6 直流变换器

电气转换器工作原理电气转换器是一种将电能转换为其他形式能量的装置。

它是现代电气系统中不可或缺的组成部分，广泛应用于电力系统、电动机驱动、电子设备等领域。

本文将详细介绍电气转换器的工作原理。

1. 电气转换器的基本原理电气转换器的基本原理是根据能量守恒定律，将输入的电能转换为输出的其他形式能量。

它通过控制电流、电压和频率等参数的变化，实现能量的转换和调节。

2. 电气转换器的主要类型电气转换器根据能量转换的方式可以分为直流转换器和交流转换器两大类。

2.1 直流转换器直流转换器是将输入的直流电能转换为输出的直流电能或其他形式能量的装置。

常见的直流转换器有直流-直流变换器（DC-DC变换器）和直流-交流变换器（DC-AC变换器）。

2.1.1 直流-直流变换器直流-直流变换器是将输入的直流电压通过变换器的控制电路，转换为输出电压具有不同电平的装置。

它主要包括降压变换器、升压变换器和变压器等。

降压变换器将输入的直流电压降低到较低的电平，常见的有降压型开关电源；升压变换器将输入的直流电压提高到较高的电平，常见的有升压型开关电源；变压器将输入的直流电压变换为输出的直流电压，常见的有隔离型开关电源。

2.1.2 直流-交流变换器直流-交流变换器是将输入的直流电压转换为输出的交流电压的装置。

常见的直流-交流变换器有逆变器和交流电压调制器等。

逆变器将输入的直流电压转换为输出的交流电压，常用于太阳能发电系统、风力发电系统等。

交流电压调制器则是将输入的直流电压通过调制技术，转换为输出的交流电压，常用于电力系统中。

2.2 交流转换器交流转换器是将输入的交流电能转换为输出的交流电能或其他形式能量的装置。

常见的交流转换器有交流-直流变换器（AC-DC变换器）和交流-交流变换器（AC-AC变换器）。

2.2.1 交流-直流变换器交流-直流变换器是将输入的交流电压转换为输出的直流电压的装置。

常见的交流-直流变换器有整流器和有源滤波器等。

直流变换器的设计（降压）一、设计要求： (1)二、题目分析： (1)三、总体方案： (2)四、原理图设计： (2)五、各部分定性说明以及定量计算： (5)六、在设计过程中遇到的问题及排除措施： (6)七、设计心得体会： (6)直流变换器的设计（降压）BUCK降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路，是用BUCK作为全控型器件的降压斩波电路，用于直流到直流的降压变换。

IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件。

它既有MOSFET易驱动的特点，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。

其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十千赫兹频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。

所以用BUCK作为全控型器件的降压斩波电路就有了IGBT易驱动，电压、电流容量大的优点。

BUCK降压斩波电路由于易驱动，电压、电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔的发展前景，也由于开关电源向低电压，大电流和高效率发展的趋势，促进了IGBT 降压斩波电路的发展。

一、设计要求：技术参数：输入直流电压Vin=36V输出电压Vo=12V输出电流Io=3A最大输出纹波电压50mV工作频率f=100kHz二、题目分析：电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路，驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。

由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断来完成整个系统的功能，当控制电路所产生的控制信号能够足以驱动电力电子开关时就无需驱动电路。

课程设计步骤分析（顺序）：1.设计主电路，主电路为：采用BUCK变换器，主功率管用MOSFET；2.选择主电路所有图列元件，并给出清单；3.设计MOSFET驱动电路及控制电路；4.绘制装置总体电路原理图，绘制： MOSFET驱动电压、BUCK电路中各元件的电压、电流以及输出电压波形；5.编制设计说明书、设计小结。

