第五章 直流—交流（DC—AC）变换
5.1 逆变电路概述
5.1.1 晶闸管逆变电路的换流问题
DC—AC变换原理可用图5-1所示单相逆变电路来说明，其中晶闸管元件VT1、VT4，VT2、VT3成对导通。当VT1、VT4导通时，直流电源E通过VT1、VT4向负载送出电流，形成输出电压 左（+）、右（-），如图5-1（a）所示。当VT2、VT3导通时，设法将VT1、VT4关断，实现负载电流从VT1、VT4向VT2、VT3的转移，即换流。换流完成后，由VT2、VT3向负载输出电流，形成左（-）、右（+）的输出电压 ，如图5-1（b）所示。这两对晶闸管轮流切换导通，则负载上便可得到交流电压 ，如图5-1（c）波形所示。控制两对晶闸管的切换导通频率就可调节输出交流频率，改变直流电压E的大小就可调节输出电压幅值。输出电流的波形、相位则决定于交流负载的性质。
图5-1 DC—AC变换原理
要使逆变电路稳定工作，必须解决导通晶闸管的关断问题，即换流问题。晶闸管为半控器件，在承受正向电压条件下只要门极施加正向触发脉冲即可导通。但导通后门极失去控制作用，只有使阳极电流衰减至维持电流以下才能关断。
常用的晶闸管换流方法有：
（1）电网换流
（2）负载谐振式换流
（3）强迫换流
5.1.2 逆变电路的类型
逆变器的交流负载中包含有电感、电容等无源元件，它们与外电路间必然有能量的交换，这就是无功。由于逆变器的直流输入与交流输出间有无功功率的流动，所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求。在交—直—交变频电路中，直流环节的储能元件往往被当作滤波元件来看待，但它更有向交流负载提供无功功率的重要作用。
根据直流输入储能元件类型的不同，逆变电路可分为两种类型： 图5-4 电压源型逆变器图 5-5 无功二极管的作用
1．电压源型逆变器
电压源型逆变器是采用电容作储能元件，图5-4为一单相桥式电压源型逆变器原理图。电压源型逆变器有如下特点：
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
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，EM=20V，T=100μs,ton=50μs。
1）画出输出电压uo,输出电流io,流过器件V的电流iV以及流过二极管VD的电流iVD。
2）计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io，器件V上的平均电流IV，及二极管VD上的平均电流IVD。
题图3-1
2. 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Vo=110V；
直流-直流变流电路(dc-dc)的定义。
直流-直流变流电路简称DC-DC电路，是一种可以将直流电压进行升降转换的电路。DC-DC电路广泛应用于各种电子设备中，如电视机、电脑、手机、电子游戏机等等。
DC-DC电路是通过控制电路中电感、电容等元器件的工作状态实现电压升降，并控制输出电压稳定的。
DC-DC电路的作用以及应用如下几个方面：
1.电压升降转换
电子设备在不同的工作状态下需要不同的电压值，而DC-DC电路就能通过升降转换实现合理的供电，并确保电子设备的正常运行。
2.提高能源利用率
DC-DC电路能够有效地提高能源利用率，避免了众多电力损失，从而保证了电子设备的长期可用性，也有利于节约能源。
3.提高稳定性
DC-DC电路能够控制电压的稳定输出，保证各个元器件可以在有效的电压范围内工作，避免了元器件由于过电压或欠电压过载而损坏。
4.减小体积
DC-DC电路能够让电子设备尺寸更为精简小巧，符合现代化要求。总之，DC-DC电路是当前电子工业中不可或缺的一部分。通过不断地研发和创新，DC-DC电路必将产生更多的新应用，以满足技术的不断发展和社会的需求。
一、问答题
5-1、试说明直流斩波器主要有哪几种电路结构？试分析它们各有什么特点？
答：直流斩波电路主要有降压斩波电路（Buck），升压斩波电路（Boost），升-降压斩波电路（Buck-Boost）
和库克（Cuk）斩波电路。
降压斩波电路是输出电压的平均值低于输入电压的变换电路。它主要用于直流稳压电源和直流电
机的调速。
升压斩波电路是输出电压的平均值高于输入电压的变换电路。它可用于直流稳压电源和直流电机
的再生制动。
升-降压变换电路是输出电压的平均值可以大于或小于输入直流电压，输出电压与输入电压极性相
反。主要用于要求输出与输入电压反向，其值可大于或小于输入电压的直流稳压电源。
库克电路也属升-降压型直流变换电路，但输入端电流波纹小，输出直流电压平稳，降低了对滤波
器的要求。
5-2、简述图3-1基本降压斩波电路的工作原理。
输出电压电流波形。
图3-1基本降压斩波电路
答：时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压0=tEu=
0，负载电流按指数曲线上升。
0i
1tt=
时控制V关断，二极管VD续流，负载电压近似为零，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。 0u
5-3、根据下图简述升压斩波电路的基本工作原理。（图中设：电感L、与电容C足够大）
输出电流波形
图3-2 基本升压斩波
答：当V处于通态时，电源E向电感L充电，设充电电流为i
1，L值很大，i
1基本恒定，同时电容C向负载
供电，C很大，使电容器电压u
0基本不变，设V处于通态的时间为t
on，在t
on时间内，电感L上积蓄的能
量为EI
1t
on；
当V处于断态时，E与L同时向电容充电，并向负载R提供能量。设V处于断态的时间为t
off，在t
off时
间内L释放的能量为（U
0-E）I
1t
off，在一周期内L积蓄的能量与释放的能量相等。可求得：
E
tT
U
off=
0。分析不难看出该斩波电路是升压斩波电路。
5-4、简述升降压斩波电路的基本工作原理。
