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1、1,电力电子基础 Fundamental Power Electronics 第五讲 直流斩波电路,2,直流斩波电路,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：降压斩波电路、升压斩波电路、 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。,3,DC-DC变换的基本控制方式,1.时间占空比控制 为占空比，f=
2、1/T为斩波频率,4,DC-DC变换的基本控制方式,时间占空比控制的几种实现方式： 脉宽控制：T不变，改变ton调节变化，改变Uo 斩波开关频率固定，易于设计输出滤波器 频率控制： ton不变，改变T调节变化，改变Uo 斩波开关频率不固定，难于设计输出滤波器 混合控制：既改变斩波频率，又改变导通时间 优点是可较大幅度改变输出电压平均值，但同样难于设计输出滤波器 2.瞬时值控制（滞环控制） 开关频率不固定，还可能过高,第四讲 直流斩波电路,5,1.基本斩波电路,降压(BUCK)斩波电路 升压(BOOST)斩波电路 升降压(BUCK-BOOST)斩波电路 Cuk斩波电路 Sepic斩波电路 Zet
3、a斩波电路,6,降压(Buck)斩波电路,全控型器件 若为晶闸管，须有辅助关断电路。,续流二极管,7,降压(Buck)斩波电路,变换器的工作模式 基于“分段线性”的思想，对降压斩波电路进行解析。 VT处于通态和处于断态 初始条件分电流连续和断续,8,降压(Buck)斩波电路,电流连续时 输入输出电压关系 输入输出电流关系,9,升压斩波电路,保持输出电压 （滤波）,储存电能,10,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iL，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。 电压升高得原因： 电
4、感L储能使电压泵升的作用 电容C可将输出电压保持住,11,升压斩波电路,电流连续时 输入输出电压关系 输入输出电流关系,12,升降压斩波电路,13,升降压斩波电路,基本工作原理 VT通时，电源E经VT向L供电使其贮能，此时电流为i。同时，C维持输出电压恒定并向负载R供电。 VT断时，L的能量向负载释放，电流为iD。负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。,+,-,14,升降压斩波电路,稳态时，一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零，即,电感电流连续时输出电压为：,V处于通态 uL = E,V处于断态 uL = - uo,15,升降压斩波电路,当01/2降
5、压，当1/21升压，故称作升降压斩波电路。也有称之为buck-boost 变换器。 电感电流连续时输入输出电流关系为：,16,Cuk斩波电路,17,Cuk斩波电路,L1中电流变化 L2中电流变化 输入输出关系：,18,Cuk斩波电路,与升降压电路相比： Cuk电路的输入电流和输出电流均连续，且脉动很小，有利于滤波。 Cuk电路借助电容传递能量，电容中电流脉动大，需要电容大。 开关VT导通时要流过L1和L2的电流，VT的峰值电流大。,19,Sepic斩波电路,Speic电路原理 V通态，E-L1-V和C1-V-L2两路同时导电，L1和L2贮能。 V断态，E-L1-C1-VD-负载回路及L2-VD
6、-负载回路同时导电，此阶段E和L1既向负载供电，同时也向C1充电（C1贮存的能量在V处于通态时向L2转移）。 输入输出关系：,20,Zeta斩波电路,Zeta斩波电路原理,V处于通态期间，电源E经开关V向电感L1贮能。 V关断后，L1VDC1构成振荡回路， L1的能量转移至C1，能量全部转移至C1上之后，VD关断，C1经L2向负载供电。 输入输出关系：,相同的输入输出关系。Sepic电路的电源电流连续，负载电流断续？，Zeta电路的输入断续、输出电流是连续的。 两种电路输出电压为正极性的。,21,2.复合斩波电路和多相多重斩波电路,电流可逆斩波电路 桥式可逆斩波电路 多相多重斩波电路,复合斩波