直流转换器原理直流转换器是一种将电源直流电转换为所需电压和电流的电子器件。

它通常用于电子设备和系统中，如电动汽车、太阳能电池板和存储式集成电路等。

直流转换器通过控制电源直流电的电压和电流，将其转换为所需的电压和电流来满足电子器件的需求。

在直流转换器中，基本电路部件是开关和电感。

在输入电源直流电压施加到电路时，开关将其断开。

当开关关闭时，电容器中会产生瞬时电流和磁场，从而使电流通过电感器。

然后，在输出电路上，开关又会关闭，从而导致电流和磁场减弱，导致电压上升，直到等于或高于输出负载上的电压。

当电容器重新充电时，转化器的工作就完成了。

与传统的电源电路相比，直流转换器具有许多优点。

首先，它可以使用高频操作，因此可以建立小型和轻量级电子设备。

其次，直流转换器可以高效地转换电源电压，从而减少电能浪费和减少使用热量和噪音。

此外，它还可以提供高质量的输出电流和电压，并可以自适应电子设备的负载要求。

直流转换器的工作原理主要取决于其拓扑结构和电路构成。

以下是一些常见的直流变换器拓扑结构：1. 浮空式直流变换器：它采用圆拱形电感器和四个二极管。

当电流通向电感器时，二极管被反变器开关关闭，当电流反向电感时，二极管被反变器开关打开。

此类直流变换器最主要的问题在于电流回路的问题，因为电容器必须用于滤波，以减少回路噪声和抑制二级谐波。

2. buck变换器：它通过远程转换原理来降低输出电压。

这种变换器使用半桥分压器和一个输出电容器。

当变换器工作时，开关将电感器和输出电容器连接到电源电压源。

然后，变换器的工作类似于提供低电阻路径，从而使电荷流进出输出电容器，从而形成输出电压。

3. boost变换器：它通过远程转换原理来提高输出电压。

此类变换器一般用于太阳能电池板和其他燃料电池系统。

由于太阳能电池板输出的电流较低，因此boost变换器可以将输出电压提高至所需值。

4. buck-boost变换器：它采用两个电感模具和两个开关来控制电源电压。

直流电源系统方案
一、背景介绍
1、直流变换器
直流变换器是直流电源系统的核心部件，其主要功能是将交流电源变
换成所需要的直流电压，常用的变换器有桥式变换器、控制开关变换器等。

直流变换器的输出电压精度要求比较高，一般要求小于0.5%，以确保系
统的稳定性。

2、滤波器
滤波器是直流电源系统中的重要元器件，其主要功能是降低直流电源
中的带动波和其它谐波，以减少系统中的电磁辐射干扰和电磁兼容问题。

滤波器的选择也十分重要，一般可以根据实际需求采用不同种类的滤波器，如LC滤波器、RC滤波器等。

3、电源管理系统
电源管理系统是直流电源系统中的重要元器件，它主要负责监测直流
电源的输入输出状态，并进行数据采集处理，同时负责控制开关变换器的
工作，以保持系统的稳定性。

4、UPS电源
UPS电源是一种常用的直流蓄电池系统，它可以提供交流和直流的双
重功能。

直流直流转换器工作原理直流直流转换器是一种用于将直流电能转换为不同电压或电流的电力转换设备。

它的工作原理是通过控制电路中的开关管器件，将输入的直流电压转换为所需的输出电压。

直流直流转换器在许多领域都有广泛的应用，包括电力电子、工业控制、电信、医疗设备等。

直流直流转换器的工作原理涉及到一些基本的电路理论和器件技术。

其中最常见的直流直流转换器是升压型和降压型两种。

下面我们将分别介绍这两种转换器的工作原理。

首先是升压型直流直流转换器，也称为升压型DC-DC转换器。

它的工作原理是通过控制开关管器件的通断，将低电压直流输入转换为高电压直流输出。

升压型转换器的核心部件是电感和开关管，典型的电路结构包括输入电容、开关管、电感、输出电容和输出负载。

当开关管导通时，电感会存储电能，然后在开关管断开时释放电能，从而提高电压。

通过控制开关管的导通比例和频率，可以实现输出电压的精确控制。

其次是降压型直流直流转换器，也称为降压型DC-DC转换器。

它的工作原理是通过控制开关管器件的通断，将高电压直流输入转换为低电压直流输出。

降压型转换器的核心部件也是电感和开关管，典型的电路结构与升压型转换器类似。

当开关管导通时，电感存储输入电能，然后在开关管断开时释放电能，从而降低电压。

同样，通过控制开关管的导通比例和频率，可以实现输出电压的精确控制。

除了升压型和降压型直流直流转换器，还有一种叫做升降压型的转换器，可以实现输入电压向上或向下转换。

它的工作原理结合了升压型和降压型转换器的特点，通过合理的控制和设计，可以实现更加灵活的电压转换。

直流直流转换器的工作原理涉及到了开关管的控制、电感的能量存储和释放、输出电容的滤波等基本电路原理。

通过合理的设计和控制，可以实现输入输出电压的稳定转换，并在不同的场合发挥其特点和优势。

直流直流转换器作为电力电子的重要组成部分，对于提高电能利用率、改善系统性能、实现电能互联等方面起着至关重要的作用。

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。

C-D C变换器原DC/DCConverterPrinciple池输出的是直流电，是不是可直接作为直流电源使用呢，对于对电压没有准确要求的微、小型用电设备是可以的，如计算器、玩具等。

