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1、第五章直流斩波第五章直流斩波1 1第1页，共59页，编辑于2022年，星期三本章主要内容本章主要内容n n基本斩波电路基本斩波电路n n复合斩波电路和多相多重斩波电路复合斩波电路和多相多重斩波电路n n带隔离的直流直流变流电路带隔离的直流直流变流电路DC to DC Converters第2页，共59页，编辑于2022年，星期三基本斩波电路基本斩波电路n n降压斩波电路降压斩波电路 Buck converter(Step-down converter)Buck converter(Step-down converter)n n升压斩波电路升压斩波电路 Boost converter(Step-
2、up converter)Boost converter(Step-up converter)n n降升压斩波电路和降升压斩波电路和Cuk电路电路 Buck-Boost converter(Step-down/step-up converter)and Cuk converterDC to DC Converters第3页，共59页，编辑于2022年，星期三直流斩波电路直流斩波电路（DC Chopper）将将恒恒定定的的直直流流电电变变为为另另一一固固定定电电压压或或可可调电压的直流电调电压的直流电也也 称称 为为 直直 流流-直直 流流 变变 换换 器器（DC/DC Converter）一一
3、般般指指直直接接将将一一种种直直流流电电变变为为另另一一直直流流电电，不包括直流不包括直流交流交流直流变换电路直流变换电路Introduction第4页，共59页，编辑于2022年，星期三 直流斩波电路的种类直流斩波电路的种类6 6种种基基本本斩斩波波电电路路：降降压压斩斩波波电电路路、升升压压斩斩波波电电路路、降降升升压压斩斩波波电电路路、Cuk斩斩波波电电路路、Sepic斩波电路和斩波电路和Zeta斩波电路斩波电路复复合合斩斩波波电电路路不不同同结结构构基基本本斩斩波波电电路路组组合合，电电流流可可逆逆斩斩波波电电路路，桥桥式式可可逆逆斩斩波波电路电路多多相相多多重重斩斩波波电电路路相相同
4、同结结构构基基本本斩斩波波电路组合电路组合Introduction第5页，共59页，编辑于2022年，星期三 电路结构电路结构全控型器件全控型器件全控型器件全控型器件 若为晶闸管，需有辅助若为晶闸管，需有辅助若为晶闸管，需有辅助若为晶闸管，需有辅助关断电路关断电路关断电路关断电路续流二极管，在续流二极管，在续流二极管，在续流二极管，在V V V V关断关断关断关断期间续流期间续流期间续流期间续流负载负载负载负载出现出现出现出现的反的反的反的反电动电动电动电动势势势势典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载，大多数情况为反电动势负载负载，大多数情况
5、为反电动势负载 降压斩波电路降压斩波电路Buck Chopper第6页，共59页，编辑于2022年，星期三工作原理工作原理工作原理工作原理t t=0=0时时刻刻驱驱动动V V导导通通，电电源源E E向向负负载载供供电电，负负载载电电压压u uo o=E E，负负载载电电流流i io o按按指指数数曲线上升曲线上升t t=t t1 1时时刻刻控控制制V V关关断断，二二极极管管VDVD续续流流，负负载载电电压压u uo o近近似似为为零零，负负载载电电流流呈呈指指数曲线下降数曲线下降通通常常串串接接较较大大电电感感L L使使负负载电流连续且脉动小载电流连续且脉动小降压斩波电路降压斩波电路Buck
6、 Chopper第7页，共59页，编辑于2022年，星期三降压斩波电路降压斩波电路Buck Chopper电路稳态时，负载电流在一个电路稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等周期的初值和终值相等负载电压平均值：负载电压平均值：（3-1）t tononVV导通的时间导通的时间 t toffoffVV断开的时间断开的时间 a-a-导通占空比导通占空比Duty cycle输出负载电压平均值最大为输出负载电压平均值最大为E E，改变占空比可改变输出电，改变占空比可改变输出电压大小，所以此电路为压大小，所以此电路为降压降压斩波电路斩波电路电流连续电流连续电流连续电流连续第8页，共59页，编辑于202