7、电路降压斩波电路和升压斩波电路组合构成 多相多重斩波电路相同结构的基本斩波电路组合构成,22,电流可逆斩波电路,斩波电路用于拖动直流电动机时，常要使电动机既可电动运行，又可再生制动。 降压斩波电路能使电动机工作于第1象限。 升压斩波电路能使电动机工作于第2象限。 电流可逆斩波电路：降压斩波电路与升压斩波电路组合。此电路电动机的电枢电流可正可负，但电压只能是一种极性，故其可工作于第1象限和第2象限。,23,电流可逆斩波电路,V1和VD1构成降压斩波电路，由电源向直流电动机供电，电动机为电动运行，工作于第1象限 V2和VD2构成升压斩波电路，把直流电动机的动能转变为电能反馈到电源，使电动机作再生制
8、动运行，工作于第2象限,24,电流可逆斩波电路,必须防止V1和V2同时导通而导致的电源短路 只作降压斩波器运行时，V2和VD2总处于断态 只作升压斩波器运行时，则V1和VD1总处于断态 第3种工作方式：一个周期内交替地作为降压斩波电路和升压斩波电路工作 当降压斩波电路或升压斩波电路的电流断续而为零时，使另一个斩波电路工作，让电流反方向流过，这样电动机电枢回路总有电流流过。 在一个周期内，电枢电流沿正、负两个方向流通，电流不断，所以响应很快。,25,桥式可逆斩波电路,电流可逆斩波电路：电枢电流可逆，两象限运行，但电压极性是单向的 当需要电动机进行正、反转以及可电动又可制动的场合，须将两个电流可逆
9、斩波电路组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压，成为桥式可逆斩波电路 桥式斩波电路又有双极性、单极性和受限单极性之分,26,桥式可逆斩波电路,使V4保持通时，电流可逆斩波电路向电动机提供正电压，可使电动机工作于第1、2象限，即正转电动和正转再生制动状态 使V2 保持通时， V3、 VD3和V4、 VD4等效为又一组电流可逆斩波电路，向电动机提供负电压，可使电动机工作于第3、4象限,27,桥式可逆斩波电路,1.双极性工作方式 V1与V4同时通断， V2与V3同时通断 V1与V2通断互补， V3与V4通断互补 输出电压波形中电压有正有负，故称双极性。,28,桥式可逆斩波电路,2.单极性工作方式
10、V1与V2不断调制， V3与V4一个一直通（另一个一直断） V1与V2通断互补， V3与V4通断互补 输出电压波形中电压只有正或只有负，故称单极性。,29,桥式可逆斩波电路,3.受限单极性工作方式 V1不断调制， V4全通，V3与V2全断 或V2不断调制， V3全通，V1与V4全断 输出电压波形中电压只有正或只有负，且轻载时电流也断续，故称受限单极性。,30,多相多重斩波电路,多相多重斩波电路是在电源和负载之间接入多个结构相同的基本斩波电路而构成的 相数 一个控制周期中电源侧的电流脉波数 重数 负载电流脉波数 当上述电路电源公用而负载为多个独立负载时，则为多相1重斩波电路。 而当电源为多个独立
11、电源，向一个负载供电时，则为1相多重斩波电路。 多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波电路单元可互为备用。,31,3相3重降压斩波电路,电路结构：相当于由3个降压斩波电路单元并联而成。 总输出电流为 3 个斩波电路单元输出电流之和，其平均值为单元输出电流平均值的3倍，脉动频率也为3倍。 总的输出电流脉动幅值变得很小 。 所需平波电抗器总重量大为减轻。 总输出电流最大脉动率（电流脉动幅值与电流平均值之比）与相数的平方成反比。,32,小结,本讲介绍了6种基本斩波电路、1种复合斩波电路及多相多重斩波电路。 本章的重点是，理解降压斩波电路和升压斩波电路的工作原理，掌握这两种电路的输入输出关系、电路解析方法、工作特点 直流传动是斩波电路应用的传统领域，而开关电源则是斩波电路应用的新领域，前者的应用在逐渐萎缩，而后者的应用是电力电子领域的一大热点。,