电力电子技术第十四次.ppt

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1、第第3 3章章 DC/DCDC/DC变换电路变换电路 3.23.2基本的直流斩波电路基本的直流斩波电路 3.33.3复合斩波电路复合斩波电路 3.4 3.4 变压器隔离的直流变压器隔离的直流直流变换器直流变换器 3.13.1直流直流PWMPWM控制技术基础控制技术基础返回第第3 3章章 DC/DCDC/DC变换电路变换电路 直流变换直流变换将直流电能(DC)转换成另一固定电压或电压可调的直流电能。基本的直流变换电路：基本的直流变换电路：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、库克变换电路 重点：重点：电路结构、工作原理及主要数量关系 第第3 3章章 DC/DCDC/DC变换电路变换电路 直

2、流变换直流变换将直流电能(DC)转换成另一固定电压或电压可调的直流电能。直流变换电路直流变换电路完成直流变换的电路。直流变换器直流变换器实现直流变换的装置。3.13.1直流直流PWMPWM控制技术基础控制技术基础3.1.1 3.1.1 直流变换的基本原理及直流变换的基本原理及PWMPWM概念概念 直流变换问题的提出直流变换问题的提出直流调速：需要可变的直流电压直流调速：需要可变的直流电压直流供电电压一定直流供电电压一定，而负载需要不同电压而负载需要不同电压直流升压：太阳能电池输出电压较低，需要直流升压：太阳能电池输出电压较低，需要 变换到较高电压再变换为直流变换到较高电压再变换为直流3.13.

3、1直流直流PWMPWM控制技术基础控制技术基础3.1.1 3.1.1 直流变换的基本原理及直流变换的基本原理及PWMPWM概念概念 （1）开关管）开关管T导导通通时时，R两端两端电压电压 uo=US开关管开关管仅两种工作状态：仅两种工作状态：导导通通与断开与断开开关管开关管IGBT导导通通条件：条件：UG0基本的直流基本的直流变换电变换电路路ioUSiSuoRT开关管开关管T导导通通等效电路等效电路ioUSiSuoRT3.13.1直流直流PWMPWM控制技术基础控制技术基础3.1.1 直流变换的基本原理及直流变换的基本原理及PWM概念概念（2）开关管）开关管T断开断开时时，R两端两端电压电压

4、uo=0开关管开关管仅两种工作状态：仅两种工作状态：接通接通与断开与断开开关管开关管IGBT断开控制：断开控制：UG=0基本的直流基本的直流变换电变换电路路ioUSiSuoRT开关管开关管T断开等效电路断开等效电路ioUSiSuoRT3.1.1 3.1.1 直流变换的基本原理直流变换的基本原理及及PWMPWM概念概念R两端平均两端平均电压电压：控制一周期中导通时间比例可控制输出平均电压开关管开关管IGBT控制电压控制电压R两端两端电压电压波形波形基本的直流变换电路基本的直流变换电路ioUSiSuoRT3.1.1 3.1.1 直流变换的基本原理及直流变换的基本原理及PWMPWM概念概念 定义上述

5、电路中定义上述电路中导通占空比导通占空比D为为:通过控制占空比控制输出电压R两端两端平均平均电压电压：导通占空比导通占空比占空比占空比导通比导通比改变改变占空比占空比D D有三种基本方法：有三种基本方法：3.1.1 3.1.1 直流变换的基本原理及直流变换的基本原理及PWMPWM概念概念脉冲频率调制脉冲频率调制(PFM)PFM)维维持持ton不不变变，改，改变变TS。改改变变TS就改就改变变了了输输出出电压电压周期或周期或频频率。率。tonTS1uttonTS2ut改变占空比改变占空比D D有三种基本方法：有三种基本方法：3.1.1 3.1.1 直流变换的基本原理及直流变换的基本原理及PWMP