7、2年，星期三（3-2）电流断续，电流断续，U Uo o被抬高，被抬高，一般不希望出现一般不希望出现 负载电流平均值：负载电流平均值：降压斩波电路降压斩波电路Buck Chopper第9页，共59页，编辑于2022年，星期三斩波电路三种控制方式斩波电路三种控制方式开开关关周周期期T不不变变，改改变变导导通通时时间间ton 脉脉冲宽度调制冲宽度调制 （Pulse Width Modulation）导导通通时时间间ton不不变变，改改变变开开关关周周期期T T 频频率调制率调制ton和和T T都可调，改变占空比都可调，改变占空比混合型混合型此种方式应此种方式应用最多用最多降压斩波电路降压斩波电路Bu
8、ck Chopper第10页，共59页，编辑于2022年，星期三降压斩波电路降压斩波电路Buck Chopper电路分析电路分析 V V导通期间，有导通期间，有初值为初值为则则 V V关断期间，有关断期间，有初值为初值为则则第11页，共59页，编辑于2022年，星期三降压斩波电路降压斩波电路Buck Chopper电流连续时，有电流连续时，有根据前面两个方程，可求出根据前面两个方程，可求出V V导通状态和关断状态时电流导通状态和关断状态时电流表达式表达式如果平波电抗器电感为无如果平波电抗器电感为无穷大，则负载电流平直穷大，则负载电流平直第12页，共59页，编辑于2022年，星期三从能量传递关系
9、出发对电路进行推导从能量传递关系出发对电路进行推导 由于由于L为无穷大，故负载电流维持为为无穷大，故负载电流维持为Io不变不变 电源只在电源只在V V处于通态时提供能量，为处于通态时提供能量，为 在整个周期在整个周期T中，负载一直消耗能量，消耗的能量为中，负载一直消耗能量，消耗的能量为降压斩波电路降压斩波电路Buck Chopper第13页，共59页，编辑于2022年，星期三输出功率等于输入功率输出功率等于输入功率降压斩波器可看作为直流降压变压器降压斩波器可看作为直流降压变压器降压斩波器可看作为直流降压变压器降压斩波器可看作为直流降压变压器一周期中，忽略损耗，电源提供的能量与负载消耗的能量一周
10、期中，忽略损耗，电源提供的能量与负载消耗的能量相等相等降压斩波电路降压斩波电路Buck Chopper从能量传递关系出发对电路进行推导从能量传递关系出发对电路进行推导从能量传递关系出发对电路进行推导从能量传递关系出发对电路进行推导负载电流连续情况下，电源电流平均值为负载电流连续情况下，电源电流平均值为电源侧电流小于等于负载电流电源侧电流小于等于负载电流第14页，共59页，编辑于2022年，星期三 负载电流断续（电感值不够大）负载电流断续（电感值不够大）负载电流断续（电感值不够大）负载电流断续（电感值不够大）I I1010=0=0，且，且t t=t tx x时，时，i i2 2=0=0式（式（3
11、-73-7）式（式（3-63-6）tx11，输出电压高于电源电压，故为，输出电压高于电源电压，故为升压斩波电路升压斩波电路升压斩波电路升压斩波电路升压斩波电路升压斩波电路Boost Chopper第18页，共59页，编辑于2022年，星期三电路数量关系电路数量关系电路数量关系电路数量关系升压比，调节升压比可改变输出电压大小升压比，调节升压比可改变输出电压大小升压比的倒数记作升压比的倒数记作 ，即，即 和和的关系为：的关系为：电路输出电压又可表示为电路输出电压又可表示为 升压斩波电路升压斩波电路Boost Chopper第19页，共59页，编辑于2022年，星期三电压升高的原因：电感电压升高的原
