当前位置：文档之家 › 电力电子技术 直流直流变换

电力电子技术 直流直流变换

  • 格式：ppt
  • 大小：1.11 MB
  • 文档页数：23

下载文档原格式

  / 23

合集下载

现代电力电子技术之DCDCConverter

现代电力电子技术之DCDCConverter

t
Uo
=
Q C
=
1 C
1 2
T 2
I L 2
-UO
iL
I LM △Q
I Lm
IO △IL
T/2
uO
△UO
UO
放电 充电 放电 充电
IL =
1 L
(1 0
D)T
uLdt
= Uo (1 D)T L
Uo
=
(1
D)T 8LC
2
Uo
fC
=
2
1 LC
fS
Uo Uo
=
2
2
(1
D)
fC fS
2
输出电压的谐波
第2章 DC-DC Converter (直流变换器)
直流变换器的分类：
按主电路器件：半控型 / 全控型 按输入输出电压：降压式 / 升压式 / 升－降压式 按工作范围：单象限 / 双象限 / 四象限 按输入输出电隔离：非隔离 / 隔离 (正激、反激、自激） 按输入滤波结构：电流源 / 电压源 按器件开关方式：硬开关电路 / 软开关电路 按电路结构：单元电路 / 多元电路（单重、多重）
临界 (CCM-Critical Current Mode)
S 阻断
断续 (DCM-Discontinuous Current Mode)
电压纹波
iL ? 0
C
iL = 0
C
R Uo R Uo R Uo
1 电流的不同状态
★ 电流连续状态： 稳定状态下：
iS = ii S
Ui
D
L C
iL = iO
R Uo
D1
<Boost1>
C1 100uF

电力电子技术 徐德鸿版 习题解答

电力电子技术 徐德鸿版 习题解答

+
1 × U d D(1 −
2
fL
D)
= 15A
（3）增加 L 可以使 ΔI 下降
I VTm = 110%I 0 = 11A
1 ΔI = 11 −10 = 1A 2 L=500μH
1 × U d D(1 − D) = 1A
2
fL
2、Boost 电路如图 2.17 所示，设输入电压为 100V，电感 L 是 1000μH，电 容 C无穷大，输出接 10Ω 的电阻，电路工作频率 50kHz,MOSFET 的导通占 空比为0.5，求：（1）输出直流电压 Uo，输出直流电流 Io；
（2）电感电流平均值 IL； （3）MOSFET 阻断时的电压。
解：（1）U o
=
Ud 1− D
=
200V
I o= U o / R = 20A
（2） I L
=
I in
=
Io 1− D
=
40A
（3）U VTm = U o = 200V
1
3、设有两组蓄电池，A 组电压为 100V，B 组电压为 200V，用 Buck 电路和 Boost 电路组合设计一种电路，以完成既能由 A 组蓄电池向 B 组蓄电池充电，又能由 B 组蓄电池向 A 组蓄电池充电的功能。
解：（1）占空比范围
Uo < D < Uo
U dmax
U dmin
得：
0.25 < D < 0.5
（2）电感电流临界连续时，有
I omin
=
1 2
ΔI
L
=
5 10
=
0.2A
开关关断期间，有
L = U o (1 − D)T = U o (1 − D)T

电力电子技术-间接直流变流电路

电力电子技术-间接直流变流电路
峰值电压均为Ui。
全桥电路原理图
S1
ton
S2 O
t
O
T
t
uS1
2Ui
uSO2
t 2Ui
O
t
iS1
iSO2
t
iDO1
iL
t
iDO2
t iL
O
t
全桥电路的理想化波形
组合变流电路 (2)
z 如果S1、S4与S2、S3的导通时间不 对称，则交流电压uT中将含有直流分 量，会在变压器一次侧产生很大的直 流 分量，造成磁路饱和，因此全桥
加；
S关断后，W1绕组的电流被切 断，变压器中的磁场能量通过
W2绕组和VD向输出端释放。
电流连续模式：当S开通时，W2 绕组中的电流尚未下降到零。 输出电压关系：
U o = N 2 t on
Ui
N 1 t off
(8-2)
反激电路原理图
S ton
toff
O
t
uS
Ui
t
O
iS
t iVOD
t O
反激电路的理想化波形
组合变流电路 (2)
5. 推挽电路
工作过程
通推，挽在电绕路组中N两1和个N开,1关两S端1和分S别2交形替成导相位 相反的交流电压。
S1导通时，二极管VD1处于通态，电感
L的电流逐渐上升。
S2导通时，二极管VD2处于通态，电感
L电流也逐渐上升。
当两个开关都关断时，VD1和VD2都处 于通态，各分担一半的电流。S1和S2
3）双端电路的整流电路可以有多种形式，本章介绍了常用的全桥 和全波两种，它们具有各自的特点和不同的应用场合。
结束
Uo = N2 2ton Ui N1 T

