直流斩波电路PPT课件

第5章 直流变换电路
5.1 直接直流变换电路 5.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路 5.3 带隔离的直流变流电路
本章小结
电力电子技术
第5章 直流变换电路. 引言
➢ 直流-直流变流电路（DC/DC Converter）包括直接直流变流 电路和间接直流变流电路。
➢ 直接直流变流电路 ◆也称斩波电路（DC Chopper）。 ◆功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。 ◆一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输 入与输出之间不隔离。
Uoton t otnof
EtonE fT
E
（5-1）
ton——V通的时间 toff——V断的时间 a--导通占空比
负载电流平均值：
Io
Uo
EM R
（5-2）
电流断续，Uo被抬高，一般不希望出现。
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■对降压斩波电路进行解析 ◆基于分时段线性电路这一思想，按V处于通态和处于断态两
个过程来分析，初始条件分电流连续和断续。 ◆电流连续时得出 I10 e eT t1// 1 1 E RE R m e e 1 1m E R (5-9)
t=0时刻驱动V导通，电源E向 负载供电，负载电压uo=E，负 载电流io按指数曲线上升。 t=t1 时 控 制 V 关 断 ， 二 极 管 VD 续流，负载电压uo近似为零， 负载电流呈指数曲线下降。
通常串接较大电感L使负载电 流连续且脉动小。
动画演示。
V
E
iG
L io R VD uo
a) 电路图
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5.1 直接直流变换电路∙ 引言
➢ 两个基本的原理： 稳态条件下，电感两端电压在一个周期内的平均值为0。 （在一个周期内，电感电流的增量等于电流的减量） 稳态条件下，电容电流在一个周期内的平均值为0。 （在一周期内，电容的充放电量相等。）
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➢ 直流变换器的工作原理
工作原理：图中S是可控开关，R为
I20 1 1 e e T t1// E RE R m 1 1 e e m E R (5-10)
式中，mEm/E， T/ ，L/R， t1/ Tt1T ，I10和I20分别
是负载电流瞬时值的最小值和最大值。
把式（5-9）和式（5-10）用泰勒级数近似，可得
mE
I10I20 R Io
(5-11)
开关状态1 [Ton期间]， V导通，VD截止，等效电路见（图5.2a）
令t=0时，开关管V导通，电源电压Ud通过V给负载供电，电感储能， 由 于 输 出 滤 波 电 容 两 端 的 电 压 Uo 保 持 不 变 ， 所 以 电 感 两 端 的 电 压 uL＝Ud－Uo保持不变，所以电感电流线性增加，在t =Ton =DT时，iL 达到最大值。
U0总是小于输入电压Ud，改变D值就可以改变输出电压的大小。 占空比的改变：通过改变Ton 或T都可以实现。
脉冲宽度调制方式（PWM控制方式）： 周期T不变，通过改变开通时间Ton改变占空比的控制方式。
脉冲频率调制方式（PFM控制方式） ： 开通时间Ton不变，通过改变周期T改变占空比的控制方式。
纯阻性负载。
Ud
占空比： T为开关S的工作周期，
Ton为导通时间，Toff为关断时间。占
空比 D T o n 则
T
T onD T,T off (1D )T.
S
0
Uo
由波形可知输出电压的平均值为：
Ud
0
UOT 1 0Tu0dtTTonUd DUd
id
io
S
R
Uo
Ton
Toff
Tt
t
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输出电压平均值的改变： D是0～1之间变化的系数，因此在D的变化范围内输出电压
iGΒιβλιοθήκη t ont off
O
T
io i1
i2
I10
I 20
O
t1
uo
E
+
M EM
-
t
t
O
t
b)电流连续时的波形
iG ton
t off
iG
O io
i1
T tx i2
t
O uo
t1 E
I 20
t2
E
t
O
EM
t
c) 电流断续时的波形
图5-1 降压斩波电路得原理图及波形
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数量关系
电流连续
负载电压平均值：
混合调制方式： 周期T和开通时间Ton都改变来改变占空比的控制方式。
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5.1.1 降压斩波电路
降压斩波电路 （Buck Chopper)
电路结构
全控型器件 若为晶闸管，须 有辅助关断电路。
续流二极管
负载 出现 的反 电动 势
典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载。
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工作原理
➢ 理想的电力电子变换器
开关管V和二极管VD从导通变阻断或从阻断变导通，过渡时间为0 ，且通态压降为0，断态漏电流为0。
在一个周期内，输入电压Ud保持不变，输出电压有很小的纹波， 可认为Uo保持恒定。
电感和电容均为无损耗的理想储能元件。
线路阻抗为0。
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➢两种开关状态：
在一个周期内，Ton期间，V导通，VD截止，称为开关状态1； Toff期间，V阻断，VD导通，称为开关状态2.
➢ 间接直流变流电路 ◆在直流变流电路中增加了交流环节。 ◆在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离， 因此也称为直—交—直电路。
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➢根据电路是否具备电能回馈能力、输出端和输入端是否电气 隔离以及电路的结构形式等三个原则，可以对电力电子电路进 行如图5-1所示的分类。
➢各种不同的电路有各自不同的特点和应用场合。总的来说， 非回馈型比回馈型结构简单、成本低，绝大多数应用不需开关 电源有回馈能力。
平波电抗器L为无穷大，此时负载电流最大值、最小值均
等于平均值。
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5.1.1 降压型直流变换器（Buck）
➢电路结构如图所示:
滤波电感
输入直 流电压
V Ud
iL L
负载
iC io
VD
C
R Uo
续流二极管
滤波电容 电力电子技术
1. Buck变换器电感电流连续状态时的工作特性：
2. Buck变换器有两种可能的情况：电感电流连续模式CCM和电感 电流断续模式DCM。电感电流连续是指电感电流在整个周期内都 存在；而电感电流断续是指电感电流在开关管V阻断期间后期一段 时间内，电感电流已降为0。处于这两种情况的临界点称为电感电 流临界连续状态，这时在开关管阻断结束，电感电流刚好结束。
➢非隔离型电路比隔离型电路结构简单、成本低，但大多数应 用需要开关电源的输出端和输入端隔离，或需要多组相互隔离 输出，因此隔离电路的应用较广。
➢非隔离型也有不少应用，像开关型稳压器、直流斩波器等。
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5.1 直接斩波电路
5.1.1 降压（Buck)型电路 5.1.2 升压（Boost)型电路 5.1.3 升降压型电路 5.1.4 Cuk型电路 5.1.5 Sepic型电路和Zeta电路