第3章 直流直流变换器

第2章 整流电路2. 2图2-8为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路,问该变压器还有直流磁化问题吗?试说明:晶闸管承受的最大反向电压为22U 2;当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。

答：具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，该变压器没有直流磁化问题。

因为单相全波可控整流电路变压器二次侧绕组中，在正负半周上下绕组中的电流方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不存在直流磁化的问题。

以下分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况。

①以晶闸管VT2为例。

当VT1导通时，晶闸管VT2通过VT1与2个变压器二次绕组并联，所以VT2承受的最大电压为22U 2。

②当单相全波整流电路与单相全控桥式整流电路的触发角α相同时，对于电阻负载：(O~α)期间无晶闸管导通，输出电压为0；(α~π)期间,单相全波电路中VT1导通，单相全控桥电路中VTl 、VT4导通，输出电压均与电源电压U 2相等；( π~απ+)期间均无晶闸管导通，输出电压为0；(απ+~2π)期间，单相全波电路中VT2导通，单相全控桥电路中VT2、VT3导通，输出电压等于－U 2。

对于电感负载： ( α~απ+)期间，单相全波电路中VTl 导通，单相全控桥电路中VTl 、VT4导通，输出电压均与电源电压U2相等； (απ+~2απ+)期间，单相全波电路中VT2导通，单相全控桥电路中VT2、VT3导通，输出波形等于-U2。

可见，两者的输出电压相同，加到同样的负载上时，则输出电流也相同。

2.3.单相桥式全控整流电路，U 2=100V ，负载中R=20Ω，L 值极大，当α=︒30时，要求：①作出U d 、I d 、和I 2的波形；②求整流输出平均电压U d 、电流I d ，变压器二次电流有效值I 2；③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

解：①Ud 、Id、和I2的波形如下图：②输出平均电压Ud 、电流Id、变压器二次电流有效值I2分别为：Ud =0.9U2cosα=0.9×100×cos︒30＝77.97（V）Id＝Ud/R=77.97/2=38.99(A)I2=Id=38.99(A)③晶闸管承受的最大反向电压为：2U2=1002=141.4(V) -考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：UN=(2~3)×141.4=283~424(V)具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。

第3章 直 流 变 换 器直流变换器，即直流-直流变换器，是将一种直流电源变换为另一种具有不同输出特性的直流电源。

直流变换是为解决系统效率，特别是大功率系统的效率而提出的解决方案。

它是一种将直流电能变换成负载所需的电压或电流可控的直流电能的电力电子装置。

它通过对电力电子器件的快速通、断控制而把恒定直流电压斩成一系列的脉冲电压，通过控制比的变化来改变这一脉冲序列的脉冲宽度，以实现输出电压平均值的调节，再经输出滤波器滤波，在被控负载上得到电压或电流可控的直流电能。

直流变换器按照电路拓扑可以分为基本的不带隔离变压器的直流变换器和带隔离变压器的直流变换器两大类。

基本的直流变换器是通过开关管，再经电容、电感等储能滤波元件将输入的直流电压变换为符合负载要求的直流电压或电流。

这种变换器适用于输入输出电压等级相差不大，且不要求电气隔离的应用场合。

基本的直流变换器有多种电路接线形式，根据其电路结构及功能分类，本章将讨论以下四种基本类型：（1）Buck 直流变换器；（2）Boost 直流变换器；（3）Buck-Boost 直流变换器；（4）Boost-Buck 直流变换器。

