GHR_电力电子技术课件_5

3、输入输出关系 周期T内，L积蓄的能量==L释放的能量
E ⋅ I1 ⋅ ton = (U o − E ) ⋅ I1 ⋅ toff
1
ton + toff T 1 1 即：U = E= E= E= E o toff toff 1−α β
β
— 升压比
Uo Io = R
5.1 基本斩波电路 5.1.2 升压斩波电路（Boost 变换器） 4、升压斩波电路的典型应用 当V导通期间， L从EM吸收并储存能量； 待V关断时，L中储能与EM一起向直流源 E传递，实现能量回馈； 在整个周期中，EM均在释放能量，流出 电流 i 产生制动力矩——再生制动！
实际上，该电路是Buck电路和Boost电路的组合。属于复合斩波电路。
5.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路 5.2.1 电流可逆斩波电路（半H桥斩波器）
当电能从电源输向负载时：如 蓄电池充电 由VT1、VD1组成的Buck电路工作, I0>0，电路工作于第一象限。 当负载向电源回馈能量时：如 蓄电池放电 由VT2、VD2组成的Boost电路工作, I0<0， 电路工作于第二象限。
5.1 基本斩波电路 5.1.3 升降压斩波电路 和 Cuk斩波电路 2、Cuk 电路
Boost 电路
5.1 基本斩波电路 5.1.3 升降压斩波电路 和 Cuk斩波电路 2、Cuk 电路
VT导通时的电流回路
VT关断时的电流回路
ton α Uo = ⋅U d = ⋅U d toff 1−α
5.1 基本斩波电路 5.1.4 Sepic斩波电路 和 Zeta斩波电路 1、Sepic 电路
∆I 0 max
Ud = 4⋅ L⋅ f
5.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路 5.2.1 电流可逆斩波电路（半H桥斩波器） 应用例1：不可逆直流调速系统——蓄电池车辆
Ud r0 n =α ⋅ − ⋅ I 0 = α ⋅ n0 − ∆n Ceφ Ceφ
开环机械特性： ——研教材 p.144 图2-31
ρ
(5-9) (5-10)
当 τ 很大时， ρ 和 αρ 都很小，e
I10 ≈ I20
α − m) E α ⋅ E − m⋅ E Uo − EM ( ≈ = = =I R R R
≈1− ρ 、e αρ ≈1−αρ ，可得：
o
上述数量关系也可从能量平衡角度推得——参见教材上p.121下半页式 (5-12) 另外，简单令I10≥0还可推得电流连续的条件为：
序：
将供电DC变换为另一符合幅值（固定或可调）和纹波等 参数与性能指标要求的DC。 DC / DC Converter 直接直流变流电路 DC—DC 间接直流变流电路 DC—AC—DC
直接直流变流电路也称斩波电路（DC Chopper） 通常情况下，直接直流变换电路的输入与输出之间不隔离， 故又称为非隔离型DC-DC变换。 间接直流变流电路中间增加了交流环节 通常，在交流环节中采用变压器实现输入输出间的隔离， 因此也称为隔离型DC-DC变换电路。
uG1.4 0 uG2.3 0 u0
Ud
0
t t U0 U0 t
Ud
i0
I0
0
I0=0 I0
t
△ I 要比单极性时大！
5.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路 5.2.3 多相多重斩波电路 按教材定义： 在电源和负载之间接入多个结构相同的基本斩波电路而构成。 相数 —— 一个控制周期中电源侧的电流脉波数 重数 —— 负载电流的脉波数 实际上属于斩波电路多重化技术。 多重化技术的发展背景: 功率容量扩充的要求——器件串/并联的难处：均压/均流问题 而单元电路的串/并联——多重化扩容 ——高压、大电流下开关变换——EMI强度高 而多重化技术可显著降低开关应力！ 提高波形质量的要求——高压、大电流下器件开关频率受限 ——输出波形脉动大；谐波（畸变）导致输入波形质量差； ——多重化技术可使在较低开关频率下获得高频控制的效果！ ——移相（错位）叠加——增大容量并谐波抵消！
解：由题目已知条件可得： 当ton=5µs时，有：
m=
EM 10 = = 0.1 E 100
τ=
L 0.001 = = 0.002 R 0.5
T ρ = = 0.01 αρ = 0.0025 τ
eαρ −1 e0.0025−1 = 0.01 = 0.249> m ，故输出电流连续 ρ e −1 e −1
本章内容： 5.1 基本斩波电路（非隔离型DC-DC变换） 5.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路 5.3 带隔离的DC-AC-DC变流电路
5.1 基本斩波电路 Buck、Boost、Buck-Boost、…… 5.1.1 降压斩波电路（Buck 变换器） 1、电路拓扑 2、（稳态）工作原理与波形
Cuk 电路
5.1 基本斩波电路 5.1.4 Sepic斩波电路 和 Zeta斩波电路 1、Sepic 电路
VT导通时的电流回路
VT关断时的电流回路
