6 直流变换器.ppt

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1、第六章第六章.直流变换器（直流变换器（DC/DCDC/DC变换器）变换器）直流变换器是在直流电源与负载之间接直流变换器是在直流电源与负载之间接一由电力半导体器件构成的直流开关，一由电力半导体器件构成的直流开关，用它控制主电路的接通与断开，以将恒用它控制主电路的接通与断开，以将恒定的直定的直“斩斩”成断续（离散）的方波，成断续（离散）的方波，然后经滤波变为电压可调的直流电供给然后经滤波变为电压可调的直流电供给负载。它是一种直流电压幅值的变换装负载。它是一种直流电压幅值的变换装置，亦称置，亦称斩波器斩波器。6.1.6.1.斩波器原理和控制方式斩波器原理和控制方式16.1.1.斩波原理斩波原理26.

2、1.2.6.1.2.斩波器的控制方式斩波器的控制方式1.定频调宽定频调宽32 2.定宽调频定宽调频43 3.调调频调宽频调宽56.2.6.2.斩波器的基本电路斩波器的基本电路斩波器有降压式、升压式、升降压式等见种斩波器有降压式、升压式、升降压式等见种形式。形式。6.2.1.6.2.1.降压式（降压式（buckbuck）斩波器）斩波器buck chopper.swf6 输出的负载端平均电压输出的负载端平均电压E EO O可用下式表示：可用下式表示：式中：式中：t ton on：斩波开关导通时间；斩波开关导通时间；t toffoff ：斩波开关关断时间；斩波开关关断时间；T Tt tonont t

3、offoff ：斩波周期，斩波周期，其倒数其倒数 1 1T T f f为斩波频率；为斩波频率；E E：输入的恒定直流电源电压；输入的恒定直流电源电压；t ton on T T：斩波开关斩波开关通断比通断比（亦称（亦称占占空比空比），取值范围在），取值范围在0 0l l之间。之间。另外，另外，I=EI=EO O/R=E/R/R=E/R。76.2.2.6.2.2.升压式（升压式（boostboost）斩波器斩波器S S通：通：L L充电，充电，e eO O=0=0，C C放电；放电；S S断：断：L L续流，续流，e eL L反向，反向，C C充电，充电，E EO O=E+eE+eL L。若滤波电

4、容若滤波电容 C C足够大，输出电足够大，输出电E EO O可看成恒值，可看成恒值，波形如上图（波形如上图（b b）。）。8式中：式中：可称之为升压比。可称之为升压比。0 1；1 ；EEO 。96.2.3.6.2.3.升降式（升降式（buck-boostbuck-boost）斩波器斩波器S S通：通：L L充电，充电，VDVD截止，截止，C C向负载供电；向负载供电；S S断：断：L L续流，续流，L L向负载供电及给向负载供电及给C C充电。充电。10由上式可见，当通断比由上式可见，当通断比0.50.5时，电路为降压时，电路为降压式；而当式；而当0.50.5时，电路为升压武。时，电路为升压武

5、。比较该二式：比较该二式：116.3.6.3.负载为直流电动机时的斩波器结构负载为直流电动机时的斩波器结构当斩波器向直流电动机供电时，由于有制动和当斩波器向直流电动机供电时，由于有制动和正反转的要求，因而斩波器也有几种不同的结正反转的要求，因而斩波器也有几种不同的结构。构。6.3.16.3.1.单象限斩波器单象限斩波器12一般降压式斩波器向直流电动机一般降压式斩波器向直流电动机M M供电，只能供电，只能使电动机运行于电动状态，调电枢电压调速，使电动机运行于电动状态，调电枢电压调速，由于电流或电压不能反向，无法产生制动转矩，由于电流或电压不能反向，无法产生制动转矩，故电动机只有第一象限的机械特性

6、。故电动机只有第一象限的机械特性。当电动机负载较重时，二极管的续流不会降为当电动机负载较重时，二极管的续流不会降为零，电流是连续的；而如果负载较轻续流电零，电流是连续的；而如果负载较轻续流电流可能降为零，这时电流便出现断续。电流断流可能降为零，这时电流便出现断续。电流断续期间，续期间，VDVD截止，输出电压便为电动机的电枢截止，输出电压便为电动机的电枢反电势。反电势。136.3.2.6.3.2.两象限斩波器两象限斩波器两象限斩波器向直流电动机两象限斩波器向直流电动机M M供电，可使电动供电，可使电动机既能实现调压调速，又能实现再生制动。机既能实现调压调速，又能实现再生制动。146.2.36.2

