8 直流斬波電路(2).ppt

1、第八章 直流斬波電路,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 電力晶體管斬波電路 第三節(jié) 晶閘管斬波電路 本章小結(jié),第一節(jié) 概述,將直流電變換成另一固定電壓或可調(diào)電壓的直流電對(duì)應(yīng)電路稱為直流斬波電路（DC Chopper） ，又稱直流-直流變換電路（DC/DC Converter），實(shí)現(xiàn) DC/DC變換。,圖8-2 直流斬波器的工作原理,（8-1）,根據(jù)改變輸出電壓大小的方法可以分為脈沖寬度調(diào)制（PWM）、 脈沖頻率調(diào)制（PFM）和混合調(diào)制三種。 脈沖寬度調(diào)制：改變ton而保持通斷周期T不變，稱為脈沖寬度 調(diào)制（PWM）。 脈沖頻率調(diào)制：保持ton不變而改變通斷周期T，稱為脈沖頻率調(diào)制（PFM）。 混合調(diào)制：對(duì)

2、脈沖頻率與寬度綜合調(diào)制，即同時(shí)改變ton和T，稱為混合調(diào)制。 根據(jù)輸出電壓與輸入電壓大小關(guān)系，可以分為降壓型（Buck）、 升壓型（Boost）和升降壓型三種基本類型。 降壓型：UoE。 升壓型：Uo E。 升降壓型： Uo E、 Uo E 或Uo = E 。,第一節(jié) 概述,第二節(jié) 電力晶體管斬波電路,一、降壓（Buck）型變換電路,圖8-3 降壓型變換電路,電路構(gòu)成 使用一個(gè)全控型器件V，圖中為GTR，若采用晶閘管，需設(shè)置使晶閘管關(guān)斷的輔助電路。 電感L和電容C為輸出端濾波電路，將脈沖波變成紋波較小的直流波。 設(shè)置了續(xù)流二極管VD，在V關(guān)斷時(shí)給負(fù)載中電感電流提供通道。 阻性負(fù)載，主要用于電子

3、電路的供電電源。 波形分析 ton期間 :V導(dǎo)通 , VD截止 , 電源E向負(fù)載供電，uA=E，負(fù)載電流iL按指數(shù)曲線上升。 toff期間 : V關(guān)斷，VD導(dǎo)通續(xù)流，uA=0 ，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。,第二節(jié) 電力晶體管斬波電路,一、降壓（Buck）型變換電路,基本數(shù)量關(guān)系 電感L兩端的電壓為： 電感L的電流iL，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，一個(gè)周期內(nèi)的增量和減量相等，即： 輸出直流電壓為：,輸出電流平均值為：,（8-5）,（8-4）,（8-3）,（8-2）,其中d=ton/T稱為占空比,第二節(jié) 電力晶體管斬波電路,二、升壓（Boost ）型變換電路,它由電力晶體管V，儲(chǔ)能電感L，升壓二極管VD和濾波電容

4、C組成。,波形分析 ton期間 :V導(dǎo)通 , VD截止 , uA=0，負(fù)載電流iL按指數(shù)曲線上升。 toff期間 : V關(guān)斷，VD導(dǎo)通 ，uA=Uo ，負(fù)載電流按指數(shù)曲線下降。,圖8-4 升壓型變換電路,第二節(jié) 電力晶體管斬波電路,二、升壓（Boost ）型變換電路,基本數(shù)量關(guān)系 電感L兩端的電壓為： 電感L的電流iL，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，一個(gè)周期內(nèi)的增量和減量相等，即： 輸出直流電壓為：,輸出電流平均值為：,（8-7）,（8-3）,（8-6）,第二節(jié) 電力晶體管斬波電路,三、升降壓型變換電路,也稱反極性變換器，它的Uo與E極性相反，輸出電壓既可低于、也可以 高于輸入電壓。,波形分析 ton期間 :

