直流斬波電路

1、1第3章 直流斬波電路引言v直流直流-直流變壓器（直流變壓器（DC/DC ConverterDC/DC Converter）。）。v不包括直流不包括直流交流交流直流。直流。 電路種類電路種類基本斬波電路：基本斬波電路：降壓、升壓斬波降壓、升壓斬波電路、電路、 升降壓、升降壓、CukCuk、SepicSepic和和ZetaZeta斬波電路。斬波電路。復(fù)合斬波電路復(fù)合斬波電路不同結(jié)構(gòu)基本斬波電路組合。不同結(jié)構(gòu)基本斬波電路組合。多相多重斬波電路多相多重斬波電路相同結(jié)構(gòu)基本斬波電路組合相同結(jié)構(gòu)基本斬波電路組合。2323.1.1 降壓斬波電路 電路結(jié)構(gòu)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。

2、續(xù)流二極管負(fù)載出現(xiàn)的反電動勢典型用途典型用途:拖動低壓直流電動機(jī)，如電瓶叉車。拖動低壓直流電動機(jī)，如電瓶叉車。 降壓斬波電路降壓斬波電路（Buck Chopper)33.1.1 降壓斬波電路 =ton/T-=ton/T-導(dǎo)通比導(dǎo)通比 =1-=1-關(guān)斷比關(guān)斷比斷流比斷流比v工作波形工作波形v輸出電壓平均值：輸出電壓平均值： Uo=E+ Em。 io連續(xù)連續(xù)0 則則 Uo =E43.1.1 降壓斬波電路降壓斬波電路v輸出電壓平均值：輸出電壓平均值： Uo=E + Em = E (io連續(xù)連續(xù)) Uoi/2io Ioi/2io連續(xù)連續(xù), ,IoIo有效有效或或: c=0.15+0.01/8=0.15

3、1: c=0.15+0.01/8=0.151 c - c -7 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 電路電路 -利用利用L電勢電勢升壓升壓83.1.2 升壓斬波電路工作原理工作原理v期間期間V通通VD斷斷:v L由由 E充電充電; C向向R放電。放電。v 期間期間V斷斷VD通通:v E和和L同時向同時向C和和R放電。放電。v輸出電壓輸出電壓:v按波形按波形: UV = *0+*Uo v 按電路按電路: = E - UL= Ev (電感電感UL=0 電容電容Ic=0)v Uo=E/=E/(1- )v Uo (同降壓同降壓.圖3-2 升壓

4、斬波電路及工組波形9v電流電流 Io=Uo/RIo=Uo/R E E* *I IL LUoUo* *Io Io I IL L (Uo/E)Io=Io/(Uo/E)Io=Io/v注意注意:如負(fù)載開路如負(fù)載開路,C將充電至很高電壓將充電至很高電壓 103.1.2升壓斬波電路2)典型應(yīng)用典型應(yīng)用 直流電動機(jī)傳動直流電動機(jī)傳動; ; 功率因數(shù)校正（功率因數(shù)校正（PFCPFC）; ; 例例:直流電動機(jī)再生制動直流電動機(jī)再生制動 電能回饋給直流電源。電能回饋給直流電源。輸出電壓輸出電壓 iaia連續(xù)連續(xù):Uo=Uv=:Uo=Uv=* *0+E0+E(ia(ia斷續(xù)斷續(xù):Uo=(-)E+Em :Uo=(-)

5、E+Em )-斬波器將斬波器將E E降為降為EE EmEmE E 時時從而反饋能量從而反饋能量11v(a) (a) 電機(jī)反饋制動電流電機(jī)反饋制動電流 Ia =(Em- Uo)/R=(m-)E/RIa =(Em- Uo)/R=(m-)E/R =-(1-m)E/R =-(1-m)E/R IaIa(Em)(Em) - -可閉環(huán)限流可閉環(huán)限流v(b) (b) 直流源充電電流直流源充電電流: : Io=Ia=(m-)E/R Io=Ia=(m-)E/Rv(c) i(c) i的波動與連續(xù)條件的波動與連續(xù)條件: : : Ldia/dt=Em-iaR ; : Ldia/dt=Em-iaR ; ii=T(Em-I

6、a=T(Em-Ia* *R)/L=R)/L=E/RE/R( (臨界臨界:Ia=i/2,(m-)=/2 :Ia=i/2,(m-)=/2 cm cm 或或 m-/8m-/8 連續(xù)條件連續(xù)條件:c:c = 1-m + /8 = 1-m + /8 ) )123.1.3升降壓斬波電路和Cuk斬波電路 1）升降壓斬波電路 (buck -boost Chopper) 電路結(jié)構(gòu)V，L和VD三者之間的位置關(guān)系133.1.3升降壓斬波電路工作原理v時時V V通，通，E E對對L L充電，充電，C C對負(fù)對負(fù)載載R R放電。放電。v時時V V斷，斷，L L經(jīng)經(jīng)VDVD對對R,CR,C放電。放電。vuouo極性與電源

