電力電子技術(shù)第九章

第九章內(nèi)容小結(jié)1要求：

?各種變換器任務(wù)原理波形分析，

變量關(guān)系〔電流延續(xù)，斷續(xù)兩種方式〕；?常用根本電路特點。

?磁性元件磁復(fù)位：

單繞組電感：開關(guān)周期內(nèi)電流上升量=下降量

多繞組電感或變壓器：磁通添加量=下降量

?電容：一個開關(guān)周期內(nèi)平均電流為零2一。根本非隔離DC-DC變換器31.降壓式〔BUCK〕變換器(dc/dcconverter)〔1〕任務(wù)波形4〔2〕.降壓式變換器關(guān)系iL延續(xù)時：UO=DUi,D=TON/TiL斷續(xù)時：Uo/Ui=1/(1+IO/(4IGmaxD2))IG=4IGmaxD(1-D)Io=0,Uo=Ui實踐電路:電流延續(xù)時：UO=DUi-RIo5〔3〕電路元件參數(shù)選擇功率管:U,I二極管:U,I電感：L=UiTD(1-D)/(2Iomin)輸出濾波電容:C=UiD(1-D)/(8Lf2ΔUC)高頻電容6二。升壓式變換器〔boost〕(1)任務(wù)波形7(2)外特性iL延續(xù)：Uo=Ui/(1-D)臨界延續(xù)負(fù)載電流：IG=4IGmaxD(1-D)，IGmax=UiT/8/LiL斷續(xù)：Uo=Ui(1+4IGmaxD2/Io)Io=0:Uo=無窮大8(3)實踐電路iL延續(xù)：Uo=Ui(1-D)/〔〔1-D〕2+R/RL〕Uo/Ui9(4)電路元件參數(shù)選擇功率管:U,I二極管:U,I電感：L=UiTD(1-D)/(2Iomin)〔與降壓式一樣〕輸出濾波電容:C>100DPo/(fγUo2)γ%=ΔUo/Uo10三.升/降壓式變換器1.升/降壓式變換器電流延續(xù)：11三.升/降壓式變換器1.升/降壓式變換器電流斷續(xù)：12

13二。隔離型DC-DC變換器運用例：間接直流變流電路

14間接直流變流電路

采用這種構(gòu)造的變換緣由：輸出端與輸入端需求隔離。某些運用中需求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。交流環(huán)節(jié)采用較高的任務(wù)頻率，可以減小變壓器和濾波電感、濾波電容的體積和分量。任務(wù)頻率高于20kHz這一人耳的聽覺極限，可防止變壓器和電感產(chǎn)生噪音。15間接直流變流電路

逆變電路通常運用全控型器件，整流電路中通常采用快恢復(fù)二極管、肖特基二極管或MOSFET構(gòu)成的同步整流電路〔SynchronousRectifier〕。間接直流變流電路分為單端(SingleEnd)和雙端(DoubleEnd)電路兩大類。單端電路：變壓器中流過的是直流脈動電流，如正激電路和反激電路。雙端電路：變壓器中的電流為正負(fù)對稱的交流電流。如半橋、全橋和推挽電路。162。1單端反激式變換器(Flyback)(A)電流延續(xù):波形變壓器起著儲能元件的作用，可以看作是一對相互耦合的電感。172。1單端反激式變換器(Flyback)(b)電流斷續(xù):波形Toff’182.1反激電路

電流延續(xù)方式：輸出電壓關(guān)系：

電流斷續(xù)方式：輸出電壓高于上式的計算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下，，因此反激電路不應(yīng)任務(wù)于負(fù)載開路形狀。192.2單端正激式變換器〔Forward〕(1)磁通復(fù)位條件:D<N1/(N1+N3)202.2單端正激式變換器〔Forward〕(2)任務(wù)波形：電流延續(xù)時212.2單端正激式變換器〔Forward〕222.2單端正激式變換器〔Forward〕(2)任務(wù)波形：電流斷續(xù)時232.2正激電路〔3〕輸出電壓：輸出濾波電感電流延續(xù)的情況下：

輸出電感電流不延續(xù)時，輸出電壓Uo將高于上式的計算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下，

24正激電路磁復(fù)位的其它電路：P226題圖9-6:Uc2Ttoff=UiTon雙管正激:D<0.5二極管+穩(wěn)壓管：穩(wěn)壓值大于UiD/(1-D)25262.3推挽功率電路調(diào)壓：PWM調(diào)理控制輸出電壓R負(fù)載：272.3推挽電路

