直流斩波变换电路.ppt

第六章 直流斩波变换电路,直流斩波电路：将一个固定的直流电压变换成大小可变的直流电压的电路。也称之为直流变换电路。 直流斩波技术的应用：被广泛应用于开关电源及直流电动机驱动中，如不间断电源(UPS)、无轨电车、地铁列车、蓄电池供电的机动车辆的无级变速及电动汽车的控制。从而使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能，并同时收到节约电能的效果。 直流变换系统的结构如图6-1所示:,图6-1 直流变换系统的结构图,第一节 降压式斩波变换电路,一、基本斩波器的工作原理 降压式斩波电路的输出电压平均值低于输入直流电压Ud 。 最基本的降压式斩波电路如图6-2所示：Q为斩波开关，是斩波电路中的关键功率器件，它可用普通型晶闸管、可关断晶闸管GTO或者其它自关断器件来实现。,T=Ton+Toff,Q交替通断，在负载上就可得到方 波电压。,斩波电路三种控制方式 T不变，变ton 脉冲宽度调制（PWM） ton不变，变T 频率调制 ton和T都可调，改变占空比混合型,若定义斩波器的占空比k=ton/T ,则由波形图上可获得输出电压平均值为,由上式可知，当占空比k从0变到时，输出电压平均值从0变到Ud。占空比k的改变可以通过改变ton或T来实现。,6.1 降压式斩波变换电路,实际应用中负载多为电感性，多采用如图6-3所示电路。 稳态分析表明，若输出端上的电容C很大，则输出电压可近似为常数uo(t)UO。由于稳态时电容器的平均电流为零，因而电感中的平均电流等于输出平均电流。根据电感中的电流连续与否，以下分别对电流连续和电流不连续（断续）的两种工作模式进行讨论。,6.1 降压式斩波变换电路,图6-3 带感性负载的斩波电路,V导通,V关断,一周期内,6.1 降压式斩波变换电路,二、电流连续的导通工作模式,图6-4 降压式斩波器的电路工作状态,在电流连续导通工作模式状态下，降压式变换电路等效于一个直流变压器，其等效变比可以通过控制开关的占空比k在到的范围内连续控制。 电路参数的变化将导致电感电流导通模式的变化，即电感电流由连续变为不连续。如图6-5a所示为电流临界连续状态时的uL和iL波形。,6.1 降压式斩波变换电路,图6-5 临界连续时的电压、电流波形,电流临界连续时,i0min 平均电感电流,在给定T、UO、L和k等参数的条件下，如果平均输出电流或平均电感电流小于由上式给出的ILB值，那么iL将不再连续。,平均负载电流,6.1 降压式斩波变换电路,电流不连续导通的工作模式分为输入电压Ud不变和输出电压UO不变两种情况，这里主要介绍Ud不变的非连续导通模式。,三、电流不连续导通时的工作模式,图6-6 Ud不变时非连续的电压、电流波形,Ud不变的非连续导通模式常用于直流电机的速度控制。输入电压Ud保持不变，输出电压UO可通过调整斩波器的占空比k进行控制。 由于UO=kUd，在iL=0 的特定情况下，电感电流的表达式可改写为,6.1 降压式斩波变换电路,假定Ud和所有参数不变，对于连续导通模式来说在k=0.5时输出的电流最大，其值为,因此：,6.1 降压式斩波变换电路,在给定了T、L、Ud和k值以后并假定这些参数均不变化，这时若负载电流减小，即负载电阻值增加，那么平均电感电流将随之而减小。当I LIOB时，电感电流的波形如图6-6所示，图中表明电感L贮能较小，不足以维持在全部关断时间toff内导通，因此出现电感电流不连续的现象。 电流不连续导通工作模式的另一种情况是Ud可能变动而保持输出电压Uo不变。它在直流可调电源中得到广泛应用，输出电压 Uo可通过调整占空比k使其维持不变。,四、输出电压纹波 斩波电路的输出端所接电容不可能无穷大，输出电压含有脉动成分，如图6-8波形所示。在连续导通工作模式中，假定iL中的谐波分量通过电容器短路，其直流分量流过负载电阻。图中阴影部分表示由电容C存贮并释放的电荷Q。 纹波电压的峰峰值UO： 其纹波电压相对值：,6.1 降压式斩波变换电路,式中fs-开关频率， ； fC为L、C低通滤波器的固有频率 。,第二节 升压式斩波电路,一、 原理图：,保持输出电压,储存电能,该电路的输出电压永远高于输入电压。稳态分析中，假定滤波电容很大，并使输出电压保持不变，即uo(t)=Uo。,图6-7 升压式斩波电路,二、电流连续导通时的工作模式 V导通：电感储能，负载由电容C供电。 V关断：电感释放能量，与Ud一起作用向负载供电。 电感电压在一个周期内的平均值为0,6.2 升压式斩波电路,图6-8 升压式斩波电路及波形,临界连续导通时，电感中的电压和电流波形如图6-9a所示。该工作模式下,iL在关断结束时刚好变为零。此时流过电感中的电流平均值为,在升压式斩波电路中，电路结构决定了电感电流和输入电流是一样的，即id=iL。可求得输出电流的平均值：,6.2 升压式斩波电路,图6-9 升压式斩波电路临界连续导通时的电压和电流波形,在升压式斩波电路的大多数应用中都需要Uo保持不变。只要占空比可以调整，就允许输入电压变动。 Io、ILB 与占空比k的函数关系如图6-9所示。由图可知，ILB在k=0.5时出现最大值ILBmax ，而IO在k1/3时出现其最大值Ioma,6.2 升压式斩波电路,ILB和Io可用它们的最大值表示：,如果负载电流平均值降到低于Io，那么电流将由连续导通变为不连续导通的工作模式。,三、电流不连续导通的工作模式 在Ud和k保持不变的条件下，逐步减小输出负载功率的，升压式变换电路从电流连续导通模式向不连续导通模式变化，波形如图6-10所示。图6-10a为连续导通时