電力電子技術(shù)課件變換器

電力電子技術(shù)課件變換器第一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日引言直流-直流變流電路（DC/DCConverter）包括直接直流變流電路和間接直流變流電路。

■直接直流變流電路◆也稱斬波電路（DCChopper）。

◆功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電。

◆一般是指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟?，這種情況下輸入與輸出之間不隔離。

■間接直流變流電路

◆在直流變流電路中增加了交流環(huán)節(jié)。◆在交流環(huán)節(jié)中通常采用變壓器實(shí)現(xiàn)輸入輸出間的隔離，因此也稱為直—交—直電路。

第二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日

第4章DC-DC變換器

直流變換電路定義：利用電力開關(guān)器件周期性的開通與關(guān)斷來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。(開關(guān)型DC/DC變換電路/斬波器)。直流變換電路分類：

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)、庫克變換電路(Cuk)和Sepic斬波電路和Zeta斬波電路。直流變換電路隔離方式：在直流開關(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。第三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.1直流變換電路的工作原理工作原理：圖中T是可控開關(guān)，R為純阻性負(fù)載。在時(shí)間內(nèi)當(dāng)開關(guān)T接通時(shí)，電流經(jīng)負(fù)載電阻R流過，R兩端就有電壓；在時(shí)間內(nèi)開關(guān)T斷開時(shí)，R中電流為零，電壓也變?yōu)榱恪?/p>

電路中開關(guān)的占空比TS為開關(guān)T的工作周期，ton為導(dǎo)通時(shí)間。由波形圖可得到輸出電壓平均值為

若認(rèn)為開關(guān)T無損耗，則輸入功率為輸出電壓平均值的改變：因?yàn)镈是0～1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：通過改變ton

或TS來實(shí)現(xiàn)。

基本的斬波器電路及其負(fù)載波形

第四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日直流變換電路的常用工作方式主要有兩種：①脈沖頻率調(diào)制(PFM)工作方式：即維持導(dǎo)通時(shí)間不變，改變工作周期。在這種調(diào)壓方式中，由于輸出電壓波形的周期是變化的，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。②脈寬調(diào)制(PWM)工作方式：即維持工作周期不變，改變導(dǎo)通時(shí)間。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。4.1直流變換電路的工作原理第五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.1非隔離型DC-DC變換器

4.1.1Buck變換器

4.1.2Boost變換器

4.1.3Buck-Boost變換器

4.1.4

Cuk斬波電路

4.1.5Sepic斬波電路和Zeta斬波電路第六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.1.1Buck變換器原理圖

續(xù)流二極管全控型電力器件輸入直流電壓濾波電感濾波電容負(fù)載第七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.1.1Buck變換器導(dǎo)通期間（ton）：電力開關(guān)器件導(dǎo)通，電感蓄能，二極管D反偏等效電路如圖(b)所示；關(guān)斷期間（toff）：電力開關(guān)器件斷開，電感釋能，二極管D導(dǎo)通續(xù)流。等效電路如圖(c)所示；由波形圖(b)可以計(jì)算出輸出電壓的平均值為：

降壓電路及其波形圖

忽略器件功率損耗，即輸入輸出電流關(guān)系為：第八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日電感中的電流iL是否連續(xù)，取決于開關(guān)頻率、濾波電感L和電容C的數(shù)值。4.1.1Buck變換器電感電流波形圖

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)電感電流斷流模式第九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.1.1Buck變換器電感電流iL連續(xù)模式：在ton期間:電感上的電壓為