ton α Uo = ⋅U d = ⋅U d toff 1−α
5.1 基本斩波电路 5.1.4 Sepic斩波电路 和 Zeta斩波电路 1、Sepic 电路 2、Zeta 电路
5.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路 5.2.1 电流可逆斩波电路（半H桥斩波器） Buck与Boost两种工况的切换问题 ！
若按前述两部分电路独立控制——切换时必须 等待电感电流降至0 ！——短暂失控？！ 实用中——多采用VT1与VT2互补驱动方式！
5.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路 5.2.1 电流可逆斩波电路（半H桥斩波器） VT1与VT2互补驱动方式下的工作原理及波形
5.1 基本斩波电路 5.1.4 Sepic斩波电路 和 Zeta斩波电路 2、Zeta 电路
VT导通时的电流回路
VT关断时的电流回路
ton α Uo = ⋅U d = ⋅U d toff 1−α
5.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路 5.2.1 电流可逆斩波电路（半H桥斩波器）
可用于实现电能的双向传输 ！
PWM —— Pulse Width Modulation —— 脉冲宽度调制
简易调制电路及原理：
5.1 基本斩波电路 5.1.1 降压斩波电路（Buck 变换器） 5、Buck电路解析
d i1 d i2 L⋅ + R ⋅ i1 + E M = E L⋅ + R ⋅ i2 + E M = 0 dt dt t1 /τ αρ E e − 1 E E e −1 M τ = L/ R I10 = T /τ = ρ −m − (5-9) e − 1 R R e − 1 R ρ = T /τ − t1 /τ −αρ 1− e E EM 1 − e E I 20 = − = − m (5-10) −T /τ −ρ m= EM / E R 1− e R R 1− e
eαρ − 1 >m ρ e −1
5.1 基本斩波电路 5.1.1 降压斩波电路（Buck 变换器）
图5-1a所示降压斩波电路中，E=100V， L=1mH，R=0.5Ω，EM=10V，采用脉 例5-2： 宽调制控制方式，T=20µs，当ton=5µs时，计算输出电压平均值Uo，输出电流 平均值Io，计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。
直流电动机的再生制动 有源功率因数校正 APFC 光伏阵列最大功率点跟踪 MPPT
uGE
ton
T toff E i1 i2 i1 t t
uGE
ton
T
uO i
0
0
uO i
0
0
tx E i2
toff EM
t
i1
t
5.1 基本斩波电路 5.1.3 升降压斩波电路 和 Cuk斩波电路 1、Buck-Boost 电路
当i0＜0时：仍使V1与V2互补导通 但V3常通、V4常断！
5.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路 5.2.2 桥式可逆斩波电路（H全桥斩波器） 2、倍频式单极性PWM 器件开关频率不变，但倍频输出效果
同桥臂互补驱动，但两个桥臂 的驱动信号中心线错位90º ！
5.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路 5.2.2 桥式可逆斩波电路（H全桥斩波器） 3、双极性PWM全桥电路 斜对角两个器件同时驱动； 两对器件互补驱动。
5.1 基本斩波电路 5.1.1 降压斩波电路（Buck 变换器） 1、电路拓扑 2、（稳态）工作原理与波形
3、输入输出关系
1 U0 = T
∫
T
0
ton u0 ⋅ dt = ⋅E =α ⋅E T
U o − EM Io = R
α——称为 占空比 或 导通比 。也可用 D 表示。
5.1 基本斩波电路 5.1.1 降压斩波电路（Buck 变换器）
5.1 基本斩波电路 5.1.1 降压斩波电路（Buck 变换器） 5、Buck电路解析
τ = L/ R ρ = T /τ
m= EM / E
e t1 /τ − 1 E EM eαρ − 1 E I10 = T /τ = ρ −m − 1 R R e −1 R e −− 1 − e t1 /τ E EM 1 − e −αρ E I 20 = − = − m −T /τ −ρ R 1− e R R 1− e
应用例2：不间断电源（UPS）储/释能控制——研教材 p.146 图2-32
5.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路 5.2.2 桥式可逆斩波电路（H全桥斩波器）
典型应用：可逆直流调速系统
5.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路 5.2.2 桥式可逆斩波电路（H全桥斩波器） 1、单极性PWM 当i0＞0时：使V4常通、V3常断； 而V1与V2互补导通！
ton Uo = E =αE T