电力电子(修改)

1、第 3 章直流/直流变换器3 直流/直流变换器3.1 直流/直流降压变换器（Buck DC/DC 变换器） 3.2 直流/直流升压变换器（Boost DC/DC 变换器） 3.3 直流升压降压变换器（Boost-Buck变换器或Cuk变换器） *3.4 两象限、四象限直流/直流变换器 *3.5 多相、多重直流/直流变换器 3.6 带隔离变压器的直流/直流变换器 小结 第3章 直流变换电路 1、定义： 利用电力开关器件周期性的开通与关断来改变输出电压的大小，将直流电能转换为另一固定电压或可调电压的直流电能的电路称为直流变换电路。(开关型DC/DC变换电路/斩波器)。2、分类： 按稳压控制方式:脉

2、冲宽度调制(PWM)、脉冲频率调制、(PFM)直流变换电路。 按变换器的功能:降压变换电路(Buck)、升压变换电路(Boost)、升降压变换电路(Buck-Boost)、库克变换电路(Cuk)和全桥直流变换电路。 3、隔离方式： 在直流开关稳压电源中直流变换电路常常采用变压器实现电隔离，而在直流电机的调速装置中可不用变压器隔离。 3.1 直流变换电路的工作原理 3.2 降压变换电路 3.3 升压变换电路 3.4 升降压变换电路 3.5 库克变换电路 3.6 带隔离变压器的直流变换器 3.7 直流变换电路的PWM控制技术 第3章 直流变换电路 3.1 直流变换电路的工作原理工作原理：图中S是可

3、控开关，R为纯阻性负载。在时间内当开关S接通时，电流经负载电阻R流过， R两端就有电压；在时间内开关T断开时， R中电流为零，电压也变为零。 输出电压平均值的改变：因为D是01之间变化的系数，因此在D的变化范围内输出电压UO总是小于输入电压Ud，改变D值就可以改变其大小。占空比的改变：通过改变ton 或TS来实现。 图3.1.1 基本的斩波器电路 及其负载波形 直流变换电路的常用工作方式主要有两种： 脉冲频率调制(PFM)工作方式： 即维持不变，改变TS。在这种调压方式中，由于输出电压波形的周期是变化的，因此输出谐波的频率也是变化的，这使得滤波器的设计比较困难，输出谐波干扰严重，一般很少采用。

4、 脉宽调制(PWM)工作方式： 即维持TS不变，改变。在这种调压方式中，输出电压波形的周期是不变的，因此输出谐波的频率也不变，这使得滤波器的设计容易。3.1 直流变换电路的工作原理 3.1 直流变换电路的工作原理 3.2 降压变换电路 3.3 升压变换电路 3.4 升降压变换电路 3.5 库克变换电路 3.6 带隔离变压器的直流变换器 3.7 直流变换电路的PWM控制技术 第3章 直流变换电路 3.2 降压变换电路原理图 续流二极管全控型电力器件输入直流电压滤波电感滤波电容负载导通期间（ton ）：电力开关器件导通，电感蓄能，二极管D反偏。等效电路如图3.2.1 (b)所示 ；关断期间（tof

5、f）：电力开关器件断开，电感释能，二极管D导通续流。等效电路如3.2.1(c)所示；图3.2.1 降压电路及其波形图3.2 降压变换电路 3.2.1 电感电流连续时工作特性Buck变换器有两种可能的运行工况：（1）电感电流连续模式 CCM(Continuous Current Mode)： 指电感电流在整个开关周期中都不为零；（2）电感电流断流模式 DCM（Discontinuous Current Mode）：指在开关管T阻断期间内经二极管续流的电感电流已降为零。二者的临界：称为电感电流临界连续状态：指开关管阻断期结束时，电感电流刚好降为零。电感中的电流iL是否连续，取决于开关频率、滤波电感

6、L和电容C的数值。图3.2.2 电感电流波形图 Buck变换器的可能运行情况：电感电流连续模式电感电流临界连续状态电感电流断流模式 3.2.1 电感电流连续时工作特性1.电流连续时只有两种开关状态(2) 开关状态2：T管阻断, D管导通(1) 开关状态1：T管导通,D管阻断2. 变压比、导通比的定义 变压比与电路结构和导通比都有关系，它们之间的关系可用多种方法推导。由此了解电力电子电路的分析方法导通比（占空比）：变压比 ：用电感电流表达式求变压比T导通、D截止T 截止、 D导通稳态时：3.2.2 电感电流断流时工作特性1. 三种开关状态和变压比2. 临界负载电流3. BUCK变换器输出电压外特

7、性第三种状态 :T、D都截止。变压比1.三种开关状态和变压比临界连续时：2. 临界负载电流3. Buck变换器输出电压外特性变换器的变压比（或输出电压）与占空比和负载电流的函数关系称为外特性。电感电流连续时，变压比等于占空比，输出电压与负载电流无关。控制特性是线性的。在电感电流断流的情况下，变压比M为(3-21)式，控制特性是非线性的。外特性从线形到非线形的转折点由临界负载电流确定。滤波器电抗对谐波的阻抗为： L滤波器电容对谐波的阻抗为：1/C如果：各谐波经过滤波器后几乎衰减为零。直流量通过滤波器时其大小不受任何影响。滤波输出纹波电压： 在Buck电路中，如果滤波电容C的容量足够大，则输出电压

8、U0为常数。然而在电容C为有限值的情况下，直流输出电压将会有纹波成份。其中f为buck电路的开关频率， fc为电路的截止频率。它表明通过选择合适的L、C值，当满足fcf 时，可以限制输出纹波电压的大小，而且纹波电压的大小与负载无关。设计图3.2(a)所示的Buck DC/DC变换器。电源电压Vs=147220V，额定负载电流11A，最小负载电流1.1A，开关频率20KHz。要求输出电压Vo=110V；纹波小于1%。要求最小负载时电感电流不断流。计算输出滤波电感L和电容C，并选取开关管T和二极管D。例3.1 3.1 直流变换电路的工作原理 3.2 降压变换电路 3.3 升压变换电路 3.4 升降

9、压变换电路 3.5 库克变换电路 3.6 带隔离变压器的直流变换器 3.7 直流变换电路的PWM控制技术 第3章 直流变换电路 3.3 升压变换电路1) 定义：直流输出电压的平均值高于输入电压的变换电路称为升压变换电路，又叫Boost电路。全控型电力器件开关储能保持输出电压2）原理图3）工作原理：ton工作期间：二极管反偏 截止，电感L储能，电容C 给负载R提供能量。toff工作期间：二极管 导通，电感L经二极管给 电容充电，并向负载RL提 供能量。 3.3 升压变换电路图3.3.1 升压变换电路及其波形2. 变压比和电压、电流基本关系理想Boost变换器的变压比T导通,D截止T 阻断，D导通2. 变压比和电压、电流基本关系 输出电压脉动等于开关管T导通期间电容C的电压变化量，V0可近似地由下式确定理想Boost变换器输出电压纹波的大小 T导通时为电感L储能阶段，此时电源不向负载提供能量，负载靠储于电容C的能量维待工作。 T阻断时，电源和电感共同向负载供电，同时给电容 C充电。 图3.3.1 升压变换电路及其波形 总结：电感电流连续时Boost变换器的工作分为两个阶段: 3.3 升压变换电路电感电流断流时工作特性三种开关状态和变压比临界负载电流Boost变换器输出电压外特性 3.3 升压变换电路1.三种开关状态与变压比VG0, T管导通,D截止 1