12、因：电感电压升高的原因：电感电压升高的原因：电感L L储能使储能使电压泵升电压泵升电压泵升电压泵升 电容电容C可将输出电压可将输出电压保持保持保持保持住住住住如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载R消耗，即消耗，即 ：升压斩波电路也可看作为直流变压器升压斩波电路也可看作为直流变压器升压斩波电路也可看作为直流变压器升压斩波电路也可看作为直流变压器输出电流的平均值输出电流的平均值I Io o为：为：电源电流的平均值电源电流的平均值I I1 1为：为：升压斩波电路升压斩波电路Boost Chopper第20页，共59页，编辑于2022年，星期
13、三降升压斩波电路降升压斩波电路(buck-boost Chopper)电路结构电路结构降升压斩波电路和降升压斩波电路和Cuk电路电路第21页，共59页，编辑于2022年，星期三基本工作原理基本工作原理基本工作原理基本工作原理S通时，电源经通时，电源经S向向L供电使其贮能，此时电流供电使其贮能，此时电流为为i1。同时，。同时，C维持输出电压恒定并向负载维持输出电压恒定并向负载R供供电电降升压斩波电路和降升压斩波电路和Cuk电路电路第22页，共59页，编辑于2022年，星期三基本工作原理基本工作原理降升压斩波电路和降升压斩波电路和Cuk电路电路开关关断期间开关关断期间 电感线圈为维持其上电流不电感
14、线圈为维持其上电流不电感线圈为维持其上电流不电感线圈为维持其上电流不变，产生下正上负的感应电势，变，产生下正上负的感应电势，变，产生下正上负的感应电势，变，产生下正上负的感应电势，使二极管导通，向负载提供能使二极管导通，向负载提供能使二极管导通，向负载提供能使二极管导通，向负载提供能量，同时向电容充电。量，同时向电容充电。量，同时向电容充电。量，同时向电容充电。输出电压极性与输入电压极性输出电压极性与输入电压极性输出电压极性与输入电压极性输出电压极性与输入电压极性方向相反，所以也称为反号型变方向相反，所以也称为反号型变方向相反，所以也称为反号型变方向相反，所以也称为反号型变换器。换器。换器。换
15、器。输入电流和输入电流和L，C回路电流回路电流为脉动，但通过滤波电容的为脉动，但通过滤波电容的作用负载电流可连续。作用负载电流可连续。第23页，共59页，编辑于2022年，星期三图图3-4 3-4 降升压斩波电路及其波形降升压斩波电路及其波形a a）电路图电路图 b b）波形）波形降升压斩波电路和降升压斩波电路和Cuk电路电路 此电路特点是：改变开关此电路特点是：改变开关此电路特点是：改变开关此电路特点是：改变开关占空比，可升压或降压，但占空比，可升压或降压，但占空比，可升压或降压，但占空比，可升压或降压，但应用电路较复杂，输入输出应用电路较复杂，输入输出应用电路较复杂，输入输出应用电路较复杂
16、，输入输出电流是脉动的，为了平波要电流是脉动的，为了平波要电流是脉动的，为了平波要电流是脉动的，为了平波要加滤波器。加滤波器。加滤波器。加滤波器。第24页，共59页，编辑于2022年，星期三数量关系数量关系数量关系数量关系稳态时，一个周期稳态时，一个周期T内电感内电感L两端电压两端电压uL对时间的积分为零，对时间的积分为零，即即所以输出电压为：所以输出电压为：V处于通态处于通态u uL L=E EV处于断态处于断态u uL L=-=-u uo o降升压斩波电路和降升压斩波电路和Cuk电路电路第25页，共59页，编辑于2022年，星期三右图给出了电源电流右图给出了电源电流i1和负载电流和负载电流
17、i2的波形，设两者的波形，设两者的平均值分别为的平均值分别为I1和和I2，当电流脉动足够小时，有：，当电流脉动足够小时，有：由上式得：由上式得：结论结论当当0a 1/2时为降压，当时为降压，当1/21/2a a 11时为升压，故称作时为升压，故称作降降降降升压斩波电路升压斩波电路升压斩波电路升压斩波电路，也称之为，也称之为buck-boost buck-boost 变换器变换器其输出功率和输入功率相等，可看作其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器直流变压器降升压斩波电路和降升压斩波电路和Cuk电路电路第26页，共59页，编辑于2022年，星期三CukCuk斩波电路斩波电路斩波电路斩波电路V
