防止防止變換器上、下橋臂的直通短路直通短路，上、下橋臂的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號中須加入“先關(guān)斷后導(dǎo)通”的開關(guān)死區(qū)開關(guān)死區(qū)5) 電流可逆型二象限D(zhuǎn)CDC變換器其負(fù)載必須為感性負(fù)載感性負(fù)載，否則，變換器只能工作在第一象限3.3.2 四象限四象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器電流可逆斬波電路：電樞電流可逆，兩象限運(yùn)行，但電壓極性是單向的當(dāng)需要電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)以及可電動(dòng)又可制動(dòng)的場合，須將兩個(gè)電流可逆斬波電路組合起來，分別向電動(dòng)機(jī)提供正向和反向電壓，構(gòu)成橋式可逆斬波電路橋式可逆斬波電路3.3.2 四象限四象限D(zhuǎn)CDC變換器變換

7、器3.3.2 四象限四象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器當(dāng)VT4保持導(dǎo)通保持導(dǎo)通時(shí)，利用VT2、VT1進(jìn)行斬波控制進(jìn)行斬波控制，則構(gòu)成了一組電流可逆的二象限D(zhuǎn)CDC變換器，此時(shí)UAB0，變換器運(yùn)行在一、二象限一、二象限當(dāng)VT2保持導(dǎo)通保持導(dǎo)通時(shí)，利用VT3、VT4進(jìn)行斬波控制進(jìn)行斬波控制，則構(gòu)成了另一組電流可逆的二象限D(zhuǎn)CDC變換器，此時(shí)UAB0，變換器運(yùn)行在三、四象限三、四象限3.3.3 多相多重多相多重DCDC變換器變換器以上所討論的二象限、四象限D(zhuǎn)CDC變換器實(shí)際上是為了擴(kuò)擴(kuò)大大DCDC變換器的運(yùn)行象限變換器的運(yùn)行象限而由基本DCDC變換器組合而成，因此，二象限、四象限D(zhuǎn)CDC變換器實(shí)質(zhì)上屬于復(fù)合

8、型復(fù)合型DCDC變換器采用一般直流變換器作為供電電源時(shí)，輸出電壓波紋電壓波紋不可避免，盡管設(shè)置濾波環(huán)節(jié)，但基于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的考慮，濾波參數(shù)往往不能太大。鑒于輸出電壓和負(fù)載電流的脈動(dòng)都與調(diào)制頻率調(diào)制頻率有關(guān)，考慮提高調(diào)制頻率來達(dá)到減小平波電抗器的體積與重量。但調(diào)制頻率受開關(guān)器件的開關(guān)頻率限制。而且在大容量場合，單個(gè)器件難以滿足要求，需要串并聯(lián)器件使用，這又帶來了其他技術(shù)問題，均壓和均流。3.3.3 多相多重多相多重DCDC變換器變換器v 多相多重?cái)夭娐肥窃陔娫春拓?fù)載之間接入多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的基本斬波電路而構(gòu)成的v 不僅可以擴(kuò)大變換器容量擴(kuò)大變換器容量，而且通過適當(dāng)?shù)臄夭刂七€可以提提高并聯(lián)高并聯(lián)D

9、CDC變換器輸出的等效開關(guān)頻率變換器輸出的等效開關(guān)頻率，以降低變換器的降低變換器的輸出諧波輸出諧波。v多相多重?cái)夭娐肥窃陔娫春拓?fù)載之間接入多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的基本斬波電路而構(gòu)成的 相數(shù) 一個(gè)控制周期中電源側(cè)的電流脈波數(shù)。 從電源側(cè)看，不同相位的斬波回路數(shù)。 重?cái)?shù) 一個(gè)控制周期中負(fù)載電流脈波數(shù) 從負(fù)載側(cè)看，不同相位的直流變換回路數(shù)3.3.3 多相多重多相多重DCDC變換器變換器v 示例：示例：3相相3重降壓斬波電路重降壓斬波電路 相當(dāng)于由3個(gè)降壓斬波電路單元并聯(lián)而成，總輸出電流為3個(gè)斬波電路單元輸出電流之和，其平均值為單元輸出電流平均值的3倍，脈動(dòng)頻率也為3倍 由于3個(gè)單元電流的脈動(dòng)幅值互相抵消，使

10、總的輸出電流脈動(dòng)幅值變得很小 3.3.3 多相多重多相多重DCDC變換器變換器3相相3重降壓斬波電路工作波形重降壓斬波電路工作波形因此這種電路對輸入側(cè)濾波器和輸出側(cè)平波電抗器要求明顯降低，減小了裝置的體積和重量。圖中的電源電流是三個(gè)開關(guān)器件通態(tài)時(shí)電流瞬時(shí)值之和，故電源電流在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)也是脈動(dòng)3次。3.3.3 多相多重多相多重DCDC變換器變換器 很顯然，并聯(lián)的單元越多越多（相數(shù)），輸出電壓、電流脈動(dòng)程度越小電壓、電流脈動(dòng)程度越小，使輸出電流脈動(dòng)率（電流脈動(dòng)幅值與電流平均值之比）降低，感應(yīng)干擾減小 和單相時(shí)相比，設(shè)輸出電流最大脈動(dòng)率一定時(shí)，所需平波電抗器總重量大為減輕 多相多重?cái)夭娐愤€具有

11、備用功能，各斬波電路單元可互為備用互為備用3.3.3 多相多重多相多重DCDC變換器變換器對于不同電源和負(fù)載數(shù)，電路叫法不同。當(dāng)上述電路電源公用而負(fù)載為3個(gè)獨(dú)立負(fù)載時(shí)，則為3相1重?cái)夭娐范?dāng)電源為3個(gè)獨(dú)立電源，向一個(gè)負(fù)載供電時(shí)，則為1相3重?cái)夭娐?.3.3 多相多重多相多重DCDC變換器變換器3.3.3 多相多重多相多重DCDC變換器變換器 m相m重DCDC變換器的特性 每個(gè)變換器單元的占空比均為D 每個(gè)變換器單元開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號錯(cuò)開錯(cuò)開1/m的的開關(guān)開關(guān)周期時(shí)間 每個(gè)變換器單元的輸出電壓的平均值均相等平均值均相等且等于m相m重DCDC變換器的輸出平均電壓 每個(gè)變換器單元的平均輸出電流則為輸出負(fù)載平均電流的1/m3.3.3 多相多重多相多重DCDC變換器變換器上述多相多重DCDC變換器中的變換器單元具有互為備用互為備用的功能，當(dāng)一個(gè)變換器單元故障時(shí)，其余的變換器單元仍可以正常工作顯然，多相多重DCDC變換器在擴(kuò)大變換器擴(kuò)大變換器容量容量和改善輸入、輸出改善輸入、輸出電電流波形流波形的同時(shí)提高了變換器供電的提高了變換器供電的可靠性