直流-直流变流电路.pptx

斩波器的种类很多，具体结构千变万化。一般将斩波电路分斩波器的种类很多，具体结构千变万化。一般将斩波电路分为降压斩波电路、升压斩波电路、降压为降压斩波电路、升压斩波电路、降压-升压斩波电路、升压升压斩波电路、升压-降压斩波电路、降压斩波电路、Sepic Sepic 斩波电路和斩波电路和Zeta Zeta 斩波电路六种形式。斩波电路六种形式。斩波器的电能变换功能是由电力电子器件的通斩波器的电能变换功能是由电力电子器件的通/断控制实现的。断控制实现的。用于斩波器的电力电子器件可以是晶闸管，也可以是用于斩波器的电力电子器件可以是晶闸管，也可以是IGBT IGBT 等等全控器件。全控器件。由于晶闸管没有自关断能力，采用晶闸管构成斩波电路时，由于晶闸管没有自关断能力，采用晶闸管构成斩波电路时，必须设置专门的强迫换流电路来实现关断，因此电路结构比必须设置专门的强迫换流电路来实现关断，因此电路结构比较复杂。而全控制型器件具有自关断能力，通过控制电路即较复杂。而全控制型器件具有自关断能力，通过控制电路即可实现导通与关断的控制，故由全控型器件构成的斩波器主可实现导通与关断的控制，故由全控型器件构成的斩波器主电路的结构相对简单。电路的结构相对简单。第第2 2页页/共共3535页页第1页/共35页图图5.1 5.1 基本的降压斩波基本的降压斩波电路及其波形电路及其波形最基本的斩波电路如图最基本的斩波电路如图 所示，斩所示，斩波器负载为波器负载为R R。开关开关S S闭合时：闭合时：开关开关S S断开时：断开时：开关的导通时间与开关周期之比开关的导通时间与开关周期之比定义为斩波器的占空比：定义为斩波器的占空比：第第3 3页页/共共3535页页第2页/共35页在斩波电路中，输入电压是固定不变的，通过调节在斩波电路中，输入电压是固定不变的，通过调节开关的开通时间与关断时间，即调节占空比，即可控开关的开通时间与关断时间，即调节占空比，即可控制输出电压的平均值。制输出电压的平均值。斩波器的控制方式通常有三种：斩波器的控制方式通常有三种：脉宽调制控制方式：维持脉宽调制控制方式：维持T T不变，改变不变，改变t tonon。频率调制控制方式：维持频率调制控制方式：维持t tonon不变，改变不变，改变T T。混合调制控制方式：混合调制控制方式：t tonon和和T T都可调，使占空比改变。都可调，使占空比改变。普遍采用的是脉宽调制控制方式。因为频率调制控制方式普遍采用的是脉宽调制控制方式。因为频率调制控制方式容易产生谐波干扰，而且滤波器设计也比较困难。容易产生谐波干扰，而且滤波器设计也比较困难。第第4 4页页/共共3535页页第3页/共35页5.1.15.1.1 降压斩波电路降压斩波电路5.1.25.1.2 升压斩波电路升压斩波电路5.1.35.1.3 升降压斩波电路和升降压斩波电路和CukCuk斩波电路斩波电路5.1.4 5.1.4 SepicSepic斩波电路和斩波电路和ZetaZeta斩波电路斩波电路第第5 5页页/共共3535页页第4页/共35页1.1.电路结构电路结构降压斩波器（降压斩波器（BuckBuck）主电路）主电路第第6 6页页/共共3535页页第5页/共35页在在t t=0=0 时刻驱动时刻驱动V V导通，在导通，在t tonon导通期间内，电感导通期间内，电感L L中有电流通中有电流通过，电流按指数曲线缓慢上升，过，电流按指数曲线缓慢上升，t t=t t1 1时刻，时刻，V V关断，负载电流关断，负载电流经续流管经续流管VDVD续流，负载电流呈指数曲线下降。续流，负载电流呈指数曲线下降。回路串接电感的大小直接关系到负载电流连续与否，下面对回路串接电感的大小直接关系到负载电流连续与否，下面对负载电流连续工作模式进行讨论。负载电流连续工作模式进行讨论。2.2.工作原理工作原理假设假设V V、VDVD 均为理想均为理想开关元件，并设开关元件，并设V V 的一的一个控制周期为个控制周期为T T。第第7 7页页/共共3535页页第6页/共35页连续导电模式连续导电模式当当V V导通时，电源电压给负载导通时，电源电压给负载供电，持续时间为供电，持续时间为t tonon；当回路电感足够大时，流过当回路电感足够大时，流过电感的电流是连续的，即不论电感的电流是连续的，即不论开关处于导通状态还是处于关开关处于导通状态还是处于关断状态，始终有断状态，始终有 i iL L0 0。