第3章直流變換電路第二講

3.1

直流變換電路的工作原理

3.2降壓變換電路

3.3升壓變換電路

3.4升降壓變換電路

3.5庫克變換電路

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

直流變換電路

3.4升降壓變換電路1)概述：

升降壓變換電路（又稱Buck-boost電路）的輸出電壓平均值可以大于或小于輸入直流電壓，輸出電壓與輸入電壓極性相反，其電路原理圖如圖3.4.1(a)所示。它主要用于要求輸出與輸入電壓反相，其值可大于或小于輸入電壓的直流穩(wěn)壓電源。圖3.4.1升降壓變換電路原理圖3.4升降壓變換電路2）工作原理：①ton期間，二極管D反偏而關(guān)斷，電感儲(chǔ)能，濾波電容C向負(fù)載提供能量。

圖3.4.1升降壓變換電路及其工作波形(3.4.4)(3.4.1)②toff期間，當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)勢大小超過輸出電壓U0時(shí)，二極管D導(dǎo)通，電感經(jīng)D向C和RL反向放電，使輸出電壓的極性與輸入電壓相反。3.4升降壓變換電路2）工作原理：（續(xù)）在ton期間電感電流的增加量等于toff期間的減少量，得：

(3.4.5)由的關(guān)系，求出輸出電壓的平均值為：上式中，D為占空比，負(fù)號(hào)表示輸出與輸入電壓反相；當(dāng)D=0.5時(shí)，U0=Ud；當(dāng)0.5<D<1時(shí)，U0>Ud，為升壓變換；當(dāng)0≤D<0.5時(shí)，U0<Ud，為降壓變換。3）工作原理：（續(xù)）采用前幾節(jié)同樣的分析方法可得電感電流臨界連續(xù)時(shí)的負(fù)載電流平均值為：變換器的可能運(yùn)行情況：實(shí)際負(fù)載電流Io＞Iok時(shí)，電感電流連續(xù)。實(shí)際負(fù)載電流Io=Iok時(shí)，電感電流處于臨界連續(xù)(有斷流臨界點(diǎn))。實(shí)際負(fù)載電流Io＜Iok時(shí)，電感電流斷流。3.4升降壓變換電路(3.4.5)

3.1

直流變換電路的工作原理

3.2降壓變換電路

3.3升壓變換電路

3.4

升降壓變換電路

3.5庫克變換電路

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

直流變換電路

1）庫克(Cuk)變換電路屬升降壓型直流變換電路。2）電路的特點(diǎn)：輸出電壓極性與輸入電壓相反，出入端電流紋波小，輸出直流電壓平穩(wěn)，降低了對(duì)外部濾波器的要求。3.5庫克變換電路L1、L2儲(chǔ)能電感耦合電容快速恢復(fù)續(xù)流二極管濾波電容圖3.5.1（a）庫克(Cuk)變換電路原理圖3.5庫克變換電路圖3.5.1庫克電路及其等效電路和工作波形

晶閘管關(guān)斷晶閘管開通1）Cuk變換電路也有電流連續(xù)和斷流兩種工作情況，但這里不是指電感電流的斷流，而是指流過二極管D的電流連續(xù)或斷流。2）工作情況電流連續(xù)：在開關(guān)管T的關(guān)斷時(shí)間內(nèi)，二極管電流總是大于零。電流斷流：在開關(guān)管T的關(guān)斷時(shí)間內(nèi)，二極管電流在一段時(shí)間內(nèi)為零。臨界連續(xù)：二極管電流經(jīng)toff后，在下個(gè)開關(guān)周期TS的開通時(shí)刻二極管電流正好降為零。3.5庫克變換電路

3.1

直流變換電路的工作原理

3.2降壓變換電路

3.3升壓變換電路

3.4

升降壓變換電路

3.5庫克變換電路

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

直流變換電路

3.6帶隔離變壓器的直流變換器1）能使變換器的輸入電源與負(fù)載之間實(shí)現(xiàn)電氣隔離，提高變換器運(yùn)行的安全可靠性和電磁兼容性。

2）選擇變壓器的變比還可匹配電源電壓Ud與負(fù)載所需的輸出電壓Uo，能使直流變換器的占空比D數(shù)值適中而不至于接近于零或接近于l。

3）能設(shè)置多個(gè)二次繞組輸出幾個(gè)電壓大小不同的直流電壓。

1、引入變壓器作用：1）單端變換器：變換器只需一個(gè)開關(guān)管，變換器中變壓器的磁通只在單方向變化；

2）正激變換器：開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)電源將能量直接傳送至負(fù)載；

3）反激變換器：開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)電源將電能轉(zhuǎn)為磁能儲(chǔ)存在電感中，當(dāng)開關(guān)管阻斷時(shí)再將磁能變?yōu)殡娔軅魉偷截?fù)載；3.6帶隔離變壓器的直流變換器2、分類：3.6帶隔離變壓器的直流變換器3.6.1反激式變換器圖3.6.1反激式變換器電路與工作波形一般情況下，反激式變換器的工作占空比D要小于0.5。