电力电子技术学习重点提示(第四章)

电力电子技术学习重点提示(第四章)

一、DC-DC 变换的控制方式
1.时间比控制 DC-DC 变换中采用最多的控制方式，它是通过改变斩波器的通、断时间而连续控制输 出电压的大小。即
（4-1）
式中
为斩波周期 ；
为斩波频率；
为导通比。可以看出，改
变导通比 即可改变输出电压平均值 U0，而 比控制又有以下几种实现方式：
的变化又是通过对 T、ton 控制实现的。时间
图 4-8 Boost 变换器
电流连续时，Boost 变换器的输入、输出电压关系为
（4-17）
因为
，故为升压变换关系。
若忽略电路变换损耗，输入、输出功率相等
式中 I 为输入电流 平均值，I0 为输出电流 平均值，则可求得变换器的输入、输出电流关 系为
（4-18） 因此电流连续时 Boost 变换器相当一个升压的“直流”变压器。
电流断续时，设电流在 δ1T 时刻断续，则输入输出可表示为：
（4-25）
（4-26）
3.Boost-Buck（升降压型）变换器
Boost -Buck 变换电路如图 4-11 所示，其特点是： （1）输出电压 U0 可以小于（降压） 、 也可以大于（升压）输入电压 E； （2）输出电压与输入电压反极性。
图 4-4 Buck 变换器
电流连续时，Buck 变换器的输入、输出电压关系为：
（4-2）
因
，
故为降压变换关系。
若忽略电路变换损耗，输入、输出功率相等，有
式中 I 为输入电流 i 系为
（4-3） 因此电流连续时 Buck 变换器完全相当于一个“直流”变压器。
输入输出电压与占空比公式：
单极性调制与双极性调制方式的比较： 1）双极性调制控制简单，只要改变 位置就能将输出电压从+E 变到-E；而在单极性调制方 式中需要改变晶体管触发信号的安排。 2）当 H 桥输出电压很小时，双极性调制每个晶体管驱动信号脉宽都比较宽，能保证晶体管 可靠触发导通。 单极性调制时则要求晶体管驱动信号脉宽十分狭窄， 但过窄脉冲不能保证晶 体管可靠导通。 3）双极性调制时四个晶体管均处于开关状态，开关损耗大；而单极性调制时只有两个晶体 管工作，开关损耗相应小

电力电子技术课件05直流-交流(DC-AC)变换

电力电子技术课件05直流-交流(DC-AC)变换

第五章直流-交流（DC-AC）变换一、概述DC-AC变换器（无源逆变器)V1、V4和V2、V3轮流切换导通，u o为交变电压（1）电网换流 利用电网电压换流，只适合可控整流、有源逆变电路、交—交变频器（2）负载谐振式换流 利用负载回路中形成的振荡特性，使电流自动过零，只要负载 电流超前于电压时间大于t q ，即能实现换流，分串，并联。

VT 2、VT 3通后，u 0经VT 2、VT 3反向加在VT 1、VT 4上1. 晶闸管逆变电路的换流方式换流概念：直流供电时，如何使已通元件关断VT 1导通，C 充电左（-）右（+），为换流做准备； VT 2导通，C 上电压反向加至VT 1，换流，C 反向充电。

（3）强迫换流附加换流环节，任何时刻都能换流直接耦合式强迫换流2. 逆变电路的类型（1）电压源型逆变器电流源型逆变器电流源型逆变器功率流向控制（3）两类逆变器的比较比较点电流型电压型直流回路滤波环节电抗器电容器输出电压波形决定于负载，当负载为异步电动机时，近似为正弦波矩形输出电流波形矩形近似正弦波，有较大谐波分量输出动态阻抗大小续流二极管不需要需要过流及短路保护容易困难线路结构较简单较复杂适用范围适用于单机拖动，频繁加减速下运行，需经常反向的场合适用于多机供电不可逆拖动，稳速工作，快速性不高的场合二、强迫换流式逆变电路1.串联二极管式电流源型逆变器结构VT1～VT6为晶闸管C1～C6为换流电容VD1～VD6为隔离二极管2.工作过程（换流机理）（1）换流前运行阶段（2）晶闸管换流与恒流充、放电阶段（3）二极管换流阶段（4）换流后运行阶段diL dt引起三、逆变器的多重化技术及多电平化1. 多重化技术改善方波逆变的输出波形：中小容量：SPWM大容量：多重化技术思路：用阶梯波逼近正弦波（1）串联多重化特点：适合于电压源型逆变器二重化三相电压源逆变器单个三相逆变电路输出电压波形桥Ⅱ输出电压相位比桥Ⅰ滞后30º桥Ⅰ输出变压器△/Y,桥Ⅱ输出变压器△/Z变比为1变比为13二重化逆变电路输出电压比单个逆变电路输出电压台阶更多、更接近正弦。