7、極性與電源E E極性相反極性相反v -反極性斬波電路。反極性斬波電路。v由由U UL L= E- Uo=0= E- Uo=0v Uo=(/)E=E/(1-) Uo=(/)E=E/(1-)v Uo Uov =0 =00.5: Uo E0.5: Uo E 1: Uo E v - -升降壓型升降壓型v 輸出反極性，輸出反極性，V V壓降高壓降高142) Cuk斬波電路斬波電路 工作原理工作原理: : (1) E,L (1) E,L1 1, C ,V,VD -, C ,V,VD -升壓斬波器：升壓斬波器：Uc=E/Uc=E/ (2) C, V,VD, L (2) C, V,VD, L2 2,R-,R-

8、降壓斬波器降壓斬波器: Uo=Uc: Uo=Uc。 (3) (1)&(2): Uo=(/)E(3) (1)&(2): Uo=(/)E 特點(diǎn)特點(diǎn):(1) :(1) 反極性輸出。反極性輸出。 (2) (E(2) (E不斷流不斷流,L1&L2,L1&L2濾波濾波),),輸入輸出電流平穩(wěn)。輸入輸出電流平穩(wěn)。-+153.1.4 Sepic斬波電路斬波電路 : V : V通，通，E E對對L1L1充電充電, C1, C1對對L2L2充電，充電，C2C2對負(fù)載對負(fù)載R R供電。供電。 : VD: VD通，通，E E、L1L1、L2L2向向C1,C2,RC1,C2,R放電。放電

9、。輸出電壓：輸出電壓： 由由 U UL2L2= =(- -U UC1C1)+U)+UC2C2=0, =0, Uo=U Uo=UC2C2 =(/) U =(/) UC1C1 （ U UC1C1=E )=E ) =(/)E =(/)E 特點(diǎn)特點(diǎn): : 正極性輸出正極性輸出; ;（E E不斷流，不斷流，L1L1濾波濾波) )輸入電流平穩(wěn)輸入電流平穩(wěn)工作過程工作過程: :+-163.1.4 Zeta斬波電路斬波電路 1 1 工作過程工作過程 -V-V通通VDVD斷斷: : E E對對L L1 1充電充電, , E&C E&C向負(fù)載供電。向負(fù)載供電。 -V-V斷斷VDVD通通: : L

10、L1 1放電對放電對C C1 1充電充電2 2 輸出電壓：輸出電壓： 由由 U UL1L1= = E +(-UE +(-UC1C1) = 0) = 0 Uo = U Uo = UC1C1 （ U UL1L1+ U+ UL2 L2 = 0= 0） =(/)E=(/)E 3 3 特點(diǎn)特點(diǎn): : 正極性輸出正極性輸出; (L; (L2 2,C,C2 2濾波濾波) ) 輸出電流平穩(wěn)輸出電流平穩(wěn)173.2復(fù)合斬波電路和多相多重斬波電路183.2.1 電流可逆電流可逆( (二象限二象限) )斬波電路斬波電路 V V1 1和和VDVD1 1-對對E E降壓斬波：降壓斬波： 正電壓正電流，電機(jī)電動運(yùn)行。正電壓

11、正電流，電機(jī)電動運(yùn)行。 V V2 2和和VDVD2 2對對EmEm升壓斬波升壓斬波: :正電壓負(fù)電流正電壓負(fù)電流. .電機(jī)發(fā)電（再生制動）。電機(jī)發(fā)電（再生制動）。 須須防防V V1 1和和V V2 2同時導(dǎo)通同時導(dǎo)通-設(shè)死區(qū)設(shè)死區(qū), ,延遲導(dǎo)通延遲導(dǎo)通19 常用交替工作方式：常用交替工作方式： 1 1=2 2=注注: :觸觸V V對應(yīng)橋臂對應(yīng)橋臂V/DV/D通通（但（但 VV通通) ) u,i u,i波形與管導(dǎo)通如圖波形與管導(dǎo)通如圖; ; Uo=E0 Uo=E0 單向單向, , Io=(Uo-Em)/R Io=(Uo-Em)/R 雙向雙向 可可00特點(diǎn)特點(diǎn): :電壓單向，電流雙向連續(xù)，電壓單向

