電力電子-第3章(修改)匯編

1、第 3 章直流/直流變換器共六十九頁(yè)3 直流/直流變換器3.1 直流/直流降壓變換器（Buck DC/DC 變換器） 3.2 直流/直流升壓變換器（Boost DC/DC 變換器） 3.3 直流升壓降壓變換器（Boost-Buck變換器或Cuk變換器） *3.4 兩象限、四象限直流/直流變換器 *3.5 多相、多重直流/直流變換器 3.6 帶隔離(gl)變壓器的直流/直流變換器 小結(jié)共六十九頁(yè) 第3章 直流變換(binhun)電路 1、定義： 利用電力開(kāi)關(guān)器件(qjin)周期性的開(kāi)通與關(guān)斷來(lái)改變輸出電壓的大小，將直流電能轉(zhuǎn)換為另一固定電壓或可調(diào)電壓的直流電能的電路稱為直流變換電路。(開(kāi)關(guān)型DC

2、/DC變換電路/斬波器)。2、分類： 按穩(wěn)壓控制方式:脈沖寬度調(diào)制(PWM)、脈沖頻率調(diào)制、(PFM)直流變換電路。 按變換器的功能:降壓變換電路(Buck)、升壓變換電路(Boost)、升降壓變換電路(Buck-Boost)、庫(kù)克變換電路(Cuk)和全橋直流變換電路。 3、隔離方式： 在直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中直流變換電路常常采用變壓器實(shí)現(xiàn)電隔離，而在直流電機(jī)的調(diào)速裝置中可不用變壓器隔離。共六十九頁(yè) 3.1 直流變換電路(dinl)的工作原理 3.2 降壓變換電路 3.3 升壓變換電路 3.4 升降壓變換電路 3.5 庫(kù)克變換電路 3.6 帶隔離變壓器的直流變換器 3.7 直流變換電路的PWM控制

3、技術(shù) 第3章 直流變換(binhun)電路 共六十九頁(yè)3.1 直流變換電路(dinl)的工作原理工作原理：圖中S是可控開(kāi)關(guān)，R為純阻性負(fù)載。在時(shí)間內(nèi)當(dāng)開(kāi)關(guān)S接通時(shí)，電流經(jīng)負(fù)載電阻R流過(guò)， R兩端就有電壓(diny)；在時(shí)間內(nèi)開(kāi)關(guān)T斷開(kāi)時(shí)， R中電流為零，電壓也變?yōu)榱恪?輸出電壓平均值的改變：因?yàn)镈是01之間變化的系數(shù)，因此在D的變化范圍內(nèi)輸出電壓UO總是小于輸入電壓Ud，改變D值就可以改變其大小。占空比的改變：通過(guò)改變ton 或TS來(lái)實(shí)現(xiàn)。 圖3.1.1 基本的斬波器電路 及其負(fù)載波形 共六十九頁(yè)直流變換電路的常用工作方式主要有兩種： 脈沖頻率調(diào)制(PFM)工作方式： 即維持不變，改變TS。在

4、這種調(diào)壓方式中，由于輸出電壓波形(b xn)的周期是變化的，因此輸出諧波的頻率也是變化的，這使得濾波器的設(shè)計(jì)比較困難，輸出諧波干擾嚴(yán)重，一般很少采用。 脈寬調(diào)制(PWM)工作方式： 即維持TS不變，改變。在這種調(diào)壓方式中，輸出電壓波形的周期是不變的，因此輸出諧波的頻率也不變，這使得濾波器的設(shè)計(jì)容易。3.1 直流變換電路的工作(gngzu)原理共六十九頁(yè) 3.1 直流變換電路的工作原理 3.2 降壓(jin y)變換電路 3.3 升壓變換電路 3.4 升降壓變換電路 3.5 庫(kù)克變換電路 3.6 帶隔離變壓器的直流變換器 3.7 直流變換電路的PWM控制技術(shù) 第3章 直流變換(binhun)電路