当当V V 断开时，负载电压为零，断开时，负载电压为零，持续时间为持续时间为t toffoff。第第8 8页页/共共3535页页第7页/共35页3.3.电路波形电路波形第第9 9页页/共共3535页页第8页/共35页4.4.数量关系数量关系由由“伏秒积为零伏秒积为零”求求U Uo o式中：式中：t tonon为为V V处于通态的时间；处于通态的时间；t toff off 为为V V处于断态的时间；处于断态的时间；T T 为开关周期；为开关周期；为导通占空比，简称为导通占空比，简称占空比占空比或导通比。或导通比。第第1010页页/共共3535页页第9页/共35页在连续导电模式下，当输入电压一定时，输出电压与开关的在连续导电模式下，当输入电压一定时，输出电压与开关的占空比呈线性关系，而与其他电路参数无关。改变占空比占空比呈线性关系，而与其他电路参数无关。改变占空比 ，就可得到从零到就可得到从零到E E之间连续可调的输出电压。之间连续可调的输出电压。负载电流平均值为负载电流平均值为 电流断续时，负载电压电流断续时，负载电压u uo o平均值会被抬高，一般不希望出现平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。电流断续的情况。第第1111页页/共共3535页页第10页/共35页 假设电路无损耗，则输入功率等于输出功率，即：假设电路无损耗，则输入功率等于输出功率，即：第第1212页页/共共3535页页第11页/共35页 例例5-1 5-1 在图在图5-1a5-1a所示的降压斩波电路中，已知所示的降压斩波电路中，已知E=200VE=200V，R=10R=10，L L值极大，值极大，E Emm=30V=30V，T=50sT=50s，t tonon=20=20 s s，计算输出，计算输出电压平均值电压平均值U Uo o，输出电流平均值，输出电流平均值I Io o。解：由于解：由于L L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为输出电流平均值为输出电流平均值为第第1313页页/共共3535页页第12页/共35页5.1.15.1.1 降压斩波电路降压斩波电路5.1.25.1.2 升压斩波电路升压斩波电路5.1.35.1.3 升降压斩波电路和升降压斩波电路和CukCuk斩波电路斩波电路5.1.4 5.1.4 SepicSepic斩波电路和斩波电路和ZetaZeta斩波电路斩波电路第第1414页页/共共3535页页第13页/共35页1.1.电路结构电路结构升压斩波器（升压斩波器（BoostBoost）主电路）主电路第第1515页页/共共3535页页第14页/共35页2.2.工作原理工作原理升压型斩波器用于将直升压型斩波器用于将直流电源电压变换为高于流电源电压变换为高于其值的直流电压，实现能其值的直流电压，实现能量从低压向高压侧负载的量从低压向高压侧负载的传递，如电池供电设备中的升压电路、液晶背光电源等。传递，如电池供电设备中的升压电路、液晶背光电源等。当开关管当开关管V V 导通时，二极管承受反压而截止。此时可将电路导通时，二极管承受反压而截止。此时可将电路分为两部分。分为两部分。第一部分由第一部分由E E、L L、V V 组成，电感组成，电感L L储存能量，流经储存能量，流经L L、V V 的的电流逐渐增大，电源的能量转化为电感电流逐渐增大，电源的能量转化为电感L L中的磁场能量。中的磁场能量。第二部分由第二部分由C C、Z Z 组成，组成，C C 放电供给负载能量，负载两端电放电供给负载能量，负载两端电压逐渐降低。压逐渐降低。第第1616页页/共共3535页页第15页/共35页当当V V 断开时，二极管正偏导通，电感储能和电源断开时，二极管正偏导通，电感储能和电源一起经二极管给电容充电，同时也向负载提供能量，一起经二极管给电容充电，同时也向负载提供能量，电感电流电感电流i iL L逐渐减小。逐渐减小。第第1717页页/共共3535页页第16页/共35页3.3.电路波形电路波形第第1818页页/共共3535页页第17页/共35页4.4.