其中，（1）、（2）两种是直流变换器最基本的结构；（3）、（4）是前两种基本结构的组合形式。

本章将详细分析上述四种变换器的基本原理和稳态工作特性，分析过程中，为便于理解把变换器中的功率器件看作理想开关，并且对电路中电感和电容的损耗忽略不计。

此外还假定变换器的直流输入电源为理想的恒压电压源。

直流变换器输出端所带负载常用一等效电阻来表示。

而在直流电机驱动中，电机负载可表示为直流电压与绕组电阻和电感的串联等效电路。

3.1 基本直流变换器3.1.1 Buck 直流变换器Buck 变换器（又称作降压变换器）就是将直流输入电压变换成相对低的平均直流输出电压。

它的特点是输出电压比输入的电压低，但输出电流比输入电流高。

它主要用于直流稳压电源中，在这些应用场合，变换器的输出电压可根据输入电压和负载阻抗进行调节。

第3章直流-直流变换电路习题（1）第1部分：填空题1.直流斩波电路完成的是直流到另一固定电压或可调电压的直流电的变换。

2.直流斩波电路中最基本的两种电路是降压斩波电路和升压斩波电路。

3.斩波电路有三种控制方式：脉冲宽度调制、脉冲频率调制和混合型，其中最常用的控制方式是：脉冲宽度调制。

4.脉冲宽度调制的方法是：周期不变，导通时间变化，即通过导通占空比的改变来改变变压比，控制输出电压。

5.脉冲频率调制的方法是:导通时间不变，周期变化，导通比也能发生变化，从而达到改变输出电压的目的。

该方法的缺点是：导通占空比的变化范围有限。

输出电压、输出电流中的谐波频率不固定，不利于滤波器的设计。

6.降压斩波电路中通常串接较大电感，其目的是使负载电流连续。

7.升压斩波电路使电压升高的原因：电感L储能使电压泵升，电容C可将输出电电压保持住。

8.升压斩波电路的典型应用有直流电动机传动和单相功率因数校正等。

9.升降压斩波电路和Cuk斩波电路呈现升压状态的条件是开关器件的导通占空比为 0.5<α<1 ；呈现降压状态的条件是开关器件的导通占空比为 0.5<α<1 。

第2部分：简答题1.画出降压斩波电路原理图并简述其工作原理。

(略，看书上)2.画出升压斩波电路原理图并简述其基本工作原理。

（略，看书上）第3部分：计算题1.在题图3-1所示的降压斩波电路中，已知E=100V，R=10Ω，L值极大，E M=20V，T=100μs,t on=50μs。

1）画出输出电压u o,输出电流i o,流过器件V的电流i V以及流过二极管VD的电流iVD2）计算输出电压平均值U o，输出电流平均值I o，器件V上的平均电流I，及二极管VD上V。

的平均电流IVD题图3-12.设计题图3-2所示的Buck变换器。

电源电压Vs=220V，额定负载电流11A，最小负载电流1.1A，开关频率20KHz。

要求输出电压V o=110V；1）L值和C值极大时，采用脉宽调制控制方式，求开关T的导通占空比及在1个开关周期中的导通时间。

直流直流变换器设计背景与意义
直流直流变换器（DC-DC Converter）是一种将一种直流电压转换为另一种直流电压的电子器件。

它的设计背景与意义如下：
1. 电力供应：由于电网中常用的是交流电，但很多电子设备需要使用直流电供电，如计算机、手机等。

因此，需要将电网中的交流电转换为需要的直流电，这时就需要使用直流直流变换器进行转换。

2. 电能转换：在一些电力系统中，需要将电能从一个直流电源传输到另一个直流负载，如电动车、电动机等。

直流直流变换器能够实现这种电能的高效转换，提高能量转移的效率。

3. 电压匹配：不同的电子设备或电子组件需要不同的电压供电，直流直流变换器能够将一个直流电源的电压转换为所需的电压，满足不同设备的需求。

4. 节能降耗：直流直流变换器能够提高能量的传输效率，减少能量转换过程中的能量损耗。

在一些需要长时间工作的设备中，使用直流直流变换器可以显著降低耗能，延长设备的使用寿命。

5. 转换器拓扑：直流直流变换器的设计主要涉及转换器的拓扑结构选择、功率集成电路的选用、控制算法的设计等方面。

这些设计是电力电子领域的重要研究内容，对提高电力转换效率、减少成本、改善系统可靠性具有重要意义。

总之，直流直流变换器的设计背景与意义在于实现不同电压间的转换，满足电子设备、电力系统中的电能转换与供电要求，提高能量转换效率、降低能量损耗，并推动电力电子领域的研究和应用。