12、，電流雙向連續(xù)，響應(yīng)快響應(yīng)快 常用不可逆常用不可逆( (轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)) )直流調(diào)速直流調(diào)速203.2.2 橋式可逆橋式可逆(四象限四象限)斬波電路斬波電路兩個電流可逆斬波電路組合，可提供正反向電壓。兩個電流可逆斬波電路組合，可提供正反向電壓。21v常用工作方式常用工作方式1=4=2=3v觸發(fā)觸發(fā)V1,V4, 對應(yīng)橋臂導(dǎo)通對應(yīng)橋臂導(dǎo)通,uo=E 觸發(fā)觸發(fā)V2,V3, . , uo=-E uo波形如上圖波形如上圖 Uo= 1E+2 (-E)= 1E+(1-1 )(-E) = (21-1)E=Ev 10.5Uo0.5Uo0v特點(diǎn)特點(diǎn):性能最完善性能最完善, 常用直流可逆調(diào)速常用直流可逆調(diào)速22晶閘管降壓斬波

13、器C C經(jīng)經(jīng)L-D1-R1 L-D1-R1 充電充電. V . V 導(dǎo)通供電負(fù)載導(dǎo)通供電負(fù)載關(guān)斷過程關(guān)斷過程:V1:V1導(dǎo)通導(dǎo)通LCLC振蕩振蕩, ,電壓電流如圖電壓電流如圖iL=0,V1iL=0,V1無流關(guān)斷無流關(guān)斷iL0 , iL0 , 先沿先沿D2-VD2-V反灌流至反灌流至V V關(guān)斷關(guān)斷, ,再沿再沿D2-D/D2-D/233.2.3 多相多重斬波電路 3重降壓斬波電路 -3套移相120并聯(lián)。 Un=nE -Uo= (Un)/3 -In*rLn/3In=(Un-Uo)/rLn可閉環(huán)控為Io/3特點(diǎn)(1)(輸出入)電流脈波頻率升為3倍,有利濾波平穩(wěn)電流.(2)可增大電流容量(3)可冗余備

14、用,提高抗故障能力243.2.3 多相多重斬波電路多相多重斬波電路術(shù)語術(shù)語 相數(shù)相數(shù): : 電源側(cè)每控制周期電流脈波數(shù)電源側(cè)每控制周期電流脈波數(shù) 重數(shù)重數(shù): : 負(fù)載側(cè)每控制周期電流脈波數(shù)負(fù)載側(cè)每控制周期電流脈波數(shù) 例例: 3: 3套移相套移相120120斬波器斬波器 (1) (1) 輸入并聯(lián)到輸入并聯(lián)到1 1個電源個電源, , 輸出帶輸出帶3 3個獨(dú)立負(fù)載個獨(dú)立負(fù)載 -3-3相相1 1重重 (2) (2) 輸入為輸入為3 3個獨(dú)立電源，輸出并聯(lián)帶個獨(dú)立電源，輸出并聯(lián)帶1 1個負(fù)載個負(fù)載 -1-1相相3 3重重253.2.3 多相多重斬波電路多相多重斬波電路多相多重斬波電路: 脈波頻率升高脈波

15、頻率升高,有利濾波平穩(wěn)電流有利濾波平穩(wěn)電流 可增大輸出容量可增大輸出容量 可冗余備用可冗余備用,提高抗故障能力。提高抗故障能力。26 本章小結(jié)本章介紹了本章介紹了6種基本斬波電路、種基本斬波電路、2種復(fù)合斬波電路及多種復(fù)合斬波電路及多相多重斬波電路。相多重斬波電路。本章的重點(diǎn)本章的重點(diǎn) 降壓和升壓斬波電路降壓和升壓斬波電路,2,4象限斬波電路象限斬波電路 - 原理，輸入輸出關(guān)系、分析方法、工作特原理，輸入輸出關(guān)系、分析方法、工作特點(diǎn)點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域 直流傳動直流傳動-傳統(tǒng)領(lǐng)域傳統(tǒng)領(lǐng)域,逐漸萎縮逐漸萎縮 開關(guān)電源開關(guān)電源-新領(lǐng)域新領(lǐng)域, 一大一大熱點(diǎn)熱點(diǎn)。 斬波斬波(PWM)技術(shù)現(xiàn)廣泛應(yīng)用于各

16、種電力電子設(shè)備技術(shù)現(xiàn)廣泛應(yīng)用于各種電力電子設(shè)備27v作業(yè)作業(yè)6.X 6.1 (P111-3:ton=3s)+ 6.1 (P111-3:ton=3s)+計算電流脈動計算電流脈動ii 6.2 6.2 降壓斬波器降壓斬波器E=36V,R=1 Em=18V,LE=36V,R=1 Em=18V,L有限有限, , =0.4, =0.4,斷流比斷流比=0.22=0.22 (1) (1)畫畫uo,iouo,io波形波形;(2);(2)計算計算Uo,Io;Uo,Io; (3) (3)根據(jù)根據(jù)ioio波形與波形與IoIo數(shù)值計算數(shù)值計算ii 6.3 (P111-5 )(1) 6.3 (P111-5 )(1)畫電路畫電路, ,標(biāo)標(biāo)-電流流向電流流向; ; (2) (2)畫畫i iL L,uo,uo波形波形;(3)