太阳电池输出电压伏器件的连接方式与数量，并与负载大小与光照强度直接有关，不能直接作为正规电源使用。

通过DC-DC变换器可以把太阳电池输出的直流电转换成稳电压的直流电输出。

DC-DC变换器就是直流——直流变换器，是太阳能光伏发电系统的重要组成部分，下面就其原理作简单介绍。

-DC变换基本原理换电路主要工作方式是脉宽调制(PWM)工作方式，基本原理是通过开关管把直流电斩成方波（脉冲波），通过调节方波的占空比（脉冲宽度与脉冲周期之比电压。

压斩波电路波电路简单，是使用广泛的直流变换电路。

图1左上部是一个斩波基本电路，Ud是输入的直流电压，V是开关管，UR是负载R上的电压，开关管V把d斩成方波输出到R上，图1右上部绿线为斩波后的输出波形，方波的周期为T，在V导通时输出电压等于Ud，导通时间为ton，在V关断时输出电压等关断时间为toff，占空比D=ton/T，方波电压的平均值与占空比成正比。

图1下部绿线为连续输出波形，其平均电压如红线所示。

改变脉冲宽度即可改变输，在时间t1前脉冲较宽、间隔窄，平均电压（UR1）较高；在时间t1后脉冲变窄，平均电压（UR2）降低。

固定方波周期T不变，改变占空比调节输出PWM)法，也称为定频调宽法。

由于输出电压比输入电压低，称之为降压斩波电路或Buck变换器。

图1?DC-DC变换基本原理冲不能算直流电源，实际使用要加上滤波电路，图2是加有LC滤波的电路，L是滤波电感、C2是滤波电容、D是续流二极管。

当V导通时，L与C2蓄能R输电；当V关断时，C2向负载R输电，L通过D向负载R输电。

输出方波选用的频率较高，一般是数千赫兹至几十千赫兹，故电感体积很小，输出波大。

图2?降压型DC-DC变换电路输出电压UR=DUd，D是占空比，值为0至1。

DC-DC变换器原理DC/DC Converter Principle池输出的是直流电，是不是可直接作为直流电源使用呢，对于对电压没有准确要求的微、小型用电设备是可以的，如计算器、玩具等。

太阳电池输出电压取伏器件的连接方式与数量，并与负载大小与光照强度直接有关，不能直接作为正规电源使用。

通过DC-DC变换器可以把太阳电池输出的直流电转换成稳定电压的直流电输出。

DC-DC变换器就是直流——直流变换器，是太阳能光伏发电系统的重要组成部分，下面就其原理作简单介绍。

变换基本原理换电路主要工作方式是脉宽调制(PWM)工作方式，基本原理是通过开关管把直流电斩成方波（脉冲波），通过调节方波的占空比（脉冲宽度与脉冲周期之比电压。

波电路波电路简单，是使用广泛的直流变换电路。

图1左上部是一个斩波基本电路，Ud是输入的直流电压，V是开关管，UR是负载R上的电压，开关管V把输斩成方波输出到R上，图1右上部绿线为斩波后的输出波形，方波的周期为T，在V导通时输出电压等于Ud，导通时间为ton，在V关断时输出电压等断时间为toff，占空比D=ton/T，方波电压的平均值与占空比成正比。

图1下部绿线为连续输出波形，其平均电压如红线所示。

改变脉冲宽度即可改变输，在时间t1 前脉冲较宽、间隔窄，平均电压（UR1）较高；在时间t1 后脉冲变窄，平均电压（UR2）降低。

固定方波周期T不变，改变占空比调节输出电PWM)法，也称为定频调宽法。

由于输出电压比输入电压低，称之为降压斩波电路或Buck变换器。

图1 DC-DC变换基本原理冲不能算直流电源，实际使用要加上滤波电路，图2是加有LC滤波的电路，L是滤波电感、C2是滤波电容、D是续流二极管。

当V导通时，L与C2蓄载R输电；当V关断时，C2向负载R输电，L通过D向负载R输电。

输出方波选用的频率较高，一般是数千赫兹至几十千赫兹，故电感体积很小，输也不大。

图2 降压型DC-DC变换电路输出电压UR=D Ud，D是占空比，值为0至1。

dcdc 变换器的简单介绍
dcdc 变换也称直流-直流变换，dcdc 转换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。

斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式，Ts 不变，改变ton(通用)，二是频率调制。

下面小编就dcdc 变换器的工作原理、技术要求以及工作模式来介绍简单dcdc 变换器。

工作原理
dcdc 变换器是将直流电先逆变(升压或降压)成交流电，然后再整流变换成另一种直流电压的直流变换装置。

常用的直流—直流变换设备一般是由直流—直流变换模块、监控模块以及与之配套的用户接口板和直流配电单元等组成的一个完整的电源系统。

系统中多个直流—直流变换模块并联均分负荷运行，将−48V直流电压变换成−24V(或+12V、+5V)直流电压，再经输出分路保险向负载输出;监控模块负责对变换器模块及整个系统的工作状态及性能进行监控，并通过RS232 通信口纳入上一级监控系统。