反激式變換器工作在輸出電流連續(xù)的狀態(tài)下，輸出電壓UO為：(3.6.1)3.6帶隔離變壓器的直流變換器圖3.6.2正激式變換器電路變換器的輸出電壓為：該電路的占空比D不能超過0.5。3.6.2

正激式變換器(3.6.2)3.6帶隔離變壓器的直流變換器3.6.3

推挽式變換器（屬正激式變換器）圖3.6.3推挽式變換器電路其工作占空比必須保持小于0.5。3.6.4

半橋式變換器

3.6帶隔離變壓器的直流變換器圖3.6.4半橋變換電路原理圖圖3.6.5全橋變換電路

3.6.5全橋變換電路

3.6帶隔離變壓器的直流變換器

將半橋電路中的兩個(gè)電解電容C1和C2換成兩只開關(guān)管，并配上適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)器，即可組成圖3.6.5所示的全橋電路。3.1

直流變換電路的工作原理

3.2降壓變換電路

3.3升壓變換電路

3.4

升降壓變換電路

3.5庫克變換電路

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

直流變換電路

3.7

直流變換電路的PWM控制技術(shù)3.7.1直流PWM控制的基本原理圖3.7.1PWM波形載波調(diào)制信號(hào)1）PWM波形：將一個(gè)直流電壓分成N等份，并把每一等份所包圍的面積都用一個(gè)與其面積相等的等幅矩形脈沖來代替，得到的脈沖列；2）調(diào)制方法：等腰三角波上下寬度與高度成線性關(guān)系且左右對(duì)稱，當(dāng)它與任何一個(gè)光滑曲線相交時(shí)，即得到一組等幅而脈沖寬度正比該曲線函數(shù)值的矩形脈沖。

3.7.1直流PWM控制的基本原理圖3.7.1PWM波形調(diào)制信號(hào)載波3）直流PWM控制方式：用ug對(duì)直流變換電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，如果這些脈沖的頻率不變而寬度變化，經(jīng)過濾波器后就能得到大小可調(diào)的直流電壓。

調(diào)節(jié)直流調(diào)制信號(hào)ur的大小，就可以改變PWM波脈沖的寬度。3.7.1直流PWM控制的基本原理圖3.7.1PWM波形調(diào)制信號(hào)載波3.7直流變換電路的PWM控制技術(shù)

1、雙極性電壓開關(guān)PWM控制方式開關(guān)原理：直流控制電壓與三角波電壓比較產(chǎn)生兩組開關(guān)的PWM控制信號(hào):1)當(dāng)ur>uc時(shí)，T1和T4導(dǎo)通，T2和T3關(guān)斷；2)當(dāng)ur<uc時(shí)，開關(guān)T1、T4關(guān)斷，T2、T3導(dǎo)通。

圖3.6.5全橋變換電路

圖3.7.2雙極性電壓PWM控制方式

1、雙極性電壓開關(guān)PWM控制方式輸出電壓的平均值為：變換電路的輸出電壓可在-Ud到+Ud之間變化:1）時(shí)，U0=0；2）時(shí)，U0<0；

3）時(shí)，U0>0；3.7直流變換電路的PWM控制技術(shù)

1）在理想條件下，U0的大小和極性只受占空比D1的控制，而與輸出電流i0無關(guān)。

2）在這種控制方式中，輸出電壓的平均值U0隨控制信號(hào)ur線性變化。

3）這種電路平均輸出電流I0可正可負(fù)。在I0>0時(shí)，直流電源Ud向負(fù)載U0端傳送能量，在I0<0時(shí)，U0向Ud傳輸能量。1、雙極性電壓開關(guān)PWM控制方式

(3.7.6)3.7直流變換電路的PWM控制技術(shù)

總結(jié)：

電路在工作過程中，保持T4導(dǎo)通，T3關(guān)斷。

1）若>，

T1觸發(fā)導(dǎo)通，T2關(guān)斷,u0=Ud；

2)若<，

T2觸發(fā)導(dǎo)通，T1關(guān)斷，u0=0。2、單極性電壓開關(guān)PWM控制方式圖3.6.5全橋變換電路

3.7直流變換電路的PWM控制技術(shù)

2、單極性電壓開關(guān)PWM控制方式圖3.7.3單極性電壓開