电力电子技术第3章 直流斩波电路.ppt

第3章 直流斩波电路 直流斩波电路（DC Chopper） 将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电 也称为直接直流--直流变换器（DC/DC Converter） 一般是指直接将直流电变为另一直流电，不包括直流—交流—直流 习惯上，DC—DC变换器包括以上两种情况，且甚至更多地指后一种情况 3.1 基本斩波电路 3.1.1 降压斩波电路 3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路 V通时，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路分别流过电流 V断时，E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路分别流过电流 输出电压的极性与电源电压极性相反 等效电路如图3-5b所示，相当于开关S在A、B两点之间交替切换 3.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路 Sepic斩波电路的基本工作原理是：当V处于通态时，E—L1—V回路和C1—V—L2回路同时导电，L1和L2贮能。V处于断态时，E—L1—C1—VD—负载（C2和R）回路及L2—VD—负载回路同时导电，此阶段E和L1既向负载供电，同时也向C1充电，C1贮存的能量在V处于通态时向L2转移。 Zeta斩波电路也称双Sepic斩波电路，其基本工作原理是：在V处于通态期间，电源E经开关V向电感L1贮能。待V关断后，L1经VD与C1构成振荡回路，其贮存的能量转移至C1，至振荡回路电流过零，L1上的能量全部转移至C1上之后，VD关断，C1经L2向负载供电。 图3-1 降压斩波电路的原理图及波形 图3-2 升压斩波电路及其工作波形 图3-3 用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形 图3-4 升降压斩波电路及其波形 图3-5 Cuk斩波电路及其等效电路 图3-6 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路 图3-7 电流可逆斩波电路及其波形 图3-8 桥式可逆斩波电路 图3-9 多相多重斩波电路及其波形 两种电路相比，具有相同的输入输出关系。Sepic电路中，电源电流和负载电流均连续，有利于输入、输出滤波，反之，Zeta电路的输入、输出电流均是断续的。另外，与前一小节所述的两种电路相比，这里的两种电路输出电压为正极性的，且输入输出关系相同。 电路图 电流连续时的波形 电流断续时的波形 返回 ■ 电路图 波形 返回 电路图 电流连续时 电流断续时 返回 电路图 波形 返回 返回 返回 返回 电力电子技术 * 西安交通大学电力电子与新能源技术研究中心(PENEC)制作 直流斩波电路的种类 6种基本斩波电路：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路，其中前两种是最基本的电路 复合斩波电路——不同基本斩波电路组合 多相多重斩波电路——相同结构基本斩波电路组合 降压斩波 升压斩波 工作原理 t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io按指数曲线上升 t=t1时刻控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小通常使串接的电感L值较大 数量关系 电流连续时，负载电压平均值 ton——V通的时间 toff——V断的时间 a--导通占空比 Uo最大为E ，减小占空比a，Uo随之减小。因此称为降压斩波电路。 负载电流平均值 斩波电路的调制方式 保持开关周期T不变，调节开关导通时间ton ，称为脉冲宽度调制（PWM） 保持开关导通时间ton不变，改变开关周期 T ，称为频率调制 T和ton都可调，使占空比改变，称为混合型 V通态期间，设负载电流为i1， 可列出如下方程： 对电路的分析 设此阶段电流初值为I10，?=L/R， 解上式得 V断态期间，设负载电流为i2， 可列出如下方程： 设此阶段电流初值为I20，解上式得： 当电流连续时，有： 即V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，反过来，V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。 由图3-1b可知，I10和I20分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值。用泰勒级数近似有： 从能量传递关系出发进行的推导 由于L为无穷大，故负载电流维持为Io不变,由能量守恒可得： 在上述情况中，均假设L值为无穷大，负载电流平直的情况。这种情况下，假设电源电流平均值为I1，则有 即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。 负载电流断续的情况： 电流断续时，txtoff，由此得出电流断续的条件为： 输出电压、电流平均值为： 3.1.2 升压斩波电路 工作原理 假设L值很大，C值也很大 V通时，E向L充电，充电电流恒为I1，同时C的电压向负载供电，因C值很大，输出电压uo为恒值，记为Uo。设V通的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为 V断时，E和L共同向C