第二章直流變換電路

第二章直流變換電路1第一頁，共四十七頁，2022年，8月28日

單向限電路雙向限電路四象限電路3.均為一個方向和其中之一改變方向

均改變方向4.單相電路:只有一個電路m相電路:有m個基本電路,采用時分復(fù)用的方法二.理想直流變換應(yīng)具備的性能1.輸入輸出端的電壓均為平滑直流,無交流諧波分量2.輸出阻抗為零3.快速動態(tài)響應(yīng),抑制能力強4.高效率小型化第二頁，共四十七頁，2022年，8月28日3.1.Driving:電車,地鐵,電動汽車,火車3.2.直流電機調(diào)速系統(tǒng),3.3.照明,氙燈ballast3.4.switchingpowersupply,Eg.Adapter,VRM四.Typicaltopologies:Buck,Boost,Buck-Boost,Cuk三.Application第三頁，共四十七頁，2022年，8月28日第二節(jié):單象限降壓型電路一.電路T是全控元件(GTR,GTO,MOSFET,IGBT),當(dāng)時,T導(dǎo)通D:續(xù)流二極管L0和C0組成LPF第四頁，共四十七頁，2022年，8月28日第五頁，共四十七頁，2022年，8月28日二.工作原理當(dāng)時,控制信號使得T導(dǎo)通,D截止,向L0充磁,向C0充電當(dāng)時,T截止,D續(xù)流,U0靠C0放電和L0中電流下降維持三.假設(shè):1.T,D均為理想器件2.L0較大,使得在一個周期內(nèi)電流連續(xù)且無內(nèi)阻3.直流輸出電壓U0為恒定4.整個電路無功耗5.電路已達穩(wěn)態(tài)第六頁，共四十七頁，2022年，8月28日四.電路各點的波形第七頁，共四十七頁，2022年，8月28日五.電路分析1.電感電流iL表達式當(dāng)儲能(1)當(dāng)時,達到最大值,(2)當(dāng)時,放能(3)當(dāng)時,達到最小值(4)由于電路達到了穩(wěn)態(tài),第八頁，共四十七頁，2022年，8月28日所以(2)式改寫為:(5)2.伏秒平衡定律的證明：電流增量：由式（4）得到：（6）所以有得：這就是電感的伏秒平衡，實際是對的積分，即平均值為零平均電流(7)(8)(9)第九頁，共四十七頁，2022年，8月28日3.輸出電壓增益輸出電壓平均值輸入電壓平均值由(8)式得:(10)當(dāng)D改變,U0改變4.輸入電流平均值Id輸入功率電流輸出電壓輸出電流第十頁，共四十七頁，2022年，8月28日5.輸出電壓紋波分析當(dāng)?shù)珵橛邢拗惦姼须娏麟娙蓦娏髫?fù)載電流情況1:C充電情況2:C放電第十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日當(dāng)時,電容充電,其電荷量為Q實際上就是圖中的陰影部分的面積在時,陰影部分的面積為:在時,陰影部分的面積為:第十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日把式(7)代入上式得:所以當(dāng)與給定后當(dāng)最大時,用,的最大值為第十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日6.保持電流連續(xù)的臨界電感值由的圖形可知,由(7)式可知當(dāng)時,電流處于臨界連續(xù)狀態(tài)當(dāng)取最大值時,當(dāng)時,處于連續(xù)狀態(tài)第十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日六.電流斷續(xù)時的狀況1.求Av根據(jù)伏秒平衡律:2.求Dp平均電流:DTTDTDpT第十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日解得:第十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日七、TypicalApplicationsBuckThreePhasesInvertersACmotor交流調(diào)速系統(tǒng)BuckSignalPhasesInvertersHidLampilluminingsystemBuckLowv/highILoadSwitchingpowersupplesystem二次電源BuckHighV/LowILoadSwitchingpowersupplesystem一次電源第十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日作業(yè)1，比較CCM和DCM工作時，電壓增益和電流增益公式，電感上電壓的差別。2，試述CCM和DCM工作的優(yōu)缺點。3，試述伏秒平衡和電荷平衡定律。4，畫出電容器高頻等效電路，并說明其頻率特性。第十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日第三節(jié):單象限升壓型直流變換電路一.電路二.工作原理當(dāng)三.連續(xù)模型分析1.直流增益Av根據(jù)伏秒平衡律:第十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日說明:1)所以是升壓電路

2)可以調(diào)壓TwoModes:能量的傳輸Mode1:0<t<DT,TisonDisoff,thecurrentiLincrease,theequivalentcircuitMode2:DT<t<T,Tisoff,Dison,thecurrentiLdecrease,theequivalentcircuitTheenergyin DCsourceLLoadCTheenergyinLLoadC第二十頁，共四十七頁，2022年，8月28日2.電流增益根據(jù)無耗網(wǎng)絡(luò)的定義:3.電流的分析當(dāng)當(dāng)當(dāng)電荷平衡第二十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日平均電流所以同理可得:4.波形:第二十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日5.考慮電感時的情況求平均輸入電阻第二十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日6.TypicalApplications(1)BoosttypePFCAcinput90~260VUnder500W/DCM500~5000WPFCOver500W/CCMBoosttypePFCThreePhaseAcinputLoadThreephasesPFCBoosttypePFCAcinput90~260V400vDCBUSUniversalLinePowerSupplyBoosttypeAcinput90~260VInverterUPSBatteryUninterruptablePowerSupplyUnionPostService第二十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日6.TypicalApplications(2)