变换器模块负责将−48V直流电压转换为−24V直流电压，由功率电路和控制电路两大部分组成。

功率电路实现从直流输入到直流输出的变换;控制电路提供功率变换所需的一切控制信号，包括反馈回路、直流信号处理、模拟量和开关量的处理电路等。

功率电路上主要包括直流输入滤波电路、直流—直流变换电路、直流输出滤波电路及辅助电源的部分。

直流输入滤波电路包含有防浪涌器件、差模、共模滤波器等。

遇有雷击或其他高压浪涌时，压敏电阻和瞬态电压抑制器可保护变换器免受冲击。

差模滤波器和共模滤波器可有效抑制模块内部产生的高频噪声，同时也使来自直流输入电源的干扰不会影响模块的正常工作。

直流—直流变换电路主要包括变换电路和整流输出电路，是整个变换模块的重要组成部分。

六脉动直流电压源逆变器及其消谐调制技术研究六脉动直流电压源逆变器（Six-Pulse DC-to-AC Voltage Source Inverter）是一种常用于能量转换及电力传输领域的电力电子装置。

它能够将直流电能转换为交流电能，并将其输出到电力系统中，常用于驱动交流电机、应用于电力传输和配电系统等。

这种逆变器的基本结构由直流电源、逆变桥电路和滤波电路组成。

直流电源提供输入直流电压，逆变桥电路将直流电压转换为交流电压，并通过滤波电路将交流电压的谐波分量消除，从而得到与电力系统要求相符的交流电压输出。

六脉动逆变器的名称源于逆变桥电路中的六个开关管，它们依次关闭并打开，以产生输出交流电。

六脉动逆变器的输出波形中，除了基波之外还包含多个谐波成分，这些谐波会带来不足、共模电压增高等问题，因此需要采用合适的调制技术进行谐波消除。

消谐调制技术是指通过有效的调制方案，使得逆变器的输出谐波电流尽可能接近于零。

常用的调制技术有脉宽调制（PWM，PulseWidth Modulation）和谐振调制（RM, Resonance Modulation）等。

脉宽调制是目前最常用的方法，它可以通过调整开关器件的开关周期和开关占空比，控制输出波形的幅值和频率，从而实现谐波消除。

在脉宽调制中，一般选择三角波与参考电压进行比较，通过不同的比较方式和控制策略，可以得到不同的脉宽调制波形，如正弦脉宽调制（SPWM, Sine Pulse Width Modulation），三次谐波脉宽调制（THPWM, Third Harmonic Pulse Width Modulation）等。

