直流-直流变换器课件.ppt

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1、第四章DC-DC变换电路第五节Cuk斩波电路第四节升降压斩波电路第三节升压斩波电路第二节降压斩波电路第一节直流斩波电路的工作原理内容提要与目的要求第六节降压式变换器SIMULINK仿真1内容提要与目的要求了解直流斩波器的工作原理及控制方式。掌握直流斩波器的基本电路、波形分析及电路参数计算。重点：掌握各种斩波电路的波形分析及工作原理。2第一节直流斩波电路的工作原理一、直流斩波的概念及分类二、基本斩波电路的工作原理3一、直流斩波的概念及分类概念：将一个固定电压的直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电称之

2、为DC－DC变换，而实现这种功能的电路称之为直流斩波电路(DCChopper)或称直流一直流变换器（DC／DCConverter）。优点：直流斩波器具有效率高、体积小、重量轻、成本低等。应用：用于直流牵引变速拖动中，如无轨电车、地铁列车、电动汽车的控制；用于直流开关电源和电池供电的设备中，如通信电源、电子笔记本，计算器等。4分类：包括6种基本斩波电路：降压斩波电路（BuckChopper）升压斩波电路（BoostChopper）升降压斩波电路（Boost-BuckChopper）Cuk斩波电路Sepi

3、c斩波电路Zeta斩波电路其中前两种是最基本的电路，本章将对这两种电路作重点介绍，并在此基础上介绍升降压斩波电路和Cuk斩波电路。5二、基本斩波电路的工作原理最基本的降压斩波电路，以阻性负载为例。当开关（S）合上（即电力电子器件导通）时，直流电压加到负载R上，并持续ton时间。当开关（S）断开（即电力电子器件关断）时，负载上的电压为零，并持续toff时间，T＝ton+toff为斩波电路的工作周期，其输出波形如图4-1所示。6由波形图可得输出电压平均值为ton为S闭合（导通）时间；toff为S断开（关断

4、）时间；T＝ton+toff为斩波电路的工作周期；α为导通占空比，简称占空比或导通比，α＝ton/T当α从0变到1时，输出电压平均值从零变到Ud，输入电流的平均值将是输出电流平均值的α倍。可以看出，输出到负载的电压平均值UO与E及α有关，可以通过改变α来调节UO。其输出电压有效值为（4-1）（4-2）7若认为斩波器（S）是无损的，则输入功率应与输出功率相等，即（4-3）从直流电源侧看的等效电阻为（4-4）8三种控制方式据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路可以有三种控制方式。保持开关周期T不变

5、，调节开关导通时间ton，称为脉冲宽度调制（PulseWidthModulation，缩写为PWM）或脉冲调宽型。保持开关导通时间ton不变，改变开关周期T，称为频率调制或调频型ton和T都可调，使占空比改变，称为混合型。其中脉宽调制方式应用最多，因为采用频率调制方式容易产生谐波干扰，而且滤波器设计也比较困难。9图4-2带感性负载斩波电路当斩波器带感性负载时，应采用图4-2所示电路。图4-1和图4-2都是降压斩波电路。10第二节降压斩波电路一、降压斩波电路工作原理二、主要数量关系11一、降压斩波电路工

6、作原理降压斩波电路（BuckChopper）的原理图如图4-3（a）所示。该电路使用一个全控型器件V，图中所用为IGBT，也可以是其它器件。若采用晶闸管，则需设置使晶闸管关断的辅助电路。图中VD为续流二极管，其作用是在V关断时给负载中的电感电流提供通道。作为降压电路，其输出电压平均值Uo小于输入电压Ud。通过电感中的电流可以连续，也可以不连续，取决于开关频率、滤波电感L和负载电流Io的大小。121.电感电流连续在电路的输入端加电压后，需经过一段比较短的时间，才进入稳定工作状态。暂态过程十分复杂，下面只

7、分析稳态过程。图4-3（b）给出了该电路的两种不同的电路工作模式，一个周期中其工作过程按时间了分成两个时间段，分别对应两个模式。动画13(1)工作模式1（0≤t≤t1=αT）设t=0时刻，V管被激励导通，VD管要承受反压，故电流IVD迅速下降，而V管电流迅速上升。此过程开关时间很短，可认为瞬间完成。此时电路工作于模式1，如图4-3（b）所示。在V管接通的t1时间内，V管流过的电流就是电感电流，若假定这期间Uo不变，则电感L中的电流直线上升，能量储存于电感中。则有（4-5）（4-6）动画14（2）工作模

8、式2（t1=αT≤t≤T）设t=t1时刻，控制V关断，电感电流经二极管VD续流，此时VD导通，电路工作于模式2，如图4-3（b）所示。假设此时电感电流io按直线规律下降，电感释放能量。则有（4-7）（4-8）动画15至一个周期T结束，再驱动V导通，重复上一个周期的过程。为了使电流连续且脉动小通常使串联的电感L值较大，电路工作在稳态时可使负载电流在一个周期的初值和终值相等。电流连续时波形如图4-3（c）所示。动画162.电感电流断续若电路中L值较小或负载很