282.3推挽電路

292.3推挽電路當(dāng)兩個開關(guān)都關(guān)斷時，D3和D4都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。Q1和Q2接受的峰值電壓均為2倍Ui。302.3推挽電路輸出電壓：濾波電感L電流延續(xù)時：

輸出電感電流不延續(xù)時，輸出電壓Uo將高于該計算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下，312.4半橋DC-DC電路

322.4半橋電路

當(dāng)兩個開關(guān)都關(guān)斷時，變壓器繞組N1的電流為零，VD1和VD2都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。332.4半橋電路

342.4半橋電路由于電容的隔直作用，半橋電路對由于兩個開關(guān)導(dǎo)通時間不對稱而呵斥的變壓器一次側(cè)電壓的直流分量有自動平衡作用，因此不容易發(fā)生變壓器的偏磁和直流磁飽和。輸出電壓：當(dāng)濾波電感L的電流延續(xù)時：

假設(shè)輸出電感電流不延續(xù)，輸出電壓U0將高于上式的計算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下， 。352.5全橋電路

362.5全橋電路

當(dāng)4個開關(guān)都關(guān)斷時，4個二極管都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電感電流，電感L的電流逐漸下降.S斷態(tài)時接受的峰值電壓Ui，。假設(shè)S1、S4與S2、S3的導(dǎo)通時間不對稱，那么交流電壓uT中將含有直流分量，會在變壓器一次側(cè)產(chǎn)生很大的直流分量，呵斥磁路飽和，因此全橋電路應(yīng)留意防止電壓直流分量的產(chǎn)生，也可以在一次側(cè)回路串聯(lián)一個電容，以阻斷直流電流。372.5全橋電路

382.5全橋電路

輸出電壓：濾波電感電流延續(xù)時：

輸出電感電流斷續(xù)時，輸出電壓Uo將高于上的計算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下，

393.單相功率電路比較管子接受電壓：全橋=半橋=Ui，推挽=2Ui管子流過電流：全橋=半橋/2=推挽變壓器：橋式，半橋可有可無，推挽必需有飽和電壓：橋式兩個，半橋和推挽均為一個橋式適宜于高壓輸入場所40表1各種不同的間接直流變流電路的比較電路優(yōu)點缺陷功率范圍運用領(lǐng)域正激電路較簡單，本錢低，可靠性高，驅(qū)動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，本錢很低，可靠性高，驅(qū)動電路簡單難以到達(dá)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、計算機(jī)設(shè)備、消費電子設(shè)備電源。全橋變壓器雙向勵磁，容易到達(dá)大功率構(gòu)造復(fù)雜，本錢高，有直通問題，可靠性低，需求復(fù)雜的多組隔離驅(qū)動電路幾百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磁，沒有變壓器偏磁問題，開關(guān)較少，本錢低有直通問題，可靠性低，需求復(fù)雜的隔離驅(qū)動電路幾百W~幾kW各種工業(yè)用電源，計算機(jī)電源等推挽變壓器雙向勵磁，變壓器一次側(cè)電流回路中只需一個開關(guān)，通態(tài)損耗較小，驅(qū)動簡單有偏磁問題幾百W~幾kW低輸入電壓的電源412.6全波整流和全橋整流a〕全波整流電路b〕全橋整流電路雙端電路中常用的整流電路方式為全波整流電路和全橋整流電路。422.6全波整流和全橋整流全波整流電路的特點優(yōu)點：電感L的電流只流過一個二極管，回路中只需一個二極管壓降，損耗小，而且整流電路中只需求2個二極管，元件數(shù)較少。缺陷：二極管斷態(tài)時接受的反壓是二倍的交流電壓幅值，對器件耐壓要求較高，而且變壓器二次側(cè)繞組有中心抽頭，構(gòu)造較復(fù)雜。適用場所：輸出電壓較低的情況下〔<100V〕。432.6全波整流和全橋整流全橋電路的特點優(yōu)點：二極管在斷態(tài)接受的電壓僅為交流電壓幅值，變壓器的繞組構(gòu)造較為簡單。缺陷：電感L的電流流過兩個二極管，回路中存在兩個二極管壓降，損耗較大，而且電路中需求4個二極管，元件數(shù)較多。適用場所：高壓輸出的情況下。442.6全波整流和全橋整流同步整流電路：當(dāng)電路的輸出電壓非常低時，可以采用同步整流電路，利用低電壓MOSFET具有非常小的導(dǎo)通電阻的特性降低整流電路的導(dǎo)通損耗，進(jìn)一步提高效率。45一臺輸出電壓為5v，輸出電流為20A的開關(guān)電源〔1〕采用全橋整流電路，全波整流電路〔快恢復(fù)D和肖特基D〕及同步整流電路下，整流管的總損耗？元件類型型號電壓V電流A通態(tài)壓降快恢復(fù)25CPF10100250.98V肖特基3530CPQ03530300.64VMOSFETIRFP04860700.018歐46問題11。buck直直變換器：在某組參數(shù)下，設(shè)負(fù)載電流為10A時任務(wù)在臨界延續(xù)形狀。問在同一組參數(shù)下，改動負(fù)載電流大小為20A和5A時輸出電壓如何變化？47問題22。Buck,BOOST單端反激，單端正激直直變換器：輸出能否開路？短路?483。如下圖直直變換器：晶體管Q任務(wù)在開關(guān)形狀，設(shè)輸出電容足夠大，電感電流延續(xù)，N1:N2:N3=2:1:2(1)電路稱號?〔2〕允許的最大占空比=？〔3〕假設(shè)輸入電壓為28V,D=0.4,變壓器原邊磁化電感28uH，fs=100khz,L=8.4uH,負(fù)載R=0.1歐，忽略其它非理想要素，畫出Q,D2,D3管電流波形及電感電流波形，并定量計算各電流的峰值.49題44。BUCK直直變換器：輸入電壓35---75V,輸出電壓28V,開關(guān)頻率75KHZ,C=470uf,L=22uH,Po=10w---1000w.問1〕整個任務(wù)范圍均任務(wù)在CCM嗎？2〕確定開關(guān)管的占空比范圍50題55。如圖直直變換器：Q1Q2同時開通與關(guān)斷,占空比為D.1)分析任務(wù)在DCM的條件2〕假設(shè)1〕D〉0.5將會發(fā)生？51題66。DCMBOOST直直變換器要求：輸入電壓18V---36V;輸出功率5W—100W；輸出電壓=48V;開關(guān)頻率：150KHZ輸出電壓紋波小于1V設(shè)有反響控制使D可變保證輸出電壓恒定要求整個任務(wù)在DCM,設(shè)計L使L的尖峰電流最小52FS=100KHZ,D3=0.1,(1)設(shè)計一個方案，使Q電壓小于300V,D電壓小于35V,()D,Lm,n1/np—n3/np(2)在〔1〕參數(shù)下，確定四個繞組的電流有效值53

