降压斩波电路.ppt

第5章直流直流变流电路
基本斩波电路
复合斩波电路和多相多重斩波电路
带隔离的直流直流变流电路
本章小结
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*本PPT参考王兆安等编的《电力电子技术》第五版配套课件资源*
引言
◆直流-直流变流电路(DC/DC Converter)包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。
◆直接直流变流电路
●也称斩波电路(DC Chopper),分基本斩波电路、复合斩波电路及多相多重斩波电路。
●功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。
●一般是指直接将直流电变为另一直流电,这种情况下输入与输出之间不隔离。
◆间接直流变流电路
●在直流变流电路中增加了交流环节。
●在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离,因此也称为直—交—直电路。
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基本斩波电路
降压斩波电路
升压斩波电路
升降压斩波电路和Cuk斩波电路
Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
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降压斩波电路
图5-1 降压斩波电路的原理图及波形
a)电路图 b)电流连续时的波形
c)电流断续时的波形
◆降压斩波电路(Buck Chopper)
●电路分析
▲使用一个全控型器件V,图中为IGBT,若采用晶闸管,需设置使晶闸管关断的辅助电路。
▲设置了续流二极管VD,在V关断时给负载中电感电流提供通道。
▲主要用于电子电路的供电电源,也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等,后两种情况下负载中均会出现反电动势,如图中Em所示。
●工作原理
▲ 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使负载电流连续且脉动小。
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画动
降压斩波电路
●基本的数量关系
▲电流连续时
√负载电压的平均值为
√负载电流平均值为
式中,ton为V处于通态的时间,toff为V处于断态的时间,T为开关周期,为导通占空比,简称占空比或导通比。
▲电流断续时,负载电压uo平均值会被抬高,一般不希望出现电流断续的情况。
●斩波电路有三种控制方式
▲脉冲宽度调制(PWM):T不变,改变ton。
▲频率调制:ton不变,改变T。
▲混合型:ton和T都可调,改变占空比
(5-1)
(5-2)
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降压斩波电路
◆对降压斩波电路进行解析
●基于分时段线性电路这一思想,按V处于通态和处于断态两个过程来分析,初始条件分电流连续和断续。
●电流连续时得出
式中, , , , ,I10和I20分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值。
把式(5-9)和式(5-10)用泰勒级数近似,可得
平波电抗器L为无穷大,此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。
(5-9)
(5-10)
(5-11)
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降压斩波电路
●(3-11)所示的关系还可从能量传递关系简单地推得,一个周期中,忽略电路中的损耗,则电源提供的能量与负载消耗的能量相等,即
则
假设电源电流平均值为I1,则有
其值小于等于负载电流Io,由上式得
即输出功率等于输入功率,可将降压斩波器看作直流降压变压器。
(5-12)
(5-13)
(5-14)
(5-15)
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降压斩波电路
●电流断续时有I10=0,且t=ton+tx时,i2=0,可以得出
电流断续时,tx<toff,由此得出电流断续的条件为
输出电压平均值为
负载电流平均值为
(5-16)
(5-17)
(5-18)
(5-19)
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升压斩波电路
0
iGE
0
io
I1
a)
b)
图5-2 升压斩波电路及其工作波形
a)电路图 b)波形
◆升压斩波电路
●工作原理
▲假设L和C值很大。
▲ V处于通态时,电源E向电感L充电,电流恒定I1,电容C向负载R供电,输出电压Uo恒定。
▲ V处于断态时,电源E和电感L同时向电容C充电,并向负载提供能量。
●基本的数量关系
▲当电路工作于稳态时,一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等,即
化简得
上式中的
(5-20)
(5-21)
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动画
升压斩波电路
▲将升压比的倒数记作β,即, 则和导通占空比有如下关系
式(5-21)可表示为
输出电压高于电源电压,关键有两个原因:一是L储能之后具有使电压泵升的作用,二是电容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