由于電感L和電容C無損耗，因此iL從I1線性增長至I2，上式可以寫成式中△IL=I2－I1為電感上電流的變化量，UO為輸出電壓的平均值。第十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.1.1Buck變換器(3.2.8)電感電流iL連續(xù)模式：在toff期間:假設(shè)電感中的電流iL從I2線性下降到I1，則有根據(jù)式(3.2.4)、(3.2.5)可求出開關(guān)周期ＴS為上式中△IL為流過電感電流的峰－峰值，最大為I2，最小為I1。電感電流一周期內(nèi)的平均值與負(fù)載電流IO相等，即同時(shí)代入關(guān)系式△IL=I2－I1可得第十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日電感電流iL臨界連續(xù)狀態(tài)：變換電路工作在臨界連續(xù)狀態(tài)時(shí)，即有I1=0，由可得維持電流臨界連續(xù)的電感值L0為：即電感電流臨界連續(xù)時(shí)的負(fù)載電流平均值為：

式中IOB為電感電流臨界連續(xù)時(shí)的負(fù)載電流平均值。

總結(jié)：臨界負(fù)載電流IOB與輸入電壓Ud、電感L、開關(guān)頻率f以及開關(guān)管T的占空比D都有關(guān)。當(dāng)實(shí)際負(fù)載電流Io＞IOB時(shí)，電感電流連續(xù)；當(dāng)實(shí)際負(fù)載電流Io=IOB時(shí)，電感電流處于連續(xù)（有斷流臨界點(diǎn)）;當(dāng)實(shí)際負(fù)載電流Io＜IOB時(shí)，電感電流斷流；4.1.1Buck變換器第十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日輸出紋波電壓：

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。電流連續(xù)時(shí)的輸出電壓紋波為

其中f為buck電路的開關(guān)頻率，fc為電路的截止頻率。

它表明通過選擇合適的L、C值，當(dāng)滿足fc＜＜f時(shí)，可以限制輸出紋波電壓的大小，而且紋波電壓的大小與負(fù)載無關(guān)。4.1.1Buck變換器第十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.1.1Buck變換器

紋波電壓的定義簡單講：紋波就是一個(gè)直流電壓中的交流成分。直流電壓本來應(yīng)該是一個(gè)固定的值，但是很多時(shí)候它是通過交流電壓整流、濾波后得來的，由于濾波不干凈，就會(huì)有剩余的交流成分，即使是用電池供電也會(huì)因負(fù)載的波動(dòng)而產(chǎn)生紋波。事實(shí)上，即便是最好的基準(zhǔn)電壓源器件，其輸出電壓也是有紋波的。狹義上的紋波電壓，是指輸出直流電壓中含有的工頻交流成分。我國工頻頻率是50Hz，所以紋波電壓以工頻50Hz或50Hz的整數(shù)倍計(jì)取。具體取50Hz還是50Hz的倍數(shù)，取決于整流電路的類型。對(duì)于半波整流，取50Hz；對(duì)于全波整流，取50Hz的2倍即100Hz；對(duì)于三相半波整流，取50Hz的3倍即150Hz；對(duì)于三相全波整流，取50Hz的6倍即300Hz。對(duì)于日本、美國等國家，使用60Hz工頻，計(jì)取方式只需把上述的50改為60即可。紋波電壓通常用有效值或峰值表示。第十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.1.1Buck變換器

紋波電壓的危害1、容易在用設(shè)備中產(chǎn)生不期望的諧波，而諧波會(huì)產(chǎn)生較多的危害；2、降低了電源的效率；3、較強(qiáng)的紋波會(huì)造成浪涌電壓或電流的產(chǎn)生，導(dǎo)致燒毀用設(shè)備。4、會(huì)干擾數(shù)字電路的邏輯關(guān)系，影響其正常工作；5、會(huì)帶來噪音干擾，使圖像設(shè)備、音響設(shè)備不能正常工作。