5、 共六十九頁(yè)3.2 降壓(jin y)變換電路原理圖 續(xù)流二極管全控型電力(dinl)器件輸入直流電壓濾波電感濾波電容負(fù)載共六十九頁(yè)導(dǎo)通期間（ton ）：電力開(kāi)關(guān)(kigun)器件導(dǎo)通，電感蓄能，二極管D反偏。等效電路如圖3.2.1 (b)所示 ；關(guān)斷期間（toff）：電力開(kāi)關(guān)器件斷開(kāi)，電感釋能，二極管D導(dǎo)通續(xù)流。等效電路如3.2.1(c)所示；圖3.2.1 降壓(jin y)電路及其波形圖3.2 降壓變換電路共六十九頁(yè) 3.2.1 電感電流連續(xù)(linx)時(shí)工作特性Buck變換器有兩種可能的運(yùn)行工況：（1）電感電流連續(xù)模式 CCM(Continuous Current Mode)： 指電感電

6、流在整個(gè)開(kāi)關(guān)周期(zhuq)中都不為零；（2）電感電流斷流模式 DCM（Discontinuous Current Mode）：指在開(kāi)關(guān)管T阻斷期間內(nèi)經(jīng)二極管續(xù)流的電感電流已降為零。二者的臨界：稱為電感電流臨界連續(xù)狀態(tài)：指開(kāi)關(guān)管阻斷期結(jié)束時(shí)，電感電流剛好降為零。共六十九頁(yè)電感中的電流iL是否(sh fu)連續(xù)，取決于開(kāi)關(guān)頻率、濾波電感L和電容C的數(shù)值。圖3.2.2 電感(din n)電流波形圖 Buck變換器的可能運(yùn)行情況：電感電流連續(xù)模式電感電流臨界連續(xù)狀態(tài)電感電流斷流模式 3.2.1 電感電流連續(xù)時(shí)工作特性共六十九頁(yè)1.電流(dinli)連續(xù)時(shí)只有兩種開(kāi)關(guān)狀態(tài)(2) 開(kāi)關(guān)狀態(tài)(zhungt

7、i)2：T管阻斷, D管導(dǎo)通(1) 開(kāi)關(guān)狀態(tài)1：T管導(dǎo)通,D管阻斷共六十九頁(yè)2. 變壓比、導(dǎo)通比的定義(dngy) 變壓比與電路(dinl)結(jié)構(gòu)和導(dǎo)通比都有關(guān)系，它們之間的關(guān)系可用多種方法推導(dǎo)。由此了解電力電子電路(dinl)的分析方法導(dǎo)通比（占空比）：變壓比 ：共六十九頁(yè)用電感(din n)電流表達(dá)式求變壓比T導(dǎo)通、D截止(jizh)T 截止、 D導(dǎo)通穩(wěn)態(tài)時(shí)：共六十九頁(yè)3.2.2 電感(din n)電流斷流時(shí)工作特性1. 三種開(kāi)關(guān)狀態(tài)和變壓比2. 臨界負(fù)載電流3. BUCK變換器輸出電壓(diny)外特性共六十九頁(yè)第三種狀態(tài)(zhungti) :T、D都截止。變壓比1.三種(sn zhn)開(kāi)

8、關(guān)狀態(tài)和變壓比共六十九頁(yè)臨界(ln ji)連續(xù)時(shí)：2. 臨界(ln ji)負(fù)載電流共六十九頁(yè)3. Buck變換器輸出(shch)電壓外特性變換器的變壓比（或輸出電壓）與占空比和負(fù)載電流的函數(shù)關(guān)系稱為外特性。電感電流連續(xù)時(shí)，變壓比等于(dngy)占空比，輸出電壓與負(fù)載電流無(wú)關(guān)。控制特性是線性的。在電感電流斷流的情況下，變壓比M為(3-21)式，控制特性是非線性的。外特性從線形到非線形的轉(zhuǎn)折點(diǎn)由臨界負(fù)載電流確定。共六十九頁(yè)濾波器電抗(dinkng)對(duì)諧波的阻抗為： L濾波器電容對(duì)諧波(xi b)的阻抗為：1/C如果：各諧波經(jīng)過(guò)濾波器后幾乎衰減為零。直流量通過(guò)濾波器時(shí)其大小不受任何影響。濾波共六十九