5、V導(dǎo)通 , VD截止 , uA=E，負(fù)載電流iL按指數(shù)曲線上升。 toff期間 : V關(guān)斷，VD導(dǎo)通 ，uA=-Uo ，負(fù)載電流按指數(shù)曲線下降。,圖8-5升降壓型變換電路,第二節(jié) 電力晶體管斬波電路,三、升降壓型變換電路,基本數(shù)量關(guān)系 電感L兩端的電壓為： 電感L的電流iL，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，一個(gè)周期內(nèi)的增量和減量相等，即： 輸出直流電壓為：,輸出電流平均值為：,（8-9）,（8-3）,（8-8）,第三節(jié) 晶閘管斬波電路,一、降壓斬波電路,電路構(gòu)成 使用晶閘管做主開(kāi)關(guān)，需設(shè)置使晶閘管關(guān)斷的輔助電路。 CH為帶有換相關(guān)斷電路的主開(kāi)關(guān)。 電感L為平波電抗器和電樞電感等效電感。 VD為續(xù)流二極管，在CH

6、關(guān)斷時(shí)給負(fù)載中電感電流提供通道。 直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載，Em為直流電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)，R為電樞電阻。廣泛應(yīng)用于電車、地鐵、礦山、搬運(yùn)車等電氣機(jī)車上所用直流電動(dòng)機(jī)的牽引傳動(dòng)。 工作原理 電流連續(xù)工作狀態(tài)（電感L足夠大，圖8-6b）,第三節(jié) 晶閘管斬波電路,一、降壓斬波電路, ton期間 :CH導(dǎo)通 , VD截止 ，uo=E，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升。 toff期間 : CH關(guān)斷，VD續(xù)流，uo=0 ，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。 負(fù)載端直流輸出電壓和電流的平均值：,（8-10）,（8-11）,負(fù)載電流的最小值Iomin和最大值Iomax：,（8-16）,（8-17）,第三節(jié) 晶閘管斬波電路,一、降壓斬波電路,

7、（8-21）,電流斷續(xù)工作狀態(tài)（ txtoff ，圖8-6c）,如果L值較小或開(kāi)關(guān)周期T較大，當(dāng)負(fù)載電流按指數(shù)規(guī)律下降到tx時(shí)，負(fù)載電流已衰減到零。 ton期間 :CH導(dǎo)通 , VD截止 ，uo=E，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升。 toff期間 : CH關(guān)斷，VD導(dǎo)通續(xù)流，uo=0 ，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。 toff -tx期間 ： CH關(guān)斷, VD截止 ，uo=Em，負(fù)載電流io=0。 負(fù)載端直流輸出電壓和電流的平均值：,（8-20）,（8-22）,第三節(jié) 晶閘管斬波電路,二、升壓斬波電路,升壓斬波電路多用于直流電動(dòng)機(jī)再 生制動(dòng)時(shí)把電能反送到直流電源的電 路中。和降壓斬波電路一樣，升壓斬 波

8、電路也有電動(dòng)機(jī)電樞電流連續(xù)和斷 續(xù)兩種狀態(tài)。 工作原理 電流連續(xù)工作狀態(tài)（電感L足夠 大，圖8-7b）, ton期間 :CH導(dǎo)通 , VD截止 ，uo=0，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升。 toff期間 : CH關(guān)斷，VD續(xù)流，uo=E ，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。,第三節(jié) 晶閘管斬波電路,二、升壓斬波電路,負(fù)載端直流輸出電壓和電流的平均值：,（8-23）,（8-24）,負(fù)載電流的最小值Iomin和最大值Iomax：,（8-29）,（8-30）,第三節(jié) 晶閘管斬波電路,二、升壓斬波電路,（8-32）,電流斷續(xù)工作狀態(tài)（ txtoff ，圖8-7c）,如果L值較小或開(kāi)關(guān)周期T較大，當(dāng)負(fù)載電流按指數(shù)規(guī)律