紋波電壓的抑制方法

1、在成本、體積允許的情況下，盡可能采用全波或三相全波整流電路；2、加大濾波電路中電容容量，條件許可時(shí)使用效果更好的LC濾波電路；3、使用效果好的穩(wěn)壓電路，對(duì)紋波抑制要求很高的地方使用模擬穩(wěn)壓電源而不使用開關(guān)電源；4、合理布線。第十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.1.2Boost變換器定義：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。全控型電力器件開關(guān)儲(chǔ)能保持輸出電壓原理圖第十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日工作原理：ton工作期間：二極管反偏截止，電感L儲(chǔ)能，電容C給負(fù)載R提供能量。toff工作期間：二極管Ｄ導(dǎo)通，電感L經(jīng)二極管Ｄ給電容充電，并向負(fù)載RL提供能量?？傻茫菏街姓伎毡菵=ton/TS，當(dāng)D=0時(shí)，U0=Ud，但D不能為1，因此在0≤D＜1的變化范圍內(nèi)Uo≥Ud

4.1.2Boost變換器

升壓變換電路及其波形第十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日

①T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)載靠儲(chǔ)于電容C的能量維待工作。②T阻斷時(shí)，電源和電感共同向負(fù)載供電，同時(shí)給電容C充電。

升壓變換電路及其波形

4.1.2Boost變換器

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:

第十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日Boost變換器的可能運(yùn)行情況：根據(jù)在理想狀態(tài)下，電路的輸出功率等于輸入功率，參考降壓變換電路的計(jì)算方法，可得電感電流臨界連續(xù)時(shí)的負(fù)載電流平均值為：當(dāng)實(shí)際負(fù)載電流Io＞IOB時(shí)，電感電流連續(xù)。當(dāng)實(shí)際負(fù)載電流Io=IOB時(shí),電感電流處于臨界連續(xù)(有斷流臨界點(diǎn))。當(dāng)實(shí)際負(fù)載電流Io＜IOB時(shí)，電感電流斷流。

4.1.2Boost變換器第十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日③沒有電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)的Boost變換器不宜在輸出端開路情況下工作：因?yàn)榉€(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，開關(guān)管T導(dǎo)通期間()電源輸入到電感L中的磁能，在T截止期間通過二極管D轉(zhuǎn)移到輸出端，如果負(fù)載電流很小，就會(huì)出現(xiàn)電流斷流情況。如果負(fù)載電阻變得很大，負(fù)載電流太小，這時(shí)若占空比D仍不減小、ton不變、電源輸入到電感的磁能必使輸出電壓不斷增加。4.1.2Boost變換器總結(jié)：①Boost電路對(duì)電源的輸人電流（也即通過二極管D的電流）就是升壓電感L電流，電流平均值為：I0=(I2-I1)/2。②實(shí)際中，選擇電感電流的增量△IL時(shí)，應(yīng)使電感的峰值電流Id+△IL不大于最大平均直流輸入電流Id的20%，以防止電感L飽和失效。④Boost變換器的效率很高，一般可達(dá)92%以上。第二十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.1.2Boost變換器ttTEiOOi1i2I10I20I10tontoffuotOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI20a)b)

用于直流電動(dòng)機(jī)回饋能量的升壓斬波電路及其波形a）電路圖b）電流連續(xù)時(shí)c）電流斷續(xù)時(shí)

■典型應(yīng)用

◆一是用于直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，二是用作單相功率因數(shù)校正（PowerFactorCorrection—PFC）電路，三是用于其他交直流電源中。

◆以用于直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)為例

?在直流電動(dòng)機(jī)再生制動(dòng)時(shí)把電能回饋給直流電源。

?電動(dòng)機(jī)電樞電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作狀態(tài)。

?直流電源的電壓基本是恒定的，不必并聯(lián)電容器。

?基于分時(shí)段線性電路思想，電流連續(xù)時(shí)得L為無窮大時(shí)電樞電流的平均值Io為其中β為變壓比的倒數(shù)。第二十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.1.3Buck-Boost變換器概述：

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。升降壓變換電路原理圖第二十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.1.3Buck-Boost變換器工作原理：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。

升降壓變換電路及其工作波形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。第二十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.1.3Buck-Boost變換器