6、WM概念概念脉冲宽度调制脉冲宽度调制(PWM)PWM)维持维持TS不变，改变不变，改变ton在这种方式中，输出在这种方式中，输出电压波形的周期不变，电压波形的周期不变，仅改变脉冲宽度。仅改变脉冲宽度。有利于滤波器的设计ton1TSutton2TSut改变占空比改变占空比D D有三种基本方法：有三种基本方法：3.1.1 3.1.1 直流变换的基本原理及直流变换的基本原理及PWMPWM概念概念混合脉冲宽度调制混合脉冲宽度调制脉冲周期脉冲周期TS与与宽度宽度ton均改变均改变。广广义义的脉冲的脉冲宽宽度度调调制技制技术术包含上包含上述三种控制方式述三种控制方式ton1TSutton2TS2ut3.2

7、3.2基本的直流变换电路基本的直流变换电路 3.2.1 降压斩波电路3.2.2 升压斩波电路3.2.3 升降压斩波电路3.2.4 库克变换电路返回3.23.2基本的直流基本的直流变换电路电路 基本的直流变换电路：基本的直流变换电路：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、库克变换电路 介绍内容：1、电路结构2、工作原理3、主要波形4、基本数量关系3.23.2基本的直流斩波电路基本的直流斩波电路 3.2.1 3.2.1 降压变换电路降压变换电路 降压变换电路输出电压的平均值低于输入直流降压变换电路输出电压的平均值低于输入直流电压，又称为电压，又称为BuckBuck型变换器。型变换器。?D、L

8、、C作用降压变换电路降压变换电路IGBT实现实现USiSiLuoioRLCTDUSiSiLuoioRLCSD降压变换电路结构降压变换电路结构3.2.1 降压变换电路降压变换电路1 1 降压变换电路工作原理降压变换电路工作原理（1）T导通情形电感电压uL=US uo，在该电压的作用下，电感电流iL线性增长，电感储能增加电源能量向电感、负载传递USiSiLuoioRLCTDT导通等效电路USiSiLuoioRLCTD3.2.1 降压变换电路降压变换电路1 降压变换电路工作原理降压变换电路工作原理（2）T 断开情形-电流连续电感电压uL=uo，在该电压的作用下，电感电流iL线性下降，电感储能减少电感

9、储能向电容、负载转移USiSiLuoioRLCTDT断开等效电路（iL0)DUSiSiLuoioRLCT3.2.1 3.2.1 降压变换电路降压变换电路1 1 降压变换电路工作原理降压变换电路工作原理（2）T 断开情形-电流断续电感电压uL=0，电容向负载供电电容储能向负载转移T一周期中导通时间愈长，向电感转移的能量愈多，向负载转移的能量也愈多，即输出电压愈高控制开关管导通占空比可控制输出电压USiSiLuoioRLCTDT断开等效电路（iL=0)iLDUSiSuoioRLCT3.2.1 3.2.1 降压变换电路降压变换电路1 1 降压变换电路工作原理降压变换电路工作原理输出电压在0电源电压之

10、间可调降压变换电路降压变换电路特殊情形：T常断开特殊情形：T常导通USiSiLuoioRLCTD稳态：电感电压uL=0 负载电压u0=0稳态：电感电压uL=0 负载电压u0=US2 主要波形分析3.2.1 3.2.1 降压变换电路降压变换电路理论基础电路理论基本方法分段线性分析 （重点是根据开关情况确定等效电路）假设条件：1、器件是理想的（不考虑开关时间、导通压降等）2、输出滤波电容较大，输出电压基本平直2 主要波形电感电流连续情形电感电流连续情形：iL0降压电路T导通等效电路uG0T断开等效电路uG=02 2 主要波形主要波形电感电流连续情形电感电流连续情形数学模型数学模型:初值条件初值条件

11、?假设假设uC=Uo=常数常数iL线性增加线性增加uGtuLtiLiMimtiCtT导通等效电路导通等效电路+uo-+uL -T导通波形2主要波形主要波形电感电流连续情形电感电流连续情形数学模型数学模型:初值条件初值条件?假设假设uC=Uo=常数常数iL线性减少线性减少toffiLuGttonuLtiCtimtiMT断开等效电路断开等效电路+uo-+uL -主要波形3 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形(1)平均输出电压平均输出电压Uo(2)平均输出电流平均输出电流Io表现系统主要性能指标的量：表现系统主要性能指标的量：(3)电感电流纹波电感电流纹波D DIL(4)负