9、頁(yè)輸出(shch)紋波電壓： 在Buck電路中，如果濾波電容C的容量足夠大，則輸出電壓U0為常數(shù)。然而在電容C為有限值的情況下，直流輸出電壓將會(huì)有紋波成份。其中f為buck電路的開(kāi)關(guān)頻率， fc為電路的截止頻率。它表明通過(guò)選擇合適的L、C值，當(dāng)滿足fcf 時(shí)，可以限制輸出紋波電壓的大小，而且(r qi)紋波電壓的大小與負(fù)載無(wú)關(guān)。共六十九頁(yè)設(shè)計(jì)圖3.2(a)所示的Buck DC/DC變換器。電源電壓Vs=147220V，額定負(fù)載電流11A，最小負(fù)載電流1.1A，開(kāi)關(guān)頻率20KHz。要求輸出(shch)電壓Vo=110V；紋波小于1%。要求最小負(fù)載時(shí)電感電流不斷流。計(jì)算輸出濾波電感L和電容C，并選

10、取開(kāi)關(guān)管T和二極管D。例3.1共六十九頁(yè) 3.1 直流變換電路的工作原理 3.2 降壓變換電路 3.3 升壓(shn y)變換電路 3.4 升降壓變換電路 3.5 庫(kù)克變換電路 3.6 帶隔離變壓器的直流變換器 3.7 直流變換電路的PWM控制技術(shù) 第3章 直流變換(binhun)電路 共六十九頁(yè) 3.3 升壓(shn y)變換電路1) 定義(dngy)：直流輸出電壓的平均值高于輸入電壓的變換電路稱為升壓變換電路，又叫Boost電路。全控型電力器件開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能保持輸出電壓2）原理圖共六十九頁(yè)3）工作原理：ton工作期間：二極管反偏 截止，電感L儲(chǔ)能(ch nn)，電容C 給負(fù)載R提供能量。toff

11、工作期間：二極管 導(dǎo)通，電感L經(jīng)二極管給 電容充電，并向負(fù)載RL提 供能量。 3.3 升壓變換(binhun)電路圖3.3.1 升壓變換電路及其波形共六十九頁(yè)2. 變壓比和電壓、電流(dinli)基本關(guān)系理想(lxing)Boost變換器的變壓比T導(dǎo)通,D截止T 阻斷，D導(dǎo)通共六十九頁(yè)2. 變壓比和電壓、電流(dinli)基本關(guān)系 輸出電壓脈動(dòng)等于開(kāi)關(guān)管T導(dǎo)通期間電容(dinrng)C的電壓變化量，V0可近似地由下式確定理想Boost變換器輸出電壓紋波的大小共六十九頁(yè) T導(dǎo)通時(shí)為電感L儲(chǔ)能階段，此時(shí)電源不向負(fù)載提供能量，負(fù)載靠?jī)?chǔ)于電容C的能量維待工作。 T阻斷(z dun)時(shí)，電源和電感共同向

12、負(fù)載供電，同時(shí)給電容 C充電。 圖3.3.1 升壓變換電路(dinl)及其波形 總結(jié)：電感電流連續(xù)時(shí)Boost變換器的工作分為兩個(gè)階段: 3.3 升壓變換電路共六十九頁(yè)電感電流斷流(dun li)時(shí)工作特性三種開(kāi)關(guān)狀態(tài)和變壓比臨界負(fù)載電流Boost變換器輸出(shch)電壓外特性 3.3 升壓變換電路共六十九頁(yè)1.三種開(kāi)關(guān)(kigun)狀態(tài)與變壓比VG0, T管導(dǎo)通,D截止(jizh) 共六十九頁(yè)1.三種(sn zhn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)與變壓比VG=0, T管阻斷(z dun)，D導(dǎo)通共六十九頁(yè)1.三種(sn zhn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)與變壓比VG=0, T管阻斷(z dun)，D管截止 共六十九頁(yè)2. 臨界(ln ji)負(fù)載電流臨界負(fù)載(fzi)電流當(dāng)負(fù)載電流IOIOB,電感電流連續(xù)當(dāng)負(fù)載電流IO=IOB ,電感電流處于連續(xù)與斷流的邊界當(dāng)負(fù)載電流IOD輸出(shch)電壓 變壓比Buck電路Boost電路Cuk電路電流連續(xù)時(shí)電流不連續(xù)時(shí)共六十九頁(yè)內(nèi)容摘要第 3 章直流/直流變換器。*3.4 兩象限、四象限直流/直流變換器。(開(kāi)關(guān)型DC/DC變換電路/斬波器)。占空比的改變：通過(guò)改變ton 或TS來(lái)實(shí)現(xiàn)。2. 變壓比、導(dǎo)通比的定義。變壓比與電路結(jié)構(gòu)和導(dǎo)通比都有關(guān)系，它們之間的關(guān)系可用多種