数量关系数量关系连续导电模式输入输出电压关系：连续导电模式输入输出电压关系：输出电压值高于电源电压，因此称该电路为升压斩波电路，当输出电压值高于电源电压，因此称该电路为升压斩波电路，当 从零趋向于从零趋向于1 1变化时，输出电压从变化时，输出电压从E E变化到无穷大，但受实际电变化到无穷大，但受实际电器元件参数的影响，器元件参数的影响，不可能过大，有一定的取值范围。不可能过大，有一定的取值范围。第第1919页页/共共3535页页第18页/共35页假设电路无损耗，则输出功率等于输入功率假设电路无损耗，则输出功率等于输入功率:第第2020页页/共共3535页页第19页/共35页 例例5-3 5-3 在图在图5-2a5-2a所示的升压斩波电路中，已知所示的升压斩波电路中，已知E=50VE=50V，L L值和值和C C值值极大，极大，R=20R=20，采用脉宽调制控制方式，当，采用脉宽调制控制方式，当T=40T=40 s s，t tonon=25=25 s s时，时，计算输出电压平均值计算输出电压平均值U Uo o，输出电流平均值，输出电流平均值I Io o。解：输出电压平均值为：解：输出电压平均值为：输出电流平均值为：输出电流平均值为：第第2121页页/共共3535页页第20页/共35页5.1.15.1.1 降压斩波电路降压斩波电路5.1.25.1.2 升压斩波电路升压斩波电路5.1.35.1.3 升降压斩波电路和升降压斩波电路和CukCuk斩波电路斩波电路5.1.4 5.1.4 SepicSepic斩波电路和斩波电路和ZetaZeta斩波电路斩波电路第第2222页页/共共3535页页第21页/共35页1.1.Buck-BoostBuck-Boost斩波电路斩波电路升降压斩波电路的输出电压平均值可以大于或小于输入直升降压斩波电路的输出电压平均值可以大于或小于输入直流电压值，这种电源具有一个相对于输入电压公共端为负极流电压值，这种电源具有一个相对于输入电压公共端为负极性的输出电压。性的输出电压。升降压电路可以灵活改变电压的高低，还能改变电压的极升降压电路可以灵活改变电压的高低，还能改变电压的极性，因此常用于电池供电设备中产生负电源的设备和各种开性，因此常用于电池供电设备中产生负电源的设备和各种开关稳压器等。关稳压器等。Buck-BoostBuck-Boost斩波电路斩波电路第第2323页页/共共3535页页第22页/共35页 工作原理工作原理 V V导通导通时，电源时，电源E E经经V V向向L L供电使其贮能，此时电流为供电使其贮能，此时电流为i i1 1，同，同时时C 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 R供电。供电。V V关断关断时，时，L L的能量向负载释放，电流为的能量向负载释放，电流为i i2 2，负载电压极性，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。波电路。第第2424页页/共共3535页页第23页/共35页 电路电路波形波形第第2525页页/共共3535页页第24页/共35页基本的数量关系基本的数量关系稳态时，一个周期稳态时，一个周期T T内电感内电感L L两端电压两端电压u uL L对时间的积分为零，对时间的积分为零，即即 当当V V处于通态期间，处于通态期间，u uL L=E=E；而当；而当V V处于断态期间，处于断态期间，u uL L=-U=-Uo o。于是：于是：第第2626页页/共共3535页页第25页/共35页所以输出电压为：所以输出电压为：改变导通比改变导通比，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当电压低。当00 1/21/2时为降压，当时为降压，当1/21/2 11时为升压，因此将该时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路。电路称作升降压斩波电路。如果如果V V、VDVD为没有损耗的理想开关时，则输出功率和输入功率为没有损耗的理想开关时，则输出功率和输入功率相等，即相等，即 则：则：第第2727页页/共共3535页页第26页/共35页CukCuk斩波电路斩波电路2.2.Cuk Cuk斩波电路斩波电路CukCuk电路的特点与升降压电路相似，因此也常用于相同的电路的特点与升降压电路相似，因此也常用于相同的场合。该电路一个突出的优点是输入和输出回路中都有电感，场合。