18、通时，通时，EL1V回路和回路和RL2CV回路有电流回路有电流V断时，断时，EL1CVD回路和回路和RL2VD回路有电流回路有电流输出电压的极性与电源电压极性相反输出电压的极性与电源电压极性相反电路相当于开关电路相当于开关S在在A、B两点之间交替切换两点之间交替切换图图3-5 Cuk3-5 Cuk斩波电路及其等效电路斩波电路及其等效电路 a a）电路图）电路图 b b）等效电路等效电路降升压斩波电路和降升压斩波电路和Cuk电路电路第27页，共59页，编辑于2022年，星期三稳态时电容上的电流一周期内平均值为零稳态时电容上的电流一周期内平均值为零数量关系数量关系数量关系数量关系V处于通态的时间为
19、处于通态的时间为ton，电容电流和时间的乘积为，电容电流和时间的乘积为I2ton。V处于断态的时间为处于断态的时间为toff，电容电流和时间的乘积为，电容电流和时间的乘积为I1toff,由此有：由此有：降升压斩波电路和降升压斩波电路和Cuk电路电路第28页，共59页，编辑于2022年，星期三数量关系数量关系数量关系数量关系 优点优点（与降升压斩波电路相比）：输入电源电流和输出负载（与降升压斩波电路相比）：输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波降升压斩波电路和降升压斩波电路和Cuk电路电路当开关在当开关在
20、B点时，点时，A，B点电压为点电压为当开关在当开关在A点时，点时，A，B点电压为点电压为A A，B B点平均电压为点平均电压为输出电压为输出电压为第29页，共59页，编辑于2022年，星期三SepticSeptic斩波电路斩波电路工作原理工作原理 V V导通时，导通时，ELEL1 1V V回路和回路和C C1 1V VLL2 2回路同时导电，回路同时导电，L L1 1和和L L2 2贮能。贮能。V V关断时，关断时，ELEL1 1CC1 1VDVD负载回路及负载回路及L L2 2VDVD负载回路负载回路同时导电，此阶段同时导电，此阶段E E和和L L1 1既向负载供电，同时也向既向负载供电，同
21、时也向C C1 1充电（充电（C C1 1贮贮存的能量在存的能量在V V处于通态时向处于通态时向L L2 2转移）。转移）。第30页，共59页，编辑于2022年，星期三SepticSeptic斩波电路和斩波电路和ZetaZeta斩波电路斩波电路输入输出关系输入输出关系 第31页，共59页，编辑于2022年，星期三ZetaZeta斩波电路斩波电路工作原理工作原理V V导通时，电源导通时，电源E E经开关经开关V V向电感向电感L L1 1贮能。贮能。V V关断时，关断时，L L1 1VDVDC C1 1构成振荡回路，构成振荡回路，L L1 1的能量转移至的能量转移至C C1 1，能量全部转移至，
22、能量全部转移至C C1 1上之后，上之后，VDVD关断，关断，C C1 1经经L L2 2向负载供电。向负载供电。第32页，共59页，编辑于2022年，星期三ZetaZeta斩波电路斩波电路输入输出关系为输入输出关系为 第33页，共59页，编辑于2022年，星期三ZetaZeta斩波电路斩波电路讨论：讨论：两种电路具有相同的输入输出关系，两种电路具有相同的输入输出关系，SepicSepic电路中，电源电流连续但负载电流断续，有利于输入电路中，电源电流连续但负载电流断续，有利于输入滤波；滤波；ZetaZeta电路的电源电流断续而负载电流连续；两电路的电源电流断续而负载电流连续；两种电路输出电压均
23、为正极性。种电路输出电压均为正极性。第34页，共59页，编辑于2022年，星期三带隔离的直流直流变流电路带隔离的直流直流变流电路n n正激电路正激电路n n反激电路反激电路 n n半桥电路半桥电路n n全桥电路全桥电路n n推挽电路推挽电路n n全波整流和全桥整流全波整流和全桥整流n n开关电源开关电源第35页，共59页，编辑于2022年，星期三带隔离的直流直流变流电路带隔离的直流直流变流电路直直交交直电路直电路。电路特点：电路特点：输出与输入隔离。输出与输入隔离。需要相互隔离的多路输出。需要相互隔离的多路输出。输出电压与输入电压比远小于输出电压与输入电压比远小于1 1或远大于或远大于1 1。
