第3章 直流斩波电路 (2)优秀课件.ppt
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1、第第3章章 直流斩波电直流斩波电路路(2)1第1页,本讲稿共35页第第3章章 直流斩波电路直流斩波电路引言引言直流斩波电路(DC Chopper)将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。也称为直流-直流变换器(DC/DC Converter)。一般指直接将直流电变为另一直流电,不包括直流交流直流。电路种类6种基本斩波电路:降降压压斩斩波波电电路路、升升压压斩斩波波电电路路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。复合斩波电路不同结构基本斩波电路组合。多相多重斩波电路相同结构基本斩波电路组合。第2页,本讲稿共35页直流斩波电路的应用直流斩波电路的应用相控电路用于
2、直流调速的缺点(1)功率因数低,电网质量下降(2)输出滤波电感大(3)系统快速性差 采用斩波电路后,能够克服上述缺点。开关电源 传统的线性电源效率低、体积大和可靠性差。3第3页,本讲稿共35页3.1 基本斩波电路基本斩波电路3.1.1 降压斩波电路降压斩波电路3.1.2 升压斩波电路升压斩波电路3.1.3 升降压斩波电路和升降压斩波电路和Cuk斩波电路斩波电路3.1.4 Sepic斩波电路和斩波电路和Zeta斩波电路斩波电路 第4页,本讲稿共35页3.1.1 降压斩波电路降压斩波电路 电路结构 全控型器件 若为晶闸管,须有辅助关断电路。续流二极管负载出现的反电动势典型用途之一是拖动直流电动机,
3、也可带蓄电池负载。降压斩波电路降压斩波电路(Buck Chopper)5第5页,本讲稿共35页3.1.1 降压斩波电路降压斩波电路工作原理工作原理c)电流断续时的波形EV+-MRLVDioEMuoiGtttOOOb)电流连续时的波形TEiGtontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEiGiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMa)电路图图3-1 降压斩波电路得原理图及波形t=0时刻驱动V导通,电源E向负载供电,负载电压uo=E,负载电流io按指数曲线上升。t=t1时控制V关断,二极管VD续流,负载电压uo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
4、负载电流连续且脉动小。动画演示。6第6页,本讲稿共35页3.1.1 降压斩波电路降压斩波电路数量关系数量关系电流连续负载电压平均值:(3-1)(3-2)tonV通的时间通的时间 toffV断的时间断的时间 a-导通占空比导通占空比 电流断续,Uo被抬高,一般不希望出现。负载电流平均值:第7页,本讲稿共35页3.1.1 降压斩波电路降压斩波电路斩波电路三种控制方式T不变,变ton 脉冲宽度调制(PWM)。ton不变,变T 频率调制。ton和T都可调,改变占空比混合型。此种方式应用最多第2章2.1节介绍过:电力电子电路的实质上是分时段线性电路的思想。基于“分段线性”的思想,对降压斩波电路进行解析。
5、分V处于通态和处于断态初始条件分电流连续和断续第8页,本讲稿共35页l 基于“分段线性”的思想,对降压斩波电路进行解析V为通态期间通态期间,设负载电流为i1,可列出如下方程:(3-3)设此阶段电流初值为I10,=L/R,解上式得(3-4)3.1.1 降压斩波电路降压斩波电路c)电流断续时的波形EV+-MRLVDioEMuoiGtttOOOb)电流连续时的波形TEiGtontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEiGiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMa)电路图第9页,本讲稿共35页V为断态期间断态期间,设负载电流为i2,可列出如下方程:(3-5)设此阶段电
6、流初值为I20,解上式得:(3-6)由式(3-4)、(3-6)、(3-7)和(3-8)得出:;此时,(3-7)(3-8)3.1.1 降压斩波电路降压斩波电路第10页,本讲稿共35页用泰勒级数近似上式表示了平波电抗器L为无穷大,负载电流完全平直时的负载电流平均值Io,此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。3.1.1 降压斩波电路降压斩波电路(3-11)(3-10)(3-9)第11页,本讲稿共35页3.1.1 降压斩波电路降压斩波电路同样可以从能量传递关系出发进行的推导 由于L为无穷大,故负载电流维持为Io不变 电源只在V处于通态时提供能量,为 在整个周期T中,负载消耗的能量为输出功率等于输入功
7、率,可将降压斩波器看作直流降压变压器。一周期中,忽略损耗,则电源提供的能量与负载消耗的能量相等。第12页,本讲稿共35页3.1.1 降压斩波电路降压斩波电路 负载电流断续的情况:负载电流断续的情况:I10=0,且t=ton+tx,i2=0式(3-7)式(3-6)(3-16)tx1,输出电压高于电源电压,故为升压升压斩波电路。升压比;升压比的倒数记作b,即。b和a的关系:因此,式(3-21)可表示为 (3-23)(3-22)第16页,本讲稿共35页3.1.2 升压斩波电路升压斩波电路电压升高得原因:电感L储能使电压泵升的作用 电容C可将输出电压保持住如果忽略电路中的损耗,则由电源提供的能量仅由负
8、载R消耗,即:。(3-24)与降压斩波电路一样,升压斩波电路可看作直流变压器。输出电流的平均值Io为:(3-25)电源电流的平均值Io为:(3-26)第17页,本讲稿共35页3.1.2 升压斩波电路升压斩波电路2)升压斩波电路典型应用一是用于直流电动机传动二是用作单相功率因数校正(PFC)电路三是用于其他交直流电源中ttTEiOOb)a)i1i2I10I20I10tontofftOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI20uo图3-3 用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形 a)电路图 b)电流连续时 c)电流断续时用于直流电动机传动再生制动时把电能回馈给直流电源。电动
9、机电枢电流连续和断续两种工作状态。直流电源的电压基本是恒定的,不必并联电容器。动画演示。第18页,本讲稿共35页3.1.2 升压斩波电路升压斩波电路数量关系当V处于通态时,设电动机电枢电流为i1,得下式:(3-27)当V处于断态时,设电动机电枢电流为i2,得下式:(3-29)当电流连续时,考虑到初始条件,近似L无穷大时电枢电流的平均值Io,即(3-36)该式表明,以电动机一侧为基准看,可将直流电源电压看作是被降低到了 。第19页,本讲稿共35页3.1.2 升压斩波电路升压斩波电路如图3-3c,当电枢电流断续时:当t=0时刻i1=I10=0,令式(3-31)中I10=0即可求出I20,进而可写出
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