在ton期間電感電流的增加量等于toff期間的減少量，得：

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。第二十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日采用前幾節(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＜IOB時(shí)，電感電流連續(xù)。實(shí)際負(fù)載電流Io=IOB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＞IOB時(shí)，電感電流斷流。

4.1.3Buck-Boost變換器第二十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日庫克(Cuk)變換電路屬升降壓型直流變換電路。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。4.1.4Cuk斬波電路L1、L2儲(chǔ)能電感耦合電容快速恢復(fù)續(xù)流二極管濾波電容庫克(Cuk)變換電路原理圖第二十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.1.4Cuk斬波電路庫克電路及其等效電路和工作波形

晶閘管關(guān)斷晶閘管開通第二十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日

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。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。4.1.4Cuk斬波電路第二十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.1.4Cuk斬波電路基本結(jié)構(gòu)Cuk斬波電路及其等效電路a）電路圖b）等效電路

■基本結(jié)構(gòu)Cuk斬波電路（無濾波電容）

◆工作原理

?V導(dǎo)通時(shí)，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路分別流過電流。

?V關(guān)斷時(shí)，E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路分別流過電流。

?輸出電壓的極性與電源電壓極性相反?！艋镜臄?shù)量關(guān)系

?C的電流在一周期內(nèi)的平均值應(yīng)為零，即第二十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.1.4Cuk斬波電路電源電流id和負(fù)載電流io的平均值分別為Id和Io從而可得?由L1和L2的電壓平均值為零，可得出輸出電壓Uo與電源電壓E的關(guān)系◆與升降壓斬波電路相比，Cuk斬波電路有一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)，其輸入電源電流和輸出負(fù)載電流都是連續(xù)的，且脈動(dòng)很小，有利于對(duì)輸入、輸出進(jìn)行濾波。所以有第三十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日5.1.4Sepic斬波電路和Zeta斬波電路■Sepic斬波電路

◆工作原理

?V導(dǎo)通時(shí)，E—L1—V回路和C1—V—L2回路同時(shí)導(dǎo)電，L1和L2貯能。

?V關(guān)斷時(shí)，E—L1—C1—VD—負(fù)載回路及L2—VD—負(fù)載回路同時(shí)導(dǎo)電，此階段E和L1既向負(fù)載供電，同時(shí)也向C1充電（C1貯存的能量在V處于通態(tài)時(shí)向L2轉(zhuǎn)移）。

◆輸入輸出關(guān)系

Sepic斬波電路

第三十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日5.1.4Sepic斬波電路和Zeta斬波電路■Zeta斬波電路

◆工作原理

?V導(dǎo)通時(shí)，電源E經(jīng)開關(guān)V向電感L1貯能。

?V關(guān)斷時(shí)，L1－VD－C1構(gòu)成振蕩回路，

L1的能量轉(zhuǎn)移至C1，能量全部轉(zhuǎn)移至C1上之后，VD關(guān)斷，C1經(jīng)L2向負(fù)載供電。

◆輸入輸出關(guān)系為■兩種電路具有相同的輸入輸出關(guān)系，Sepic電路中，電源電流連續(xù)但負(fù)載電流斷續(xù)，有利于輸入濾波，反之，Zeta電路的電源電流斷續(xù)而負(fù)載電流連續(xù)；兩種電路輸出電壓為正極性的。

Zeta斬波電路

第三十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.2

帶隔離的DC-DC變換器

4.2.1

反激電路

4.2.2

正激電路

4.2.3

半橋電路4.2.4

全橋電路

4.2.5

推挽電路

第三十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.2帶隔離的DC-DC變換器·引言間接直流變流電路的結(jié)構(gòu)■同直流斬波電路相比，電路中增加了交流環(huán)節(jié)，因此也稱為直—交—直電路?！霾捎眠@種結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的電路來完成直流—直流的變換有以下原因