直流直流变换器

直流直流变换器
利用软开关技术，如ZVS（零电 压开关）或ZCS（零电流开关）， 降低开关损耗，提高变换器的效
率。
热设计
热分析
对变换器进行热分析，确 定关键发热元件和最高温 度点，为散热设计提供依 据。
散热设计
根据热分析结果，选择适 当的散热方式，如自然散 热、强制风冷或液冷等。
热管设计
利用热管的高效传热特性， 将热量从发热元件传导至 散热器，提高散热效果。
直流-直流变换器
目录
• 引言 • 直流-直流变换器的分类 • 直流-直流变换器的应用 • 直流-直流变换器的设计与优化 • 直流-直流变换器的挑战与解决方
案 • 未来展望
01
引言
定义与作用
定义
直流-直流变换器是一种将直流电 能转换为另一种直流电能的装置 。
作用
在电力电子、通信、仪器仪表、 工业自动化等领域，直流-直流变 换器广泛应用于电压调节、电流 控制和电源管理等方面。
电磁兼容性（EMC）设计
滤波设计
在变换器输入和输出端加入滤波电路，抑制电磁 干扰的传播。
屏蔽设计
对关键电路和元件进行屏蔽，以减小电磁干扰的 影响。
接地设计
合理设计接地网络，降低地线回路的干扰电压， 提高系统的电磁兼容性。
05
直流-直流变换器的挑战 与解决方案
效率与体积的权衡
挑战
在设计和制造直流-直流变换器时， 需要权衡效率和体积。通常情况下， 更高的效率需要更大的体积和更复杂 的电路设计。
THANKS
感谢观看
多路输出直流-直流变换器的发展
随着多路输出电源需求的增加， 多路输出直流-直流变换器的发
展成为未来的重要方向。
多路输出直流-直流变换器能够 同时提供多路稳定、可调的直流 电压，满足各种不同设备的电源

电力电子技术第2章 交流-直流变换电路习题和答案K

一、选择题2-1、单相半波电阻性负载可控整流电路中，控制角α的最大移相范围是( D)A、0º-90°B、0º-120°C、0º-150°D、0º-180°2-2、单相半波可控整流电路输出最大直流电压的平均值等于整流前交流电压的（C）倍。

A 1，B 0.5，C 0.45，D 0.9.2-3、单相半控桥整流电路的两只晶闸管的触发脉冲依次应相差（A ）度。

A、180°，B、60°，C、360°，D、120°2-4、在单相桥式全控整流电路中，大电感负载时，控制角α的有效移相范围是（A）。

A、0°～90°B、0°～180°C、90°～180°2-5、普通的单相半控桥可控整流装置中一共用了（B ）晶闸管。

A 一只，B 二只，C 三只，D 四只。

2-6、在单相全控桥整流电路中，两对晶闸管的触发脉冲，应依次相差（A）度。

A 、180度；B、60度；C、360度；D、120度2-7、α为( C )度时，三相半波可控整流电路电阻性负载输出电压波形处于连续和断续的临界状态。

A，0度，B，60度，C，30度，D，120度，2-8、晶闸管触发电路中，若改变（B）的大小，则输出脉冲产生相位移动，达到移相控制的目的。

A，同步电压，B、控制电压，C、脉冲变压器变比。

2-9、三相半波可控整流电路的自然换相点是( B)A、交流相电压的过零点；B、本相相电压与相邻相电压正、负半周的交点处；C、比三相不控整流电路的自然换相点超前30°；D、比三相不控整流电路的自然换相点滞后60°。