24、交流环节工作频率较高，可减小变压器和滤波交流环节工作频率较高，可减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量。电感、滤波电容的体积和重量。第36页，共59页，编辑于2022年，星期三带隔离的直流直流变流电路带隔离的直流直流变流电路分类：分类：l单端电路单端电路 变压器中流过直流脉动电流。包括正激电路和反激电变压器中流过直流脉动电流。包括正激电路和反激电路。路。l双端电路。双端电路。变压器中电流为正负对称的交流电流，半桥、全桥和变压器中电流为正负对称的交流电流，半桥、全桥和推挽电路属于双端电路。推挽电路属于双端电路。第37页，共59页，编辑于2022年，星期三正激电路正激电路(Forward)(F
25、orward)工作过程工作过程S S开通开通，W W1 1电压为上正下负，电压为上正下负，W W2 2的电压也上正下负，的电压也上正下负，VDVD1 1导通，导通，VDVD2 2截止，截止，L L电流逐渐增长。电流逐渐增长。S S关断关断，L L通过通过VDVD2 2续流，续流，VDVD1 1关断。变压器励磁电流经关断。变压器励磁电流经N N3 3和和VDVD3 3流回电源。流回电源。第38页，共59页，编辑于2022年，星期三正激电路正激电路(Forward)(Forward)工作过程工作过程S S关断后承受的电压为关断后承受的电压为 SuSiLiSOttttUiOOO第39页，共59页，编
26、辑于2022年，星期三正激电路正激电路(Forward)(Forward)BRBSBHO变压器的磁心复位变压器的磁心复位S S开通后，变压器激磁电流开通后，变压器激磁电流由零随时间线性增长，直到由零随时间线性增长，直到S S关断，导致变压器激磁电感饱关断，导致变压器激磁电感饱和。和。须使激磁电流在须使激磁电流在S S关断后到下关断后到下一次再开通时间内降回零，这一次再开通时间内降回零，这一过程称为一过程称为变压器的磁心复位变压器的磁心复位。磁心复位所需的时间为磁心复位所需的时间为第40页，共59页，编辑于2022年，星期三正激电路正激电路(Forward)(Forward)输出电压输出电压输出
27、滤波电感电流连续时输出滤波电感电流连续时 输出电感电流不连续、负载为零的极限情况输出电感电流不连续、负载为零的极限情况下下 第41页，共59页，编辑于2022年，星期三反激电路反激电路SuSiSiVDtontoffttttUiOOOO工作过程工作过程S S开通开通，VDVD截止，截止，W W1 1电流线性增电流线性增长，电感储能增加。长，电感储能增加。S S关断关断，W W1 1电流被切断，变压器电流被切断，变压器磁场能量通过磁场能量通过W W2 2和和VDVD向输出端释向输出端释放，电压为放，电压为第42页，共59页，编辑于2022年，星期三反激电路反激电路SuSiSiVDtontofftt
28、ttUiOOOO工作模式工作模式S S开通时，开通时，W W2 2中电流尚未下降到中电流尚未下降到零，则称工作于零，则称工作于电流连续模式电流连续模式，输出输入电压关系为输出输入电压关系为 S S开通前，开通前，W W2 2中电流已经下降到中电流已经下降到零，则称工作于零，则称工作于电流断续模式电流断续模式。负载为零的极限情况下负载为零的极限情况下，所以应该避免负，所以应该避免负载开路状态。载开路状态。第43页，共59页，编辑于2022年，星期三半桥电路半桥电路工作过程工作过程S S1 1与与S S2 2交替导通，使变压器交替导通，使变压器一次侧形成幅值为一次侧形成幅值为U Ui i/2/2的
29、交流的交流电压，改变开关占空比，可改电压，改变开关占空比，可改变二次侧整流电压变二次侧整流电压u ud d平均值，平均值，即改变了输出电压即改变了输出电压U Uo o。S S1 1导通时，导通时，VDVD1 1导通；导通；S S2 2导通导通时，时，VDVD2 2导通。当两个开关都导通。当两个开关都关断时，关断时，N N1 1中电流为零，中电流为零，VDVD1 1和和VDVD2 2都导通，各分担一半的电流。都导通，各分担一半的电流。第44页，共59页，编辑于2022年，星期三半桥电路半桥电路S S1 1或或S S2 2导通时导通时L L电流逐渐上升；电流逐渐上升；两个开关都关断时，两个开关都关