◆輸出端與輸入端需要隔離。

◆某些應(yīng)用中需要相互隔離的多路輸出。

◆輸出電壓與輸入電壓的比例遠(yuǎn)小于1或遠(yuǎn)大于1?！艚涣鳝h(huán)節(jié)采用較高的工作頻率，可以減小變壓器和濾波電感、濾波電容的體積和重量?！鲩g接直流變流電路分為單端(SingleEnd)和雙端(DoubleEnd)電路兩大類，在單端電路中，變壓器中流過的是直流脈動(dòng)電流，而雙端電路中，變壓器中的電流為正負(fù)對(duì)稱的交流電流，正激電路和反激電路屬于單端電路，半橋、全橋和推挽電路屬于雙端電路。

第三十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.2.1

反激電路SuSiSiVDtontoffttttUiOOOO

反激電路原理圖

反激電路的理想化波形■反激電路

◆工作過程

?S開通后，VD處于斷態(tài)，W1繞組的電流線性增長，電感儲(chǔ)能增加。

?S關(guān)斷后，W1繞組的電流被切斷，變壓器中的磁場能量通過W2繞組和VD向輸出端釋放，電壓為。

◆工作模式

?當(dāng)S開通時(shí)，W2繞組中的電流尚未下降到零，則稱工作于電流連續(xù)模式，輸出輸入電壓關(guān)系為

?S開通前，W2繞組中的電流已經(jīng)下降到零，則稱工作于電流斷續(xù)模式，此時(shí)輸出電壓高于上述公式的計(jì)算值，在負(fù)載為零的極限情況下，，所以應(yīng)該避免負(fù)載開路狀態(tài)。第三十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.2.2

正激電路SuSiLiSOttttUiOOO正激電路的原理圖

正激電路的理想化波形■正激電路(Forward)

◆工作過程

?開關(guān)S開通后，變壓器繞組W1兩端的電壓為上正下負(fù)，與其耦合的W2繞組兩端的電壓也是上正下負(fù)，因此VD1處于通態(tài)，VD2為斷態(tài)，電感L的電流逐漸增長。

?S關(guān)斷后，電感L通過VD2續(xù)流，VD1關(guān)斷。變壓器的勵(lì)磁電流經(jīng)N3繞組和VD3流回電源，所以S關(guān)斷后承受的電壓為。第三十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.2.2

正激電路磁心復(fù)位過程◆變壓器的磁心復(fù)位

?開關(guān)S開通后，變壓器的激磁電流由零開始，隨時(shí)間線性的增長，直到S關(guān)斷，導(dǎo)致變壓器的激磁電感飽和。

?必須設(shè)法使激磁電流在S關(guān)斷后到下一次再開通的時(shí)間內(nèi)降回零，這一過程稱為變壓器的磁心復(fù)位。?變壓器的磁心復(fù)位所需的時(shí)間為◆輸出電壓

?輸出濾波電感電流連續(xù)時(shí)?輸出電感電流不連續(xù)時(shí)，在負(fù)載為零的極限情況下第三十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.2.3半橋電路

半橋電路原理圖半橋電路的理想化波形■半橋電路

◆工作過程

?S1與S2交替導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為Ui/2的交流電壓，改變開關(guān)的占空比，就可以改變二次側(cè)整流電壓ud的平均值，也就改變了輸出電壓Uo。

?S1導(dǎo)通時(shí)，二極管VD1處于通態(tài)，S2導(dǎo)通時(shí)，二極管VD2處于通態(tài)，當(dāng)兩個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，變壓器繞組N1中的電流為零，VD1和VD2都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。

?S1或S2導(dǎo)通時(shí)電感L的電流逐漸上升，兩個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，電感L的電流逐漸下降，S1和S2斷態(tài)時(shí)承受的峰值電壓均為Ui。

第三十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.2.3半橋電路?由于電容的隔直作用，半橋電路對(duì)由于兩個(gè)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱而造成的變壓器一次側(cè)電壓的直流分量有自動(dòng)平衡作用，因此不容易發(fā)生變壓器的偏磁和直流磁飽和?！糨敵鲭妷?/p>