SolarenergyLightingBoosttypePhoto-BatteryInverterHMLampBoosttypeBattery12v400vDCBUS

Car’sLightingInverterHMLamphomework‘s:1.todesignaBuckconverteranddosimulation.Specification:f=25KHz,Ui=300v,Uo=150v,Io=6A,Io=1A,Upp=10v;2.todesignaBoostconverter.Specification:f=100KHz,Ui=150v,Uo=300v,Io=6A,IL=1A,Upp=10v;第二十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日第四節(jié):單象限升/降壓直流變換電路(Buck-Boost)一.電路輸入和輸出反相二.工作原理:在T導(dǎo)通時,D截止,電源向Ld輸送能量,輸出電壓是靠C0的放電保持基本不變;在T/off時,Don,把存放在中的能量釋放給負(fù)載和電容三.連續(xù)模型的分析方法1.電壓增益根據(jù)伏秒平衡律:第二十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日1>1<12.輸入電流脈動輸入電流增量:輸入電感電流的最大值:由無耗性可知:第二十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日3.輸出電壓的脈動值當(dāng)VTon,VDoff時,電容C0放電維持輸出電壓選大電容可以消除U0的脈動4.考慮rL的影響若的紋波很小時,平均值與有效值相等第二十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日在求均值時,電感短路,電容開路,所以:作業(yè)：計算T和D的耐壓。第二十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日第五節(jié):單象限的CUK電路一.CUK電路的特點:1.輸入,輸出電流皆沒有脈動,只是在直流成分的基礎(chǔ)上附加了一個不大的開關(guān)紋波2.電壓增益3.開關(guān)晶體管發(fā)射極接地4.輸入輸出電壓反向二.CUK電路第三十頁，共四十七頁，2022年，8月28日三.工作原理:這個電路的關(guān)鍵是靠C1傳輸能量在期間,VT/off,Vd/on,輸入電路:把L1中的存能送給C1,給C1充電,L1,L2中的能量均是減小的輸出電路:靠L2,C2中的存能維持輸出電壓基本不變在期間,VT/on,Vd/off,輸入電路:Ud給L1充磁,輸出電路:Uc1給L2充磁L1,L2中的能量均是增加的VToff,VDon

等效電路VTon,VDoff

等效電路第三十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日四.電路分析(連續(xù)模型)1.均值等效電路所以電感兩端的均值電壓為0,相當(dāng)于虛短所以電容中的電流的均值為0,相當(dāng)于虛斷第三十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日2.CUK均值等效電路3.電壓增益L1電壓的瞬時值:若C1,C2較大,認(rèn)為電壓恒定即:所以:<2><1>第三十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日L2電壓的瞬態(tài)值:（3）結(jié)論:如果（4）根據(jù)伏秒平衡律:(5)第三十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日CUK:Boost:Buck:所以Buck-Boost及Cuk的增益為Buck與Boost增益的積電流增益:(6)4.輸出，入端電流脈動入端:出端:(7)(8)第三十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日上式說明:如果如果式（7)和式(8)相除得:上式再次證明了的結(jié)論輸入電流的最大值:輸出電流的最大值:(9)(10)VT電流最大值,第三十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日注意:的最大值發(fā)生在與的最大值同時發(fā)生5.波形(自己畫)第三十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日6.考慮L1,L2內(nèi)阻的分析均值等效電路令第三十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日第六節(jié):雙象限直流電壓變換電路一.雙象限電路的分類<一>輸出電流平均值I0極性可變原理:當(dāng),當(dāng)輸出電流:負(fù)載等效電壓:輸出電壓:恒大于零應(yīng)用:負(fù)載為直流電機時,構(gòu)成具有再生制動力的不可逆調(diào)速系統(tǒng)正轉(zhuǎn)(減速運行)正轉(zhuǎn)制動力第三十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日典型電路:1)Buck與Boost組合電路,工作在Buck電路時,電源向負(fù)載傳輸能量,

工作在Boost電路時,負(fù)載向電源反饋能量2)雙向CUK電路分析輸出電壓均用正向傳輸電路;分析輸出電流<二>輸出電壓U0極性可變電路原理:靠改變占空比改變U0的極性應(yīng)用負(fù)載為電機時,構(gòu)成可逆調(diào)速系統(tǒng)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)制動典型電路:雙管正激電路<三>電機負(fù)載下輸出電壓和輸出電流的分析方法第四十頁，共四十七頁，2022年，8月28日1.等效電路:2.求E值.在穩(wěn)態(tài)時,令3.求的均值U0是根據(jù)開關(guān)電路決定4.求的表達式令R=0,根據(jù)的瞬態(tài)表達式+-第四十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日第七節(jié):四象限橋式直流變換電路一.四象限橋式直流變換電路概述1.應(yīng)用具有摩擦負(fù)載的可逆直流調(diào)速系統(tǒng)2.優(yōu)點:以DC-DC原理實現(xiàn)的直流變換電路,具有網(wǎng)絡(luò)側(cè)功率因數(shù)高,

響應(yīng)速度快3.分類:全橋電路半橋電路單極性電路雙極性電路同頻電路倍頻電路4.雙極性電路:指在一個斬波周期內(nèi),輸出電壓只有一個極性變換