30、断时，L L电流电流逐渐下降；逐渐下降；S S1 1和和S S2 2断态断态时承受的峰值电时承受的峰值电压均为压均为U Ui i。由于由于由于由于电容电容的的的的隔直作用隔直作用隔直作用隔直作用，半桥，半桥，半桥，半桥电路对由于两个开关导通时电路对由于两个开关导通时电路对由于两个开关导通时电路对由于两个开关导通时间不对称而造成的变压器一间不对称而造成的变压器一间不对称而造成的变压器一间不对称而造成的变压器一次侧电压的直流分量有自动次侧电压的直流分量有自动次侧电压的直流分量有自动次侧电压的直流分量有自动平衡作用，因此不容易发生平衡作用，因此不容易发生平衡作用，因此不容易发生平衡作用，因此不容易发
31、生变压器的变压器的变压器的变压器的偏磁偏磁偏磁偏磁和和和和直流磁饱和直流磁饱和直流磁饱和直流磁饱和。第45页，共59页，编辑于2022年，星期三半桥电路半桥电路S S1 1或或S S2 2导通时导通时L L电流逐渐上升；电流逐渐上升；两个开关都关断时，两个开关都关断时，L L电流电流逐渐下降；逐渐下降；S S1 1和和S S2 2断态断态时承受的峰值电压时承受的峰值电压均为均为U Ui i。由于由于由于由于电容电容电容电容的的隔直作用隔直作用隔直作用隔直作用，半桥，半桥，半桥，半桥电路对由于两个开关导通时间电路对由于两个开关导通时间电路对由于两个开关导通时间电路对由于两个开关导通时间不对称而造
32、成的变压器一次侧不对称而造成的变压器一次侧不对称而造成的变压器一次侧不对称而造成的变压器一次侧电压的直流分量有自动平衡作电压的直流分量有自动平衡作电压的直流分量有自动平衡作电压的直流分量有自动平衡作用，因此不容易发生变压器的用，因此不容易发生变压器的用，因此不容易发生变压器的用，因此不容易发生变压器的偏磁偏磁偏磁偏磁和和和和直流磁饱和直流磁饱和。第46页，共59页，编辑于2022年，星期三半桥电路半桥电路输出电压输出电压 滤波电感滤波电感滤波电感滤波电感L L L L的电流连续时的电流连续时的电流连续时的电流连续时 输出电感电流不连续，输出电压输出电感电流不连续，输出电压U Uo o将高于连续
33、时的将高于连续时的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下情况下第47页，共59页，编辑于2022年，星期三全桥电路全桥电路工作过程工作过程互为对角的两个开关同时导通互为对角的两个开关同时导通，同一侧半桥上下两开关，同一侧半桥上下两开关交替交替导通，变压器一次侧形成幅值为导通，变压器一次侧形成幅值为U Ui i的交流电压，改的交流电压，改变占空比就可以改变输出电压。变占空比就可以改变输出电压。第48页，共59页，编辑于2022年，星期三全桥电路全桥电路S1S2uS1uS2iS1iS2iD 1iD2tonTtttttttt2Ui2UiiLiL
34、OOOOOOOO当当S S1 1与与S S4 4开通后，开通后，VDVD1 1和和VDVD4 4导通，导通，L L电流逐渐电流逐渐上升。上升。当当S S2 2与与S S3 3开通后，开通后，VDVD2 2和和VDVD3 3导通，导通，L L电流也上升。电流也上升。4 4个开关都关断时，个开关都关断时，4 4个二极管都导通，各分个二极管都导通，各分担一半电感电流，担一半电感电流，L L电流电流逐渐下降。逐渐下降。lS S1 1和和S S2 2断态时承受的峰断态时承受的峰值电压均为值电压均为U Ui i。第49页，共59页，编辑于2022年，星期三全桥电路全桥电路如如S S1 1、S S4 4与与
35、S S2 2、S S3 3的导通时间不对称，则交流电压的导通时间不对称，则交流电压u uT T中含中含有有直流分量直流分量，在变压器一次侧产生很大的直流分量，造成磁，在变压器一次侧产生很大的直流分量，造成磁路饱和，因此全桥电路应注意避免电压直流分量的产生，可路饱和，因此全桥电路应注意避免电压直流分量的产生，可在一次侧回路串一电容，阻断直流电流。在一次侧回路串一电容，阻断直流电流。为避免同一侧半桥中上下两开关同时导通，每个开关为避免同一侧半桥中上下两开关同时导通，每个开关占空比不能超过占空比不能超过50%50%，还应留有裕量。，还应留有裕量。第50页，共59页，编辑于2022年，星期三全桥电路全