2-10、α=（ 60度）度时，三相全控桥式整流电路带电阻负载电路，输出负载电压波形处于连续和断续的临界状态。

A、0度；B、60度；C、30度；D、120度；2-11、三相全控桥式整流电路带大电感负载时，控制角α的有效移相范围是（A）度。

电力电子技术_直流-直流变换技术


考虑到输出电压脉动很小，有 iL iC，且有一周期内电 容充放电平衡，根据ic波形，电容充电电荷Q为
1 1 1 I L Q I L T 2 2 2 8f
电容纹波峰峰值为： U
Q U d D(1 D ) OPP C 8 LCf 2 ——LC滤波器设计约束条件之一 U CPP 2u
Buck-Boost电路基本结构及CCM状态下等效电路
2.4 升降压变换器（Buck-Boost converter）
电感电流连续模式（CCM）工作波形分析
晶体管导通状态（0t t1=DT）
di I VT开通、VD关断，有： uL U d L L L L1 dt DT u (t ) U iC o o R R
2.2 降压式变换器（Buck Converter）
2.2 降压式变换器（Buck Converter）
电感电流断续模式（DCM）下工作参数分析
稳态时电感伏秒平衡，由波形图得：
(U d U o ) DT U o D T 0
'
D'
t s t1 T
电感平均电流等于输出直流电流，由波形图得：
2.1
概述
变压器隔离基本DC-DC变换器
正激式变换器(Forward Converter) 反激式变换器(Flyback Converter) 半桥式变换器(Half-Bridge Converter) 桥式变换器(Bridge Converter)
推挽变换器（Push-Pull converter)
有： uo Uo uripple (t ) Uo —— 小纹波近似
(稳态工作时，电容上的电压是直流分量和微小纹波的合成）

电力电子技术_交流-直流变换技术


电路稳态工作时，每组晶闸管均在另一组晶闸管触发
导通时才换流关断，每组晶闸管导通时间均为180º 。
25
26
4.3
单相桥式全控整流电路
大电感负载运行参数分析
交流电源电压 u2 2U2 sint 整流输出电压平均值
Udav 1



2U 2rms sintd(t )

直流电流平均值Idav
I dav U dav 0.9U 2rms 1 cos R R 2
23
4.3
单相桥式全控整流电路
I VTrms 2U 2rms U 2rms 1 2 ( R sint ) d(t ) 2 R 2
1

晶闸管的电流有效值（方均根值）

不控整流电路
i2=-id
i2=-id
4
4.2
不控整流电路
自然换流点的认识 0～时段
VD1、VD4导通，负载上得到正弦交流电压的正半波。
～2时段
VD2、VD3导通，负载上得到正弦交流电压的负半波 在0、、 2时刻，VD1、VD4与VD2、VD3的工作状态 （导通或阻断）由外部电源电压变化而自然变换，器件的这种 切换叫做换流或换相，对应的切换点（相应的时刻）叫做换流 点或换相点，由于不存在主动控制过程，这些换相点称为自然 换流点或自然换相点。
I VTrms
1 Id 2
变压器二次交流电流有效值
I 2rms Id
27
4.3
单相桥式全控整流电路
单相桥式全控整流电路带反电动势负载的工作波形
28
4.3
单相桥式全控整流电路
单相桥式全控整流电路带反电动势负载的工作分析

电力电子技术第5章 直流-直流变换电路


5.2 单管非隔离直流斩波器
5.2.1、降压式直流斩波电路
1、电路结构
电路中的VT采用IGBT；VD起续流作用，在VT关断时为 电感L储能提供续流通路；L为能量传递电感，C为滤波电 容，R为负载；Us为输入直流电压，U0为输出直流电压。
is
VT
- + UL
iL
L
iD
Us
VD
i0 + u0
CR
toff≥1，故负载上的输出电压U0高于电路输入电压Us，
该变换电路称为升压式斩波电路。
5.2.3 升降压式直流斩波电路
1、电路的结构
该电路的结构是储能电感L与负载R并联，续流二 极管VD反向串接在储能电感与负载之间。
iT VT
iD
iL +
uL
Us
L
-
VD
-
-
uC
u0
C
R
+ +
图5-9 升-降(压a)式斩波电路及工作波形
2、工作原理
2）在VT关断时，储能电感L两端电势极性变成左 负右正，VD转为正偏，电感L与电源Us叠加共同向 电容C充电，向负载R供能。如果VT的关断时间为
toff，则此时间内电感电压为 (U o U S ) 。
图5-8 Boost变换器电流连续工作模式波形图
3、基本数量关系
根据电感电压的伏秒平衡特性
图5-5 电流连续工作模式波形图
3、基本数量关系
根据电感电压的伏秒平衡特性 T
ton
T