?濾波電感L的電流連續(xù)時(shí)

?輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓Uo將高于式上述公式的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下第三十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.2.4全橋電路S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO

全橋電路原理圖

全橋電路的理想化波形■全橋電路

◆工作過程

?全橋電路中，互為對(duì)角的兩個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，同一側(cè)半橋上下兩開關(guān)交替導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為Ui的交流電壓，改變占空比就可以改變輸出電壓。

?當(dāng)S1與S4開通后，VD1和VD4處于通態(tài)，電感L的電流逐漸上升。?當(dāng)S2與S3開通后，VD2和VD3處于通態(tài)，電感L的電流也上升。

?當(dāng)4個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，4個(gè)二極管都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電感電流，電感L的電流逐漸下降，S1和S2斷態(tài)時(shí)承受的峰值電壓均為Ui。第四十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.2.4

全橋電路?如果S1、S4與S2、S3的導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱，則交流電壓uT中將含有直流分量，會(huì)在變壓器一次側(cè)產(chǎn)生很大的直流分量，造成磁路飽和，因此全橋電路應(yīng)注意避免電壓直流分量的產(chǎn)生，也可在一次側(cè)回路串聯(lián)一個(gè)電容，以阻斷直流電流。

?為避免同一側(cè)半橋中上下兩開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，每個(gè)開關(guān)的占空比不能超過50%，還應(yīng)留有裕量。◆輸出電壓

?濾波電感電流連續(xù)時(shí)?輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓Uo將高于式上述公式的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下第四十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.2.5推挽電路S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO

推挽電路原理圖

推挽電路的理想化波形■推挽電路

◆工作過程

?推挽電路中兩個(gè)開關(guān)S1和S2交替導(dǎo)通，在繞組N1和N’1兩端分別形成相位相反的交流電壓。

?S1導(dǎo)通時(shí)，二極管VD1處于通態(tài)，電感L的電流逐漸上升，S2導(dǎo)通時(shí)，二極管VD2處于通態(tài)，電感L電流也逐漸上升。?當(dāng)兩個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，VD1和VD2都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流，S1和S2斷態(tài)時(shí)承受的峰值電壓均為2倍Ui。

第四十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日4.2.5推挽電路?如果S1和S2同時(shí)導(dǎo)通，就相當(dāng)于變壓器一次側(cè)繞組短路，因此應(yīng)避免兩個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，每個(gè)開關(guān)各自的占空比不能超過50%。◆輸出電壓

?當(dāng)濾波電感L的電流連續(xù)時(shí)?輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓Uo將高于式上述公式的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下第四十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日電路優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)功率范圍應(yīng)用領(lǐng)域正激電路較簡單，成本低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡單變壓器單向激磁，利用率低幾百W~幾kW各種中、小功率電源反激電路非常簡單，成本很低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡單難以達(dá)到較大的功率，變壓器單向激磁，利用率低幾W~幾十W小功率電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備、消費(fèi)電子設(shè)備電源。全橋變壓器雙向勵(lì)磁，容易達(dá)到大功率結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，有直通問題，可靠性低，需要復(fù)雜的多組隔離驅(qū)動(dòng)電路幾百W~幾百kW大功率工業(yè)用電源、焊接電源、電解電源等半橋變壓器雙向勵(lì)磁，沒有變壓器偏磁問題，開關(guān)較少，成本低有直通問題，可靠性低，需要復(fù)雜的隔離驅(qū)動(dòng)電路幾百W~幾kW各種工業(yè)用電源，計(jì)算機(jī)電源等推挽變壓器雙向勵(lì)磁，變壓器一次側(cè)電流回路中只有一個(gè)開關(guān)，通態(tài)損耗較小，驅(qū)動(dòng)簡單有偏磁問題幾百W~幾kW低輸入電壓的電源4.2.5