直流-直流变流电路.pptx
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1、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
2、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
3、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
4、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CukCu
5、k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
6、,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,
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、 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
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