第3章直流斩波器和开关电源讲述.pptx

西南交通大学 电力电子技术 Power Electronics 直流斩波器与直流开关电源 仅内部使用 郭小舟老师 US =aUS UO = 西南交通大学 + uo - K R io uo T ton + US - Us 其平均值(直流值)是： ton T T:斩波周期；a:导通比。改变a可 改变输出电压的平均值。 当负载中有电感时，必须增加开关 K2以便为电感电流提供流动路径。 当K1闭合时K2断开；K1断开时K2闭 合。实际电路中用二极管来代替K2 + uo - K1 + US - K2 io L R 仅内部使用 郭小舟老师 §3-1直流斩波器的原理 1.原理：当开关交替地通断时，负载上就得到脉冲列 uo Us io is iD UO =aUS P O =UOIO P S =USIS =UOIO = P O IS =UOIO /US =aIO 斩波器有双绕组变压器的端口方 程，斩波器是“直流变压器” 若负载支路中含有反电势如电动机，当L足够大，只要 输出电压平均值VO大于E，io仍然为直线，波形不变。 斩波电路输入电流is不连续对电网不利。需要增设输 入滤波器，如下图。这时电网提供原is中的直流分 量，原is中的交流分量由电容提供。 西南交通大学 仅内部使用 郭小舟老师 若斩波周期远小于负载支路的时间常数，或L足够大, 则负载电流的波动就很小，可认为是直线。所以 斩波器的分类 1)降压斩波器:输出电压平 均值总比电源电压低。 2)升压斩波器:输出电压平 均值总比电源电压高。 3)降压升压斩波器输出电 压平均值可以低于也可高 于电源电压，与控制有关 斩波器也可根据其负载电 压与电流的关系分为单象 限、两象限、四象限斩波 器 西南交通大学 + uo - K1 io + US - 斩波器的控制方式 1)保持斩波周期不 变，改变导通时间。 2)保持导通时间不 变，改变斩波周期。 3)同时改变导通时间 和斩波周期。 D L R Ls Cs 仅内部使用 郭小舟老师 iL =ò uLdt T闭合D截止，电流经开关T和电 T + uL - L D + uD - + US - uD iL iT iD uL Us-Uo -Uo Us + M Uo - 不论开关通、断时电感L两端电 压均为常数，所以，电感电流 将按直线方程规律变化。根据 电路基本公理,在周期性稳态电 路中电感两端的平均直流电压 为零。即： 西南交通大学 感L流向负载。uD=US；uL=Us-Uo T截止D导通续流uD=0；uL=-Uo. 设负载电压不变，不计电阻。 t 0 仅内部使用 郭小舟老师 §3-2 基本的直流斩波器电路 1. 降压斩波器 ò [ò (Us -Uo)dt +ò (-Uo)dt]= 0 T 0 由于tonT，输出平均电压 Uo总小于US，称降压斩波器 推导中用了电路公理。其结果与前面的推导相同 在电路中负载是电机反电势。可证明用电阻与大电容 并联也可模拟电机反电势类负载。这里电容使输出电 压稳定，电阻模拟负载吸收的电能。 西南交通大学 ton T Us =aUs Uo = T 0 1 T 于是 有： uLdt = 0 周期性稳态电路中电感无直流电压 1 ton T ton Uo(T -ton) = (Us -Uo)ton 仅内部使用 郭小舟老师 [ò Usdt -ò (Uo -Us)dt]= 0 T 0 西南交通大学 1 ton T ton Uston = (Uo -Us)(T -ton) Us Us = Uo = 1 1-a 1 1-ton /T + Uo - T + uL - D L iL iT + US - uL iD -(Uo-Us) Us 同样根据伏秒平衡规则： 由于a0，输出平均电压Uo总 大于US，它是升压斩波器。 仅内部使用 郭小舟老师 2. 升压斩波器 T闭合D截止，L储能，uL = Us，电感电流线性增大。 T断开D导通，电感电势与电源电压强迫电流流入负 载。uL = -(Uo-Us) 电流线性增大。uL = Us。T断 D 开D导通，电感电流经D流 uL L US 动，将储能交给负载。此时uL = -Uo。根据伏秒平衡原则， uL [ò Usdt -ò Uodt]=