脉宽调制技术的核心是选择合适的调制波形和控制策略。

其中，正弦脉宽调制是最常用的方法之一，它可以实现较低的谐波含量并提高输出电压质量。

三次谐波脉宽调制是一种可以抑制三次谐波的方法，通过调整调制波形的幅度和频率，使得逆变器输出波形中的三次谐波电流为零。

六脉动逆变器工作原理
六脉动逆变器是一种用于控制交流电机的电力电子设备，常用于驱动无刷直流电机。

它的工作原理基于脉宽调制（PWM）控制技术，通过逆变器将直流电转换成交流电。

以下是六脉动逆变器的工作原理步骤：
1.直流电源供应：从电源或电池等直流电源中提供稳定的直
流供电。

2.逆变器桥臂：
o六脉动逆变器由三对晶闸管和与之对应的三对自由轮二极管组成，形成逆变器的两个桥臂。

o每对晶闸管和自由轮二极管配对连接，形成一个半桥臂。

通过交替开启和关闭晶闸管，产生交流电压。

3.脉宽调制（PWM）控制：
o通过控制晶闸管的开关频率和开启时间，调整交流电压的幅值和频率。

o典型的PWM控制方式是三角波比较法，将一个三角波与一个可调节的参考电压进行比较，生成开关信
号。

4.逆变输出：
o将PWM控制的开关信号应用于逆变器桥臂中，控制晶闸管的开关状态。

o在逆变器桥臂中，晶闸管的开启和关闭形成脉冲电
流，通过交替的脉冲电流改变交流输出的电压。

5.控制系统反馈：
o通过传感器和反馈电路，对逆变器输出的交流电压进行实时监测和调整。

o根据控制系统的反馈信号，调整PWM控制的晶闸管的开关频率和开启时间，以保持输出的交流电压稳
定。

通过逆变器的工作，六脉动逆变器能够将直流电源转换成具有可调节幅值和频率的交流电。

这种工作原理使其在无刷直流电机的控制中应用广泛，以实现高效的电机驱动和速度调节。

电力变换器的设计与分析引言：电力变换器是电子与电气工程领域中的重要组成部分，它将电能从一种形式转换为另一种形式，如交流电转直流电或直流电转交流电。

电力变换器的设计与分析是电气工程师的核心任务之一，本文将探讨电力变换器的设计原理、常见类型以及分析方法。

一、设计原理：电力变换器的设计原理基于电磁感应和电子器件的特性。

通过变压器原理，可以实现电压的升降变换。

而通过电子器件如晶体管、开关管等的开关控制，可以实现电流的开关和调节，从而实现对电能的变换。

二、常见类型：1. 交流至直流变换器（AC-DC Converter）：交流至直流变换器将交流电转换为直流电，常见的应用场景包括电源适配器、电动汽车充电器等。

其主要原理是通过整流电路将交流电转换为脉冲电流，再通过滤波电路将脉冲电流转换为平滑的直流电流。

2. 直流至交流变换器（DC-AC Converter）：直流至交流变换器将直流电转换为交流电，常见的应用场景包括太阳能发电系统、逆变器等。

其主要原理是通过开关电路将直流电转换为脉冲宽度调制（PWM）信号，再通过滤波电路和逆变电路将脉冲信号转换为交流电。

3. 直流至直流变换器（DC-DC Converter）：直流至直流变换器将直流电的电压、电流进行升降变换，常见的应用场景包括电子设备中的电源管理、电池充放电等。

其主要原理是通过变压器原理和电子开关控制，实现对直流电的电压和电流的调节。

三、分析方法：电力变换器的设计与分析需要进行电路仿真和实验验证。

常见的分析方法包括：1. 稳态分析：通过建立电力变换器的数学模型，利用电路分析方法求解电压、电流和功率等稳态参数，以评估电力变换器的性能。

2. 动态响应分析：通过建立电力变换器的差分方程模型，利用时域分析方法研究电力变换器的响应特性，如过渡过程、稳定性等。

3. 效率分析：通过测量输入功率和输出功率，计算电力变换器的效率，评估电能转换的损耗情况。

4. 热分析：通过热传导和热辐射等热学原理，分析电力变换器的热耗散和温度分布，以确保电力变换器的可靠性和稳定性。

换流器（converter）换流器（converter）直流特高压输电网Huanliuqi 条题编号：706008换流器（converter）换流站中用以实现交、直流电能相互转换的设备。

实现交流电转换为直流电的叫整流器，而直流电转换为交流电的叫逆变器，它们统称为换流器。

整流器和逆变器的设备基本相同，只是控制系统不同。

当触发角<90。

时，换流器运行于整流工况，叫整流器；而>90。

时，换流器运行于逆变工况，就叫逆变器。

此外，整流器和逆变器的控制原理也不同（见直流输电系统控制）。

换流器通常均由换流阀接成一定的回路来进行换流。

直流输电的换流器是采用一个或多个三相桥式换流电路（也称6脉冲换流器）串联构成，因而可用6脉动换流器（也称换流桥）作为原理分析的基础。

换流桥由6个换流阀组成，其中阀V1、V3、V5共阴极，称为阴极换相组或阴极半桥；阀V2、V4、V6共阳极，称为阳极换相组或阳极半桥。

代表阀的符号V后面的编号是按换流阀运行时触发次序编排的，通常是将V1的阳极接到a相。

整流原理单桥整流器的原理接线如图1所示。

图2给出整流器主要各点的电压和电流波形。

图1 单桥整流器原理接线图图2 整流器的电压和电流波形图1中ea、eb、ec为等值交流系统的工频基波正弦相电动势，L 为每相的等值换相电抗。

对照图1和图2，uac、ubc、uba、uca、ucb、uab为换流阀的换相电压，并且规定线电压uac由负变正的过零点为C1，它是V1的触发角计时的零点，其余的线电压过零点C2－C6则分别为V2－V6的触发角的零点。

在理想条件下，交流系统是完全对称的，触发脉冲是等距的，换流阀的触发角也是相等的，通常用来表示。

无相控理想空载直流电压假定换相电抗L ＝0，换流阀均为不可控的二极管阀，换流阀的通态压降和断态漏电流均可忽略不计，直流电流是平直的。

在C1时刻以后，V1和V6处于导通状态时开始分析。

此时，换流桥的直流输出电压为线电压uab，直到C2时刻为止。