直流直流变换器2.pptx
3.3 直流降压升压变换器(Buck-Boost变换器）3.4 直流升压降压变换器（CUK变换器）缺点：输入输出电流脉动大；优点：输入输出电流脉动小；第1页/共33页3.5 两象限、四象限直流直流变换器 IdUd第一象限：Ud0,Id0第二象限：Ud0,Id0第三象限：Ud 0,Id 0 第四象限：Ud 0第2页/共33页直流电动机的特性直流电机电枢绕组的反电势Ea与其励磁磁通和转速N的乘积成正比：l 电枢电压平衡方程为：转速高低由电枢电压的大小决定，转速方向由电枢电压的方向决定。l 电机的转矩方程为：转矩大小由电枢电流的大小决定，转矩方向由电枢电流的方向决定。l 转矩方向与电机转向相同为电动状态，反之为制动状态第3页/共33页直流电机的四象限运行ffeABeABaABKVKIRVN-=ABTeIKTf=图3.12 四象限直流直流变换器对直流电机电枢供电)(ABAVV)(ABAII第一象限第四象限第三象限第二象限dVBAIBAIABeTN+aEdVABIABABI+aEeTNABBAIeTN+aE-dVABABI+aE-dVABIeTN(d)第4页/共33页3.5.1 两象限直流直流变换器UAB始终大于零工作状态：iAB可正可负电机转向始终为正电磁转矩可正可负电动制动第5页/共33页第一象限工作工作模式：降压（将Vd的电压降低后送到负载）输出电压方向：正向输出电压大小：输出电流方向：正向 电机运行于正向电动状态，能量由输入直流电源供向负载。第6页/共33页第二象限工作工作模式：输出电压方向：正向输出电压大小：输出电流方向：负向 电机运行于正向制动状态，能量由负载向直流输入电源回馈。升压（将负载的电压升高后向Vd回馈电能）第7页/共33页3.5.2 四象限直流直流变换器 第8页/共33页第三、四象限运行等效电路第9页/共33页第三象限工作降压工作模式：降压（将Vd的电压降低后送到负载）输出电压方向：反向（VAB0）输出电压大小：输出电流方向：反向 电机运行于反向电动状态，能量由直流输入电源供向负载。第10页/共33页第四象限升压工作模式：输出电压方向：正向输出电压大小：输出电流方向：负向 电机运行于反向制动状态，能量由负载供向直流输入电源。升压（将负载的电压升高后向Vd回馈电能）第11页/共33页四象限直流直流变换器 第12页/共33页3.6 多相、多重直流直流变换器 q把几个结构相同的基本变换器适当组合可以构成另一种复合型直流直流变换器，称之为多相、多重直流直流变换器。q假定复合型变换器中开关管控制周期为TS，开关频率为，如果在一个TS周期中电源侧电流id(t)脉动n次，即id(t)脉动频率为nf，则称之为n相变换器。q如果在一个TS周期中负载电流i0(t)脉动m次，即i0(t)脉动频率为mf，则称之为m重变换器。第13页/共33页多相、多重直流直流变换器原理 图3.13 三相、三重复合型直流直流变换器第14页/共33页3.7 带隔离变压器的DC-DC变换器引入隔离变压器目的:实现输入电源和负载的电气隔离(提高安全可靠性和电磁兼容性)匹配输入电压和输出电压输出多个不同的直流电压ovDDoVL2(b)单端正激DC/DC变换器*dVLi2i3i1i3OAN1N2N3D1FDCsiTCHB(a)Buck 变换器RDdVsiCLT第15页/共33页3.7.1 隔离型Buck变换器单端正激变换器 单端变换器变压器磁通仅在单方向变化正激变换器开关管导通时电源将能量直接传送给负载(b)单端正激DC/DC变换器*dVLi2i3i1ioVLD3ovOAN1N2N3D1D2FDCsiTCHB第16页/共33页T导通：Ton=DTs,N2、D2导电，N3、D1、D3截止：LovDR单端正激DC/DC变换器（T导通）*dVLi2i1ioVOAN1N2D12FDCsiTCHB第17页/共33页T截止：减小；感应电势使D2截止；变压器激磁电流突变为零，过高的感应电压（很大）易使T损坏，为此增加绕组N3，T导电时D3反偏无作用。T截止时激磁电流下降，将 N3感应电势经D3反送至电源，进一步减小到零;经D1续流。