7、.3.四象限斩波器四象限斩波器负压负压正压正压15其形状为桥式而称为其形状为桥式而称为H H型电路。它实际上是两型电路。它实际上是两组不可逆电路的组合。用于向电动机供电，可组不可逆电路的组合。用于向电动机供电，可实现电机的正反转和电动制动状态即四象限运实现电机的正反转和电动制动状态即四象限运行。行。该电路有两种工作方式。该电路有两种工作方式。（1 1）.单极性单极性PWMPWM若若S S1 1一直导通，一直导通，S S2 2、S S3 3一直关断，而对一直关断，而对S S4 4进行进行通断控制，则输出平均电压通断控制，则输出平均电压U UABAB为正；若为正；若S S3 3一直一直导通，导通，

8、S S1 1、S S4 4一直关断，而对一直关断，而对S S2 2进行通断控制，进行通断控制，则输出平均电压则输出平均电压U UABAB为负。可见，该电路可输为负。可见，该电路可输出正负两种电压平均值所以也称为出正负两种电压平均值所以也称为可逆输出可逆输出的直流变换电路的直流变换电路。16（2 2）.双极性双极性PWMPWM如果将如果将H H型电路的四只开关按对角线分成型电路的四只开关按对角线分成S S1 1、S S4 4和和S S2 2、S S3 3两组，同组开关同时导通和关两组，同组开关同时导通和关断，而两组交替通断，则在一个周期内，断，而两组交替通断，则在一个周期内，U UABAB正负相

9、间正负相间，电压波形如图，电压波形如图4.234.23（b b）所示。所示。这种控制方式称为双极性，它的输出平均电压这种控制方式称为双极性，它的输出平均电压等于正负脉冲电压面积之差，即等于正负脉冲电压面积之差，即176.4.6.4.输入与输出隔离的直流变换器输入与输出隔离的直流变换器斩波频率的提高，可以减少低频谐波分量，降斩波频率的提高，可以减少低频谐波分量，降低对滤波元器件的要求，减小装置体积和重量。低对滤波元器件的要求，减小装置体积和重量。因而直流变换器及直流因而直流变换器及直流PWMPWM控制技术开始在开控制技术开始在开关电源、直流调压、步进电机、直流调速与伺关电源、直流调压、步进电机、

10、直流调速与伺服系统中得到广泛应用。服系统中得到广泛应用。随着新型电力电子器件的发展，变流器的工作随着新型电力电子器件的发展，变流器的工作频率正逐步提高。频率正逐步提高。下面用下面用“S”S”表示电力电子器件。表示电力电子器件。186.4.l.6.4.l.单端反激式单端反激式单端：单端：是指变压器中只有单一方向的磁通，是指变压器中只有单一方向的磁通，仅工作在其磁滞回线的第一象限；仅工作在其磁滞回线的第一象限；反激：反激：是指开关器件导通时，变压器的一次是指开关器件导通时，变压器的一次侧线圈仅作为电感储存能量，没有能量传送侧线圈仅作为电感储存能量，没有能量传送到负载到负载S S接通：接通：N N1

11、 1储能，储能，VDVD截止，截止，C C供电；供电；S S关断：关断：N N2 2放电，负放电，负载由载由N N2 2供电，供电，C C充电。充电。19可见，可见，单端反激式直流变换器是隔离的升单端反激式直流变换器是隔离的升降式直流变换器。降式直流变换器。：通断比通断比根据分析，可推出：根据分析，可推出：206.4.2.6.4.2.单端正激式单端正激式输出电压为：输出电压为：E EO O=u=u2 2=E/n=E/n为降压式直流变换器。为降压式直流变换器。216.4.3.6.4.3.推挽式推挽式推挽电路可以着成是完全对称的两个单端正激推挽电路可以着成是完全对称的两个单端正激式直流变换电路组合

12、而成，式直流变换电路组合而成，S1S1、S2S2交替通断。交替通断。正压：正压：U U2+2+=（N N2 2/N/N1111）*E*E、负压：负压：U U2-2-=（N N2 2/N/N1212）*E*E，再整流、滤波得再整流、滤波得U UO O。226.4.46.4.4.半桥式半桥式两个大电容两个大电容C1C1、C2C2串联在电源上获得串联在电源上获得E/2E/2电压。电压。两开关器件也以推挽方式工作。两开关器件也以推挽方式工作。U U2 2=E/2n=E/2n。236.5.6.5.直流直流PWMPWM的控制的控制直流变换电路中，首先必须产生脉冲宽度可变直流变换电路中，首先必须产生脉冲宽度可变的控制信号。这一般是采用锯齿波或三角波与的控制信号。这一般是采用锯齿波或三角波与直流控制电压（称为给定电压）相叠加的方法。直流控制电压（称为给定电压）相叠加的方法。其时输入为可调电压，输出为宽度可变的脉冲，其时输入为可调电压，输出为宽度可变的脉冲，通常称为通常称为脉冲宽度调制脉冲宽度调制（PWMPWM）。）。24