直流变换电路教学课件PPT.ppt

1 直流斩波电路 直流 直流变换器 将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电 不包括直流 交流 直流 直流斩波电路的种类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 其中前两种是最基本的电路复合斩波电路 不同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 第9章直流变换电路 2 1 降压斩波电路 9 1基本斩波电路 全控型器件 若为晶闸管 须有辅助关断电路 续流二极管 负载出现的反电动势 3 当t 0时刻驱动v导通 电源e向负载供电 负载电压uo e 负载电流io按指数曲线上升当t t1时刻控制v关断 负载电流经二极管vd续流 负载电压uo近似为零 负载电流呈指数曲线下降 为了使负载电流连续且脉动小 通常串接l值较大的电感 当电路工作稳定时 负载电流在一个周期的初值和终值相等 电流连续时的波形 4 负载电压平均值为 式中 ton为v处于通态的时间 toff为v处于断态的时间 t为开关周期 a为导通占空比 简称占空比或导通比 降压斩波电路 buck变换器 输出到负载的电压平均值u0最大为e 若减小占空比a 则u0随之减小 负载电流平均值为 5 从能量传递关系出发进行的推导 由于l为无穷大 故负载电流维持为io不变 电源只在v处于通态时提供能量 为 在整个周期t中 负载消耗的能量为 输出功率等于输入功率 可将降压斩波器看作直流降压变压器 一周期中忽略损耗 则电源提供的能量与负载消耗的能量相等 6 负载中l值较小 则在v关断后 到了t2时刻 负载电流已衰减为零 会出现负载电流断续 由波形可见 负载电压uo平均值会抬高 一般不希望出现电流断续的情况 电流断续时的波形 7 斩波电路三种控制方式1 脉冲宽度调制 pwm脉冲调宽型 保持开关周期t不变 调节开关导通时间ton2 频率调制 调频型 保持开关导通时间ton不变 改变开关周期t混合型ton和t都可调 占空比改变v为通态期间 设负载电流为i1 可列出如下方程设此阶段电流初值为i10 l r 解上式得 8 v处于断态期间 设负载电流为i2 可列出如下方程设此阶段电流初值为i20 解上式得当电流连续时 有i10 i2 t2 i20 i1 t1 v进入通态时的电流初值就是v在断态阶段结束时的电流值 反过来 v进入断态时的电流初值就是v在通态阶段结束时的电流值 9 式中 用泰勒级数近似 可得上式表示了平波电抗器l为无穷大 负载电流完全平直时的负载电流平均值io 此时负载电流最大值 最小值均等于平均值 10 带lc滤波的降压斩波电路输出电压uc在稳态下近似无任何脉动 保持uc不变 电感电流波形由原来的指数规律上升和下降 变为直线升降 作用于电感l两端的电压为 uc 电感电流il以 uc l的负斜率直线减小 11 2 升压斩波电路 v处于通态时 电源e向电感l充电 充电电流基本恒定为i1 同时电容c上的电压向负载r供电 因c值很大 保持输出电压uo为恒值 记为uo 设v处于通态的时间为ton 此阶段电感l上积蓄的能量为ei1ton v处于断态时 e和l共同向电容c充电 并向负载r提供能量 设v处于断态的时间为toff 则此期间电感l释放能量为 uo e i1toff 保持输出电压 储存电能 12 电路工作稳态时 一个周期t中电感l积蓄能量与释放能量相等化简得式中 t toff 1 输出电压高于电源电压 该电路为升压斩波电路t toff表示升压比 改变输出电压uo的大小 升压比的倒数b toff t 则b和导通占空比a的关系 13 电流连续时的波形 14 i1 电流断续时的波形 15 3 升降压斩波电路和cuk斩波电路 1 降压 升压斩波电路 可控开关v处于通态时 电源经v向电感l供电使其贮存能量 此时电流为i1 同时 电容c维持输出电压恒定并向负载r供电 v关断时 电感l中的能量向负载释放 电流为i2 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 16 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 即当v处于通态期间时 ul e 而当v处于断态期间时 ul uo输出电压为改变导通比a 输出电压既可以比电源电压高 也可以比电源电压低 当0 a 1 2时为降压 当1 2 a 1时为升压 因此将该电路称作升降压斩波电路 buck boost变换器 17 2 cuk斩波电路 v处于通态时 e l1 v回路和r l2 c v回路分别流过电流 v处于断态时 e l1 c vd回路和r l2 vd回路分别流过电流输出电压的极性与电源电压极性相反 等效电路如图3 5b所示 相当于开关s在a b两点之间交替切换 cuk斩波电路优点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 18 间接直流变流电路中增加了交流环节 因此也称为直 交 直变换电路 采用直 交 直变换结构的原因 输出端与输入端需要隔离 需要相互隔离的多路输出 输出电压与输入电压的比例远小于1或远大于1 交流环节采用较高的工作频率 可以减小变压器和滤波电感 电容的体积和重量 9 2单端间接式直流变换电路 19 间接直流变流电路分为单端 singleend 和双端 doubleend 电路两大类 单端电路中 变压器中流过的是单方向的直流脉动电流 而双端电路中 变压器中的电流为正负对称的交流电流 1 单端正激式直流变换电路开关s开通后 变压器原边绕组两端的电压为上正下负 n2绕组两端的电压也是上正下负 vd1和s同时导通 vd2为断态 电感l的电流逐渐增长 s关断后 电感l通过vd2续流 vd1关断 滤波器输入电压为零 l的电流逐渐下降 可见 副边绕组相当于联接了一个带lc滤波的降压式直流斩波电路 波形 20 返回 21 s关断后 变压器原边绕组n1的自感电势上负下正 从而n3绕组的感应电势上正下负 使变压器励磁电流经n3绕组和vd3流回电源 此时n1绕组两端自感电压un1的大小由un3决定 由