36、桥电路输出电压输出电压 滤波电感电流连续时滤波电感电流连续时 输出电感电流不连续，输出电压输出电感电流不连续，输出电压U Uo o将高于电流连续将高于电流连续时的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极时的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下限情况下 第51页，共59页，编辑于2022年，星期三S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iD2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO工作过程工作过程S S1 1和和S S2 2交替导通，交替导通，N N1 1和和N N1 1分分别形成相位相反的交流电压。别形成相位相反的交流电压。S S1 1导通时，导通时，VDVD
37、1 1也导通，也导通，L L电流电流逐渐上升；逐渐上升；S S2 2导通时，导通时，VDVD2 2处于处于通态，通态，L L电流也逐渐上升。电流也逐渐上升。当两个开关都关断时，当两个开关都关断时，VDVD1 1和和VDVD2 2都处于通态，各分担一半的都处于通态，各分担一半的电流。电流。S S1 1和和S S2 2断态时承受的断态时承受的峰值电压峰值电压均为均为2 2倍倍U Ui i。推挽电路推挽电路第52页，共59页，编辑于2022年，星期三推挽电路推挽电路S S1 1和和S S2 2同时导通，相当于变压器一次绕组短路，因此同时导通，相当于变压器一次绕组短路，因此应避免，每个开关占空比不能超
38、过应避免，每个开关占空比不能超过50%50%，还要留有死区。，还要留有死区。输出电压输出电压当滤波电感当滤波电感L L的电流连续时的电流连续时 输出电感电流不连续，输出电压输出电感电流不连续，输出电压U Uo o将高于电流连续时的将高于电流连续时的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下 第53页，共59页，编辑于2022年，星期三电路电路优点优点缺点缺点功率范围功率范围应用领域应用领域正激正激电路较简单，成本低，可电路较简单，成本低，可靠性高，驱动电路简单靠性高，驱动电路简单变压器单向激磁，利用率变压器单向激磁，利用率低低几百几百W
39、W几几kWkW各种中、小功率电各种中、小功率电源源反激反激电路非常简单，成本很低，电路非常简单，成本很低，可靠性高，驱动电路简单可靠性高，驱动电路简单难以达到较大的功率，变难以达到较大的功率，变压器单向激磁，利用率低压器单向激磁，利用率低几几WW几十几十W W小功率电子设备、小功率电子设备、计算机设备、消费计算机设备、消费电子设备电源。电子设备电源。全桥全桥变压器双向励磁，容易达变压器双向励磁，容易达到大功率到大功率结构复杂，成本高，有直通问结构复杂，成本高，有直通问题，可靠性低，需要复杂的多题，可靠性低，需要复杂的多组隔离驱动电路组隔离驱动电路几百几百WW几百几百kWkW大功率工业用电源、大
40、功率工业用电源、焊接电源、电解电焊接电源、电解电源等源等半桥半桥变压器双向励磁，没有变变压器双向励磁，没有变压器偏磁问题，开关较少，压器偏磁问题，开关较少，成本低成本低有直通问题，可靠性低，有直通问题，可靠性低，需要复杂的隔离驱动电路需要复杂的隔离驱动电路几百几百WW几几kWkW各种工业用电源，计各种工业用电源，计算机电源等算机电源等推挽推挽变压器双向励磁，变压器一变压器双向励磁，变压器一次侧电流回路中只有一个开次侧电流回路中只有一个开关，通态损耗较小，驱动简关，通态损耗较小，驱动简单单有偏磁问题有偏磁问题几百几百WW几几kWkW低输入电压的电源低输入电压的电源各种不同的间接直流变流电路的比较