uLdt uLdt uLdt 0
0
0
ton
设输出电压平均值为U0，则在稳态时，上式可以表达为：
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
UC 1 U0 (1 a )T 2 8C L
U0 IL (1 a )T L
6
4.2 基本DC－DC变换器
Boost(升压型)变换器
输出电压的平均值U0要大于输入电压E 主要用于开关稳压电源、直流电机能量 回馈制动
7
4.2 基本DC－DC变换器
电流连续时
8
4.2 基本DC－DC变换器
2、断续
I L 0 iLP
1
2 2
U0 a E a2 1 I L0 4 I LB max
U 0T ET ( 1 )1 1 4 I LB max1 2L 2L
5
4.2 基本DC－DC变换器
3、滤波器设计
UC UC 1 I LT C 8C
L
IL IL L U0 2 (1 a)T
15
4.3 晶闸管斩波器
1. 降压斩波器
16
4.3 晶闸管斩波器
(1)VT1，VT2均不通 , E经L1、VD1 ,L1,R对C 充电，如图（a）。 (2) 触通 VT 1 ，负载上有电压， VD 1 截至， C 无放电回路，如图（b） 。 (3)触通VT2，C经VT2与L1形成谐振，C放电 并反向充电,上(-)下(+), 负载仍有电压 ， 如图（c） 。 (4)uc=-E时，，ic=0，VT2断，uc经VD1反压 加至VT1，VT1关断，如图（d）。 (5)VT1断后，VD2通，C经L1、VD1、L2、 VD2回路谐振，uc由 -E上升到E，uc=E时， ic=0，停止向负载输出，如图（e） 。 (6)电源停止输出后，负载电流经VDF续流， 如图（f） 。
储存在L中的能量=转储到C中的能量+负载消耗的能量
18
4.3 晶闸管斩波器
电感中的能量∶
VT 通：Win E I L ton VT断 : Wout (U d E ) I L toff
输入-输出电压关系∶
由Win Wout，可得 Ud ton toff toff T E E E toff 1
19
4.3 晶闸管斩波器
3．斩波变阻
斩波器断∶ R=Rd+Rex 斩波器通∶ R=Rd
R

( Rd Rex ) toff Rd ton Rd Rex T toff T

Rd (toff ton ) Rex toff T
Rd Rex (1 )
20
4.4桥式可逆斩波器
ug1 ug2 o o o o t1 t2 t t t3 t4 t t
uLR uC iC


t t
17
iT1
o o
4.3 晶闸管斩波器
2 升压斩波器 利用电感中的储能释放时产生的电压来提高输出来提高输出电压
工作原理： (1) VT导通时，E加至L，L开始储能，iL上升；C向负载放电，并关断VD， uC下降； (2)VT关断时，iL方向不变，则其感应电势和E叠加后向负载供电，同时 向C充电， uC上升，且有：
电流断续时
I LB
U 0T 1 1 Eton 1 iLP [(1 a)U 0 ] aT a(1 a) 2 2 L 2L 2L9Biblioteka 4.2 基本DC－DC变换器
Boost-Buck(升降压型)变换器
10
4.2 基本DC－DC变换器
11
4.2 基本DC－DC变换器
CÚ K变换器
12
4.2 基本DC－DC变换器
13
4.2 基本DC－DC变换器
L1中电流变化
E L1
ton
I L12 I L11 ton
L1I1 E
I1 L1 ton
toff L1
I1
I1 E U C1
Eton （E－U C）toff L1 L1
U C1
E (1 2a ) 1 a
4.1 DC－DC变换的基本控制方式
瞬时值控制
1
4.2 基本DC－DC变换器
Buck（降压型）变换器
输出电压平均值U0恒小于输 入电压E 主要应用于开关稳压电源， 直流电机速度控制，以及 需要直流降压变换的环节
2
4.2 基本DC－DC变换器
1.直流连续时
（E U0 )ton U0toff 0
U0 ton ton E ton toff T
EI U0 I 0
I0 E 1 I U0 a
3
4.2 基本DC－DC变换器
电流断续时 1.临界断续
I LB 1 1 ( E U 0 )ton 1 iLP ( E U 0 ) T 2 2 L 2L
4
4.2 基本DC－DC变换器
14
4.2 基本DC－DC变换器
L2中的电流变化
U C1 U 0 L2
L2 L2 ton U C1 U 0
U C1
I L22 I L21 ton
I 2 L2 ton
I 2 U0
toff L2
U 0 (1 2a) a
U0 a E 1 a
I0 1 a I a
21
4.4桥式可逆斩波器
单极性脉宽调制
22
4.4桥式可逆斩波器
双极性脉宽调制
23