直流/直流升压（B o o s t ）变换器的工作原理01B o o s t变换器简介02B o o s t变换器的升压原理03B o o s t变换器的稳压原理01B o o s t变换器简介B o o s t变换器简介低压直流高压直流升压稳压有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）02B o o s t变换器的升压原理1. 制造一条下坡路径令小球产生速度2. 下坡路径至上坡路径的转换3. 利用惯性将小球送向高处V SV o +−CL有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）V SV o +−CLi LTD开关：高速开通关断二极管：互补导通电容：减小电压波动电感：泵送能量03B o o s t变换器的稳压原理电感电流连续(C C M )时的工作原理V SV o +−CL i L +−v L TDE OT on开通期T on1 电感关系式2 电感电流变化率3 电感电流在开通期的增加量开通期T on∆=⋅+Li T V L onS=dt Ldi V L S=dt V L di S L1 电感关系式2 电感电流变化率3 电感电流在开通期的增加量OE DTL v −+L i L C−+o V SV T onT off关断期T off−=dtV V Ldi S o L1 电感关系式2 电感电流变化率=−dt Ldi V V L S o∆=⋅−−Li T V V L offS oov n i I 0o V −S VS V Lv toV O E v txa m L I ni m L I L i T t t 电感电流连续(C C M )时的工作原理有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）电感电流在关断期的增加量电感电流在开通期的增加量0offS on S o s sT V T V V L T L T −⋅+⋅=0L L i i +−∆+∆=11o S V V D=−占空比: 开关管导通时间占整个开关周期的比重输入电压与输出电压关系推导稳压控制的简单示例80VS V =80110.8400S o V D V =−=−=40VS V =40110.9400S o V D V =−=−=V SV o +−CL i L +−v LT D400Vo V =小结◼Boost变换器可将低电压变换成高电压◼Boost变换器利用电感进行升压◼Boost变换器通过占空比控制实现稳压。

第3章交流-直流变换器习题（1）第1部分：填空题1.电阻负载的特点是，在单相半波可控整流电阻性负载电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是。

2.阻感负载的特点是，在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是，其承受的最大正反向电压均为，续流二极管承受的最大反向电压为（设U2为相电压有效值）。

3.单相桥式全控整流电路中，带纯电阻负载时，α角移相范围为，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为和；带阻感负载时，α角移相范围为，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为和；带反电动势负载时，欲使电阻上的电流不出现断续现象，可在主电路中直流输出侧串联一个。

4.单相全控桥反电动势负载电路中，当控制角α大于不导电角时，晶闸管的导通角= ; 当控制角小于不导电角时，晶闸管的导通角= 。

5.从输入输出上看，单相桥式全控整流电路的波形与的波形基本相同，只是后者适用于输出电压的场合。

6.电容滤波单相不可控整流带电阻负载电路中，空载时，输出电压为，随负载加重U d逐渐趋近于，通常设计时，应取RC≥T，此时输出电压为U d≈U2(U2为相电压有效值)。

7.填写下表单相整流电路比较.第2部分：简答题1.如题图3-1所示的单相桥式半控整流电路中可能发生失控现象，何为失控，怎样抑制失控？题图3-1 题图3-22.单相全波可控整流电路与单相桥式全控整流电路从直流输出端或从交流输入端看均是基本一致的，那么二者是否有区别呢3.题图3-2为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，问该变压器还有直流磁化问题吗试说明：①晶闸管承受的最大反向电压为2；②当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。

第3部分：计算和画图题1.单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R＝2Ω，L值极大，当α＝30°时，要求：①作出ud、id、和i2的波形；②求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次电流有效值I2；③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。