習(xí)題1：請畫出降壓式，升壓式，單端反激式電路電感電流延續(xù)和斷續(xù)任務(wù)下uQ,uD,iD,iQ波形，原副邊繞組電壓電流波形。習(xí)題2：單端反激式電路，(1)D=0.4,F=100KHz,Ui=100v,N1:N2=2:1,RL=10歐，iL任務(wù)在臨界延續(xù)形狀。定量畫出uQ,uD,iQ,iD波形,求uo;(2)N1:N2=1:2,D=0.4,L1=100微亨，F(xiàn)=100KHZ,Ui=60v,求臨界延續(xù)負(fù)載電流IG及電阻RLG;(3)推導(dǎo)iL延續(xù)及斷續(xù)下uo/ui關(guān)系式54作業(yè)P225題9-7補充題1：半橋DC//DC電路。輸入電壓400v---600V,負(fù)載:R=10歐，變壓器為理想變壓器，變比N2/N1=1/2,要求輸出電壓為200V不變?！?〕設(shè)任務(wù)在電感電流延續(xù)形狀，求開關(guān)管導(dǎo)通角度變化范圍〔2〕求保證電感電流延續(xù)任務(wù)的最小電感〔3〕畫出輸入電壓600V時的各器件的電壓電流任務(wù)波形。55補充題2：全橋逆變電路。輸入電壓600v,負(fù)載:R=10歐，L=30mH；開關(guān)頻率500HZ,Q1Q4和Q2Q3互補輪番導(dǎo)通半周期?！?〕畫出流過Q1和D1的電流波形；〔2〕求負(fù)載電流基波分量有效值〔3〕近似計算D1的大致導(dǎo)通時間。56全橋逆變電路。Q1~Q4驅(qū)動波形如圖示，設(shè)元器件均為理想的。請分別畫出負(fù)載為純電阻負(fù)載和純電感負(fù)載時的輸出電壓和流過Q1和D2的電流波形。57術(shù)語變換器〔converter〕

斬波電路(chopper)

主電路〔maincircuit,powercircuit〕開關(guān)電源〔switchingmodepowersupply〕延續(xù)方式〔continuousconductionmode--CCM〕斷續(xù)方式〔discontinuousconductionmode--D