该电路一个突出的优点是输入和输出回路中都有电感，因此输出电流纹波较小，从输入电源吸取的电流纹波也较小，因此输出电流纹波较小，从输入电源吸取的电流纹波也较小，在某些对这些问题有特殊要求的场合应用比较适合。在某些对这些问题有特殊要求的场合应用比较适合。第第2828页页/共共3535页页第27页/共35页Cuk Cuk 斩波电路是将升压与降压斩波电路串接而成的，斩波电路是将升压与降压斩波电路串接而成的，L L1 1和和L L2 2为储能电感，为储能电感，C C1 1是耦合电容。是耦合电容。CukCuk斩波电路斩波电路当斩波开关当斩波开关V V导通时，电感导通时，电感L L1 1储能，电容储能，电容C C1 1上的电压使二极上的电压使二极管管VDVD反偏截止，电容反偏截止，电容C C1 1向负载和向负载和L L2 2提供能量，负载获得反极提供能量，负载获得反极性的能量。性的能量。第第2929页页/共共3535页页第28页/共35页斩波开关斩波开关V V断开时，电感断开时，电感L L1 1的感应电动势改变方向，电源和的感应电动势改变方向，电源和电感电感L L1 1联合对电容联合对电容C C1 1充电，二极管充电，二极管VDVD正偏而导通，在此期间正偏而导通，在此期间L L2 2经经VDVD向负载释放能量。向负载释放能量。CukCuk斩波电路斩波电路第第3030页页/共共3535页页第29页/共35页 CukCuk斩波电路斩波电路第第3131页页/共共3535页页第30页/共35页基本的数量关系基本的数量关系对对C C1 1、C C2 2分别使用分别使用“伏秒积分为零伏秒积分为零”可得：可得：由电路无损可得：由电路无损可得：与升降压斩波电路相比，与升降压斩波电路相比，CukCuk斩波电路有一个明显的优点，斩波电路有一个明显的优点，其输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，其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。有利于对输入、输出进行滤波。第第3232页页/共共3535页页第31页/共35页5.1.15.1.1 降压斩波电路降压斩波电路5.1.25.1.2 升压斩波电路升压斩波电路5.1.35.1.3 升降压斩波电路和升降压斩波电路和CukCuk斩波电路斩波电路5.1.4 5.1.4 SepicSepic斩波电路和斩波电路和ZetaZeta斩波电路斩波电路第第3333页页/共共3535页页第32页/共35页 SepicSepic斩波电路斩波电路图图5-65-6 a)Sepic a)Sepic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负载负载回路及回路及L L2 2VDVD负载负载回路同时导电，此阶段回路同时导电，此阶段E E和和L L1 1既向既向负载供电，同时也向负载供电，同时也向C C1 1充电（充电（C C1 1贮存的能量在贮存的能量在V V处于通态时向处于通态时向L L2 2转移）转移）。输入输出关系输入输出关系第第3434页页/共共3535页页第33页/共35页 ZetaZeta斩波电路斩波电路图图5-6 b Zeta5-6 b Zeta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向电向电感感L L1 1贮能。贮能。V V关断时，关断时，L L1 1VDVDC C1 1构成构成振振荡回路荡回路，L L1 1的能量转移至的能量转移至C C1 1，能，能量全部转移至量全部转移至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。输入输出关系为输入输出关系为 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，电源电流电路中，电源电流连续但负载电流断续，有利于输入滤波，反之，连续但负载电流断续，有利于输入滤波，反之，ZetaZeta电路的电电路的电源电流断续而负载电流连续；两种电路输出电压为正极性的。源电流断续而负载电流连续；两种电路输出电压为正极性的。第第3535页页/共共3535页页第34页/共35页感谢您的观看！第35页/共35页