41、各种不同的间接直流变流电路的比较第54页，共59页，编辑于2022年，星期三全波整流全波整流双端电路双端电路常用常用全波整流电路全波整流电路和和全桥整流电路全桥整流电路。优点：优点：L L的电流回路只有的电流回路只有一个二极管压降一个二极管压降，损耗小，损耗小，且整流电路只需且整流电路只需2 2个二极管个二极管，元件数较少。，元件数较少。缺点：二极管断态时承受反压较高，对器件耐压要求较缺点：二极管断态时承受反压较高，对器件耐压要求较高，且变压器二次侧绕组有中心抽头，结构较复杂。高，且变压器二次侧绕组有中心抽头，结构较复杂。适用场合：输出电压较低的情况下（适用场合：输出电压较低的情况下（100V
42、100V）。）。第55页，共59页，编辑于2022年，星期三全桥整流全桥整流优点：二极管断态承受的电压仅为交流电压幅值，变压优点：二极管断态承受的电压仅为交流电压幅值，变压器绕组简单。器绕组简单。缺点：缺点：L L电流回路中电流回路中两个有二极管压降两个有二极管压降，损耗较大，损耗较大，且需要且需要4 4个二极管个二极管，元件数较多。，元件数较多。适用场合：高压输出的情况下。适用场合：高压输出的情况下。第56页，共59页，编辑于2022年，星期三全桥整流全桥整流同步整流电路同步整流电路 当输出电压非常低时，可采用同步整流电路，利用当输出电压非常低时，可采用同步整流电路，利用低压低压MOSFET
43、MOSFET导通电阻小的特性降低整流电路导通损耗，提高效率。导通电阻小的特性降低整流电路导通损耗，提高效率。缺点：需对缺点：需对V V1 1和和V V2 2的通与断进行控制，控制电路复杂。的通与断进行控制，控制电路复杂。第57页，共59页，编辑于2022年，星期三开关电源开关电源如果输入端的直流电源是由交流电网整流得来，如果输入端的直流电源是由交流电网整流得来，则构成则构成交交交交直直直直交交交交直直直直电路，采用这种电路的装置通电路，采用这种电路的装置通电路，采用这种电路的装置通电路，采用这种电路的装置通常被称为开关电源。常被称为开关电源。常被称为开关电源。常被称为开关电源。由于开关电源采用
44、了由于开关电源采用了工作频率较高工作频率较高工作频率较高工作频率较高的交流环节，变的交流环节，变的交流环节，变的交流环节，变压器和滤波器都大大减小，因此同等功率条件下其体压器和滤波器都大大减小，因此同等功率条件下其体压器和滤波器都大大减小，因此同等功率条件下其体压器和滤波器都大大减小，因此同等功率条件下其体积和重量都远远小于相控整流电源。积和重量都远远小于相控整流电源。积和重量都远远小于相控整流电源。积和重量都远远小于相控整流电源。工作频率的提高还有利于控制性能的提高。工作频率的提高还有利于控制性能的提高。第58页，共59页，编辑于2022年，星期三本章小结本章小结直流直流直流直流-直流变流电
45、路包括直流变流电路包括直流变流电路包括直流变流电路包括直接直流变流电路直接直流变流电路直接直流变流电路直接直流变流电路和和和和间接直间接直流变流电路流变流电路。直接直流变流电路包括直接直流变流电路包括6 6种基本斩波电路、种基本斩波电路、2 2种复种复合斩波电路及多相多重斩波电路，其中最基本的合斩波电路及多相多重斩波电路，其中最基本的是是降压斩波电路降压斩波电路和和和和升压斩波电路升压斩波电路升压斩波电路升压斩波电路两种。两种。两种。两种。常见的间接直流变换电路可以分为常见的间接直流变换电路可以分为单端单端单端单端和和双端双端双端双端电路电路电路电路两大类，单端电路包括正激和反激两类，双端电路两大类，单端电路包括正激和反激两类，双端电路两大类，单端电路包括正激和反激两类，双端电路两大类，单端电路包括正激和反激两类，双端电路包括全桥、半桥和推挽三类，每一类电路都可能有包括全桥、半桥和推挽三类，每一类电路都可能有包括全桥、半桥和推挽三类，每一类电路都可能有包括全桥、半桥和推挽三类，每一类电路都可能有多种不同的拓扑形式或控制方法。多种不同的拓扑形式或控制方法。多种不同的拓扑形式或控制方法。多种不同的拓扑形式或控制方法。第59页，共59页，编辑于2022年，星期三