单端正激DC/DC变换器（T截止）*dVLi2i3i1ioVLD3ovN1N2N3D1D2siTCH HB B+-第18页/共33页输出电压表达式推导 T Tonon=DT=DTs s期间期间ovD(b)单端正激DC/DC变换器*dVLi2i3i1ioVLD3O OA AN1N2N3D12F FD DC CsiTCH HB Bl l T Toffoff =(1-D)T=(1-D)Ts s期间期间 第19页/共33页开关管两端的最大电压 T T两端的反压为两端的反压为：ovD(b)单端正激DC/DC变换器*dVLi2i3i1ioVLD3O OA AN1N2N3D12F FD DC CsiTCH HB B第20页/共33页最大运行导通比Ton=DTs期间 ovD(b)单端正激DC/DC变换器*dVLi2i3i1ioVLD3O OA AN1N2N3D12F FD DC CsiTCH HB B磁通增量 Toff=(1-D)Ts期间 最大可能磁通减量 第21页/共33页最大运行导通比(续)ovD(b)单端正激DC/DC变换器*dVLi2i3i1ioVLD3O OA AN1N2N3D12F FD DC CsiTCH HB B通常取 N3=N1，故工作中的最大占空比 Dmax=0.5 因此T的反压 第22页/共33页双管正激变换器T1和T2具有相同的占空比；T1、T2导通时，D1、D2反偏截止，电源通过变压器向负载输送能量；T1、T2截止时，iL经D续流，变压器激磁电流经D1、D2返回电源，起去磁作用。不需要专门的去磁绕组;多一个开关管；开关管上承受的电压仅为Vd，小于单管变换器。(c)双管正激变换器*T2T1D2D1CLDdVLiN1第23页/共33页3.7.2 3.7.2 隔离型隔离型Buck-BoostBuck-Boost变换器变换器单端反激变单端反激变换器换器 反激变换器反激变换器开关管导通时电源将电能转为磁能储存在电感（变压器）中，当开关管关断时再将磁能变为电能传送到负载 单端变换器单端变换器变压器磁通仅在单方向变化(a)BuckBoost变换器dV-+RCLTD第24页/共33页T导通时的关系式N1*为正，D1截止，单端反激变换器（T导通）*dV2iH HO OTL1N2N1D1F FD DA ARC-+oVL2第25页/共33页T阻断时的关系式单端反激变换器（T 阻断）*dV2iH HO OTL1N2N1D1F FD DA ARC-+oVL2电感电流如何？第26页/共33页综合通、断两种情况的关系式在T阻断期结束，T再次开始导通的瞬间，电流从N2的转到N1绕组的电流初值为 ，所以稳态运行时在一个周期TS中增加的磁通应等于减少的磁通量，所以得到输出直流电压平均值 N1绕组的最大电流：第27页/共33页稳态运行时输出直流电压N1绕组的最大电流：反激变换器反激变换器第28页/共33页关系式（续1）N2绕组的最小电流电流 不断流的条件 ，所以有第29页/共33页关系式（续2）开关管阻断、D1导通时承受的正向电压+第30页/共33页关于单端反激变换器的总结关于单端反激变换器的总结关于单端反激变换器的总结关于单端反激变换器的总结在负载为零的极端情况下，由于T导通时储存在变压器电感中的磁能无处消耗，故输出电压将越来越高，损坏电路元件，所以反激式变换器不能在空载下工作。不需要专门的去磁绕组，电路简单。依靠变压器绕组电感在开关T阻断时释放存储的能量而对负载供电，磁通也只在单方向变化，因此通常仅用于100-200W以下的小容量DC/DC变换（如控制系统所需的辅助电源）。不需要专门的去磁绕组;双管单端反激变换器多一个开关管；开关管上承受的电压仅为Vd，小于单管变换器。第31页/共33页双管反激变换器T1、T2同时导通、同时阻断；导通时将电源能量储存在变压器中，阻断时储存的能量送给负载，原方绕组电流通过D1、D2和电源续流、去磁。T1、T2所承受的最高电压仅为电源电压Vd(c)双管反激变换器*T2T1D2D1CdVD第32页/共33页感谢您的观看！第33页/共33页
