北京交通大学+电力电子技术+第05章+直流斩波器(DC-DC变换器).ppt

电力电子技术PowerElectronicsTechnology,Spring2006,电气工程学院陈洛忠,第五章直流斩波器（DC-DC变换器）,概述,1、直流电压的调节方式（1）线性调节方式通过与负载相串联的线性元件来调节电压损耗大、效率低,（2）开关调节方式通过电子开关的闭合/断开来调节电压,电阻负载降压变换器,2、直直变换器属开关调节方式3、直直变换技术的应用直流调速系统：如地铁动车、无轨电车、其它蓄电池供电的电动车辆等，在此领域称直流斩波技术开关电源：如通信电源、电脑、移动电话电源等，在此领域称直直变换技术,4、直流斩波器的分类：根据输入、输出电压大小降压型U0UiBoost型升降压型Buck-Boost型Cuk型根据输出电压、输出电流方向第一象限U00,I00第二象限U00,I00两象限四象限根据是否带隔离变压器不带隔离变压器和带隔离变压器,5、本章将讨论直直变换器的工作原理和稳态工作特性，在分析过程中基于如下几点假设：电路中的开关管、二极管均为理想器件电路中的电感、电容均为理想器件直流输入电源为理想的恒压电源输出电压的纹波远小于输出平均电压,6、本章要求：熟悉直流变换电路的工作原理及控制方法，掌握四种基本DC/DC变换电路的工作原理、连续导电模式时的波形分析及电量计算方法了解多相多重型斩波电路、多象限斩波电路的工作原理及控制方法了解带隔离变压器的DC/DC变换电路的工作原理7、重点：掌握各种DC/DC变换电路的工作原理、波形分析和电量计算,直流斩波器的应用：直流电机调速直流电压变换（开关电源）直流电压隔离,3.1工作原理及控制方式,3.1.1直流斩波器的工作原理S：斩波开关D：续流二极管S闭合：uLD=USS断开：uLD=0,负载电压平均值：斩波开关导通比（占空比）：01，0ULDUS0tton:,tont0，iL线性增大；S断开：D2续流，uL0，iL线性减小。,1、电路结构,3、单端变换器必须遵循的原则：磁通复位（去磁）原则要求在每个周期结束时，变压器磁芯中的磁通增量为零（即磁通复位），否则磁通将不断增加，导致磁芯饱和，造成开关管损坏,（二）实用单端正激式变换器,1、电路结构N1：原边绕组；N2：副边绕组；N3：去磁绕组,2、工作原理S闭合：D1导通，D2、D3截止，iL、im线性增长S断开，去磁期间：D1截止，D2、D3导通，iL、im线性减小，im经N3、D3反馈到电源Ud中断开，去磁以后：D1、D3截止，D2导通，iL线性减小,3、基本关系：承受最大电压：D1承受最大电压：D2承受最大电压：D3承受最大电压：通常取：N3=N1,（三）双管单端正激式变换器,二、反激式（Flyback）变换器,1、电路结构2、工作原理,3、波形分析,4、基本关系承受最大电压：D承受最大电压：,三、推挽式（Push-pull）变换器,1、电路结构,2、工作原理T1导通、T2截止：D1正偏导通，D2反偏截止，iD1=iL线性增长，iD2=T1截止、T2导通：D1反偏截止，D2正偏导通，iD2=iL线性增长，iD=T1、T2截止：D1、D2续流，iL线性下降。若不考虑激磁电流，则iD1=iD2=iL/2,根据iL是否连续可分为连续工况和断续工况,3、主要波形4、基本关系原边T承受最大电压：原边承受最大电压：副边D承受最大电压：,如果两个开关导通时间不对称，使会变压器中存在直流分量，因此容易发生变压器的偏磁和直流磁饱和,四、半桥式（Half-bridge）变换器,1、电路结构,2、工作原理和主要波形：均与推挽式类似,4、基本关系原边T承受最大电压：副边D承受最大电压：,由于电容的隔直作用，半桥电路对由于两个开关导通时间不对称而造成的变压器一次侧电压的直流分量有自动平衡作用，因此不容易发生变压器的偏磁和直流磁饱和,五、全桥式（Full-bridge）变换器,1、电路结构,2、工作原理和主要波形：均与推挽式类似,4、基本关系原边T承受最大电压：副边D承受最大电压：,如果T1、T4与T2、T3的导通时间不对称，则交流电压uT中将含有直流分量，会在变压器一次侧产生很大的直流分量，造成磁路饱和，因此全桥电路应注意避免电压直流分量的产生，也可以在一次侧回路串联一个电容，以阻断直流电流,五种带隔离变压器的DC/DC电路的比较,电路结构变压器利用率（单端、双端）激磁能量（去磁方法）开关器件电压应力功率等级（应用场合）驱动难易程度可靠性（短路、偏磁）,5.5小结,1、带隔离变压器的直直变换器一般用作开关电源2、带隔离变压器的单端变换器必须遵循