9、下降到tx時(shí)，負(fù)載電流已衰減到零。 ton期間 :CH導(dǎo)通 , VD截止 ，uo=0，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升。 toff期間 : CH關(guān)斷，VD導(dǎo)通續(xù)流，uo=E ，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。 toff -tx期間 ： CH關(guān)斷, VD截止 ，uo=Em，負(fù)載電流io=0。 負(fù)載端直流輸出電壓和電流的平均值：,（8-31）,（8-33）,第三節(jié) 晶閘管斬波電路,三、復(fù)合斬波電路,斬波電路用于拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，常常需要使電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，電動(dòng)運(yùn)行和再生制動(dòng)運(yùn)行。把電樞電壓和電流的正負(fù)用四象限來(lái)表示，如圖8-8所示。 降壓式斬波電路工作在第一象限，負(fù)載平均電壓Uo和電流Io都是正的，功率流向是從

10、電源到負(fù)載，直流電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。 升壓式斬波電路工作在第二象限，負(fù)載平均電壓Uo為正，但電流Io為負(fù)，故功率流向是從負(fù)載到電源，直流電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)狀態(tài)。,第三節(jié) 晶閘管斬波電路,三、復(fù)合斬波電路,電流可逆斬波電路（圖8-9）,電路結(jié)構(gòu)（圖8-9a） 降壓斬波電路與升壓斬波電路組合，電動(dòng)機(jī)的電樞電流可正可負(fù)，但電壓只能是一種極性，故其可工作于第一象限和第二象限（電壓為正時(shí)）。 CH1和VD1構(gòu)成降壓斬波電路，電動(dòng)機(jī)為電動(dòng)運(yùn)行，工作于第一象限。 CH2和VD2構(gòu)成升壓斬波電路，電動(dòng)機(jī)作再生制動(dòng)運(yùn)行，工作于第二象限 。 必須防止CH1和CH2同時(shí)導(dǎo)通而導(dǎo)致電源短路。 工作過(guò)程 兩種工作情

11、況：只作降壓斬波運(yùn)行和只作升壓斬波運(yùn)行。（圖8-9b、c ） 第3種工作方式：一個(gè)周期內(nèi)交替地作為降壓斬波電路和升壓斬波電路工作。（圖8-9d） 第3種工作方式下，當(dāng)一種斬波電路電流斷續(xù)而為零時(shí)，使另一個(gè)斬波電路工作，讓電流反方向流過(guò)，這樣電動(dòng)機(jī)電樞回路總有電流流過(guò)。 一個(gè)周期內(nèi)，電流不斷，響應(yīng)很快。,第三節(jié) 晶閘管斬波電路,三、復(fù)合斬波電路,第三節(jié) 晶閘管斬波電路,三、復(fù)合斬波電路,橋式可逆斬波電路（圖8-10）,將兩個(gè)電流可逆斬波電路組合起來(lái)，分別向電動(dòng)機(jī)提供正向和反向電壓，使電動(dòng)機(jī)可以4象限運(yùn)行。 工作過(guò)程 如CH1、CH2交替通斷，而CH4常通、CH3常斷，則Uo為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；而C

12、H3常通、CH4常斷，則Uo為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。在這種控制方式下，電動(dòng)機(jī)向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，斬波器輸出為某一極性電壓，稱為單極性式。,將四只斬波部件分為CH1、CH4和CH2、CH3兩組，同組兩只管子同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷，而兩組斬波部件交替工作，則在一個(gè)周期內(nèi)，Uo正負(fù)相間，這種控制方式稱為雙極性式。,第三節(jié) 晶閘管斬波電路,四、晶閘管換流電路,本章小結(jié),直流斬波電路實(shí)現(xiàn)了DC-DC變換，廣泛應(yīng)用于電氣車輛、蓄電池充 電和開(kāi)關(guān)電源等設(shè)備。直流斬波電路類型很多，最基本有降壓型和升 壓型兩種。為保持?jǐn)夭ㄆ鞯妮敵鲭妷悍€(wěn)定，通常采用占空比控制技 術(shù)。改變占空比的方法有脈寬調(diào)制（PWM）、脈頻調(diào)制（PFM）和 混合調(diào)制三種，其中PWM是最常用的一種。 主講了由電力晶體管構(gòu)成的降壓型