12、载电压纹波负载电压纹波D DUO主要器件承受的电压、电流等量可根据波形确定主要器件承受的电压、电流等量可根据波形确定3 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形uLuGiLiCimtttttontoffiM(1)平均输出电压平均输出电压Uo稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。或或：uLuG3 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形iLiCimtttttontoffiM(2)输出平均电流输出平均电流IoIO(3)电感电流纹波电感电流纹波D DILuLuG3 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形iLiCimtttttontof

13、fiMIO(4)电感电流极值电感电流极值iM、im?稳态情况下，电容上一周期中的平均电流为零。电流连续时电流连续时:电感平均电流=负载平均电流3 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形(5)电容电压纹波电容电压纹波D DuCuGiLimtttontoffiMIOiCtDuCtuCUO3 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形（5）电容电压纹波电容电压纹波D DuC注意：结论：1：增加LC,电压纹波减少2：开关频率高，电压纹波小3：D=0.5，电压纹波达到峰值3 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形5、电容电压纹波电容电压纹波D

14、 DuC记：纹波系数纹波系数：4 主要波形电感电流断续情形电感电流断续情形：在一段时间内iL=0降压电路T导通等效电路uG0T断开、D续流等效电路uG=0uG=0T断开、D断开等效电路4 4 主要波形主要波形电感电流断续情形电感电流断续情形数学模型数学模型:初值条件初值条件假设假设uC=Uo=常数常数iL线性增加线性增加uGtuLtiLiMtiCtT导通等效电路导通等效电路+uo-+uL -4 4 主要波形主要波形电感电流断续情形电感电流断续情形数学模型数学模型:初值条件初值条件假设假设uC=Uo=常数常数iL线性减少线性减少ttttuLuGiLiCtontoffiMtconT断开、断开、D续

15、流等效电路续流等效电路+uo-+uL -4 4 主要波形主要波形电感电流断续情形电感电流断续情形数学模型数学模型:初值条件初值条件uC=Uo=常数常数iC维持不变维持不变uLuGiLiCtttttontofftconiMT断开、D断开等效电路+uo-5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形电感电流断续情形（1）平均输出电压平均输出电压Uo稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。或或：uLuGiLiCtttttontoffiMtcon注意：tcon与电路参数、ton有关5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形电感电流断续情形（1）平均输出电压平均输出电压UouLuGiLiCtt

16、tttontoffiMtcon记电压变换比：5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形电感电流断续情形(2)输出平均电流输出平均电流Io(3)电感电流纹波电感电流纹波D DILuLuGiLiCtttttontoffiMtconIO电流断续时电流断续时:5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形电感电流断续情形uLuGiLuCtttttontoffiMtcon(4)电容电压纹波电容电压纹波D DuCIOtt2t1注意：5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形电感电流断续情形(4)电容电压纹波电容电压纹波D DuC注意：=？5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形电感电

17、流断续情形D2与系统参数关系与系统参数关系uLuGiLiCtttttontoffiMtcon电感平均电流电感平均电流=负载平均电流负载平均电流电感平均电流电感平均电流IL:电压变换比5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形电感电流断续情形D2与系统参数关系与系统参数关系电压变换比注意到：注意最后有：(5)(5)电感电流临界连续条件电感电流临界连续条件电流临界连续电流临界连续:电感电流仅瞬间为零电感电流仅瞬间为零uLuGiLuCtttttontoffiMtconIOtt2t1电流临界连续时电流临界连续时:电流临界连续时电流临界连续时:（5 5）电感电流临界连续条件电感电流临界连续条件电流临界连续时电流临界连续时:电感电流连续条件电感电流连续条件:电感电流临界连续条件电感电流临界连续条件:电感电流断续条件电感电流断续条件:降压变换电路小结降压变换电路小结优点优点1 1、电路简单、电路简单2 2、控制特性好、控制特性好3 3、负载侧电流波动小、负载侧电流波动小缺点缺点1 1、电源侧电流波动大、电源侧电流波动大2 2、只能降压、不能生压、只能降压、不能生压返回