电力电子技术第5章 直流斩波电路.ppt

1 第5章直流斩波电路 2 回顾 电力电子器件 交流变直流 整流 开关 3 直流变直流 斩波 4 第5章直流斩波电路 直流斩波电路 DCChopper 将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电 也称为直流 直流变换器 DC DCConverter 一般指直接将直流电变为另一直流电 不包括直流 交流 直流 5 第5章直流斩波电路 一 斩波的原理二 斩波电路的控制方式三 斩波电路的应用四 斩波电路的分类五 基本斩波电路 6 一 斩波的原理 S是开关 由电力电子器件构成S闭合 ton U0 Ui S断开 toff U0 0工作周期 T ton toff 占空比 ton T 7 一 斩波的原理 根据波形计算输出电压平均值 考虑如何改变输出电压Uo 调整改变 改变ton T 8 二 斩波电路的控制方式 1 保持T不变 改变tonPWM 脉冲宽度调制 脉冲调宽型 2 保持ton不变 改变T 保持toff不变 改变T 频率调制或调频型3 ton与T都改变调频调宽型 混合型 如何改变占空比 ton T 9 10 三 斩波电路的应用 电源可调直流开关电源各类使用电池供电的设备直流电动机驱动装置无轨电车 地铁蓄电池供电的无级变速机动车电动汽车 11 12 13 14 15 16 17 四 斩波电路的分类 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Zeta斩波电路复合斩波电路多相多重斩波电路 不同结构基本斩波电路组合 相同结构基本斩波电路组合 18 五 基本斩波电路 1 降压斩波电路2 升压斩波电路 19 1 降压斩波电路 电路结构 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 典型用途之一是拖动直流电动机 也可带蓄电池负载 降压斩波电路 BuckChopper 1 降压斩波电路 工作原理 图3 1降压斩波电路得原理图及波形 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 t t1时控制V关断 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 通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小 动画演示 21 数量关系 电流连续 负载电压平均值 3 1 3 2 ton V通的时间toff V断的时间 导通占空比 电流断续 Uo被抬高 一般不希望出现 负载电流平均值 22 I10 I20 基于 分段线性 的思想 对降压斩波电路进行解析 23 1 降压斩波电路 3 4 3 6 t2 24 用泰勒级数近似 3 11 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 1 降压斩波电路 25 例题 如图所示降压斩波电路中 已知E 100V R 5 L值极大 EM 20V 采用脉宽调制控制方式 当 时 计算输出电压平均值 输出电流平均值 解 26 降压斩波器 直流降压变压器 从能量传递关系出发进行推导 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 27 1 降压斩波电路 负载电流断续的情况 I10 0 且t ton tx时 i2 0 3 16 电流断续的条件 3 17 28 2 升压斩波电路 升压斩波电路 BoostChopper 保持输出电压 储存电能 电路结构 1 升压斩波电路的基本原理 UGE 29 2 升压斩波电路 工作原理 假设L和C值很大 V处于通态时 电源E向电感L充电 电流恒定I1 电容C向负载R供电 输出电压Uo恒定 V处于断态时 电源E和电感L同时向电容C充电 并向负载提供能量 动画演示 0 UGE I1 图3 2升压斩波电路及工作波形 a 电路图 b 波形 30 2 升压斩波电路 数量关系 设V通态的时间为ton 此阶段L上积蓄的能量为设V断态的时间为toff 则此期间电感L释放能量为稳态时 一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等 3 21 3 20 化简得 T toff 1 输出电压高于电源电压 故为升压斩波电路 31 2 升压斩波电路 电压升高得原因 电感L储能使电压泵升的作用电容C可将输出电压保持住 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 3 24 与降压斩波电路一样 升压斩波电路可看作直流变压器 输出电流的平均值Io为 3 25 电源电流的平均值Io为 3 26 32 2 升压斩波电路 2 升压斩波电路典型应用 一是用于直流电动机传动二是用作单相功率因数校正 PFC 电路三是用于其他交直流电源中 t t T E i O O b a i 1 i 2 I 10 I 20 I 10 t on t off t O T O E t c u o i o i 1 i 2 t 1 t 2 t x t on t off I 20 u o 图3 3用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形a 电路图b 电流连续时c 电流断续时 用于直流电动机传动再生制动时把电能回馈给直流电源 电动机电枢电流连续和断续两种工作状态 直流电源的电压基本是恒定的 不必并联电容器 动画演示 33 2 升压斩波电路 数量关系 该式表明 以电动机一侧为基准看 可将直流电源电压看作是被降低到了 34 如图3 3c 当电枢电流断续时 当t 0时刻i1 I10 0 令式 3 31 中I10 0即可求出I20 进而可写出i2的表达式 另