第五章直流斩波

第

5章

直流变换器(DC-DC变换器)2023/2/4

1北京交通大学电气工程学院概述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2023/2/4

2北京交通大学电气工程学院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、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。2023/2/4

3北京交通大学电气工程学院5、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（BUCK电路、BOOST电路、BUCK—BOOST电路和CUK电路）的工作原理、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。6、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。2023/2/4

4北京交通大学电气工程学院本章内容5.1

降压变换器（BUCK变换器）5.2

升压变换器（BOOST变换器）5.3

升降压变换器（BUCK--BOOST变换器）5.4

丘克变换器（CUK变换器）5.5多象限直流变换器5.6多相多重直直变换器5.7带隔离变压器的直直变换器5.8直流斩波器的控制方式2023/2/4

5北京交通大学电气工程学院5.1降压变换器（BUCK变换器）一、电路结构与工作原理1、电路结构2、工作原理S闭合，Ud通过L向R供能，iL增大，L储能增加S断开，iL通过D续流，L上的能量消耗在R上，iL下降Uo=0~Ud

视iL是否连续，可分为连续导电模式和不连续导电模式续流二极管功率开关器件储能电感滤波电容2023/2/4

6北京交通大学电气工程学院二、连续导电模式1、波形分析稳态时，Uo基本恒定，IC=0，UL=0，Io=IL忽略电路损耗，Pd=Po，即：UdId=UoIo2023/2/4

7北京交通大学电气工程学院二、连续导电模式（续）2、电量计算

因为

所以 得： 由 得：2023/2/4

8北京交通大学电气工程学院三、连续电流与不连续电流的临界工作点临界工作点：一个周期结束时iL恰好为零临界平均电流：IL>ILB：连续；IL

<ILB:不连续2023/2/4

9北京交通大学电气工程学院四、不连续导电模式1、波形分析 （与连续导电模式相同）2、电量计算2023/2/4

10北京交通大学电气工程学院本章内容5.1

降压变换器（BUCK变换器）5.2

升压变换器（BOOST变换器）5.3

升降压变换器（BUCK--BOOST变换器）5.4

丘克变换器（CUK变换器）5.5多象限直流变换器5.6多相多重直直变换器5.7带隔离变压器的直直变换器5.8直流斩波器的控制方式2023/2/4

11北京交通大学电气工程学院5.2升压变换器（BOOST变换器）一、结构与工作原理1、电路结构2、工作原理T闭合，Ud向L充电，iL增大，负载由C供电T断开，iL通过D向C和R供电，

iL下降Uo=Ud~∞视iL是否连续，可分为连续导电模式和不连续导电模式储能电感滤波电容2023/2/4

12北京交通大学电气工程学院二、连续导电模式1、波形分析稳态时，Vo基本恒定，IC=0，UL=0，I0=ID，Id=IL忽略电路损耗，Pd=Po，即：UdId=UoIo2023/2/4

13北京交通大学电气工程学院二、连续导电模式（续）2、电量计算稳态时，一个周期T内L积蓄能量与释放能量相等：TS/toff>1，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路输出电压高于电源电压的原因1）L储能后使电压泵升；2）C可将电压保持住。2023/2/4

14北京交通大学电气工程学院三、连续电流与不连续电流的临界工作点临界工作点：一个周期结束时iL恰好为零临界平均电流：IL>ILB：连续；IL

<ILB:不连续2023/2/4

15北京交通大学电气工程学院三、不连续导电模式1、波形分析 （与连续导电模式相同）2、电量计算2023/2/4

16北京交通大学电气工程学院本章内容5.1

降压变换器（BUCK变换器）5.2

升压变换器（BOOST变换器）5.3

升降压变换器（BUCK--BOOST变换器）5.4

丘克变换器（CUK变换器）5.5多象限直流变换器5.6多相多重直直变换器5.7带隔离变压器的直直变换器5.8直流斩波器的控制方式2023/2/4

17北京交通大学电气工程学院5.3升降压变换器

（BUCK--BOOST变换器）一、电路结构与工作原理1、电路结构2、工作原理T闭合，Ud向L充电，iL增大，负载由C供电T断开，iL通过D向C和R供电，iL下降Uo=0~∞

视iL是否连续，可分为连续导电模式和不连续导电模式2023/2/4

18北京交通大学电气工程学院二、连续导电模式1、波形分析稳态时，Uo基本恒定，IC=0，UL=0，I0=ID=IL-Id忽略电路损耗，Pd=Po，即：UdId=UoIo2023/2/4

19北京交通大学电气工程学院二、连续导电模式（续）2、电量计算2023/2/4

20北京交通大学电气工程学院三、连续电流与不连续电流的临界工作点临界工作点：一个周期结束时iL恰好为零临界平均电流：IL>ILB：连续；IL

<ILB:不连续2023/2/4

21北京交通大学电气工程学院四、不连续导电模式1、波形分析 （与连续导电模式相同）2、电量计算2023/2/4

22北京交通大学电气工程学院本章内容5.1

降压变换器（BUCK变换器）5.2

升压变换器（BOOST变换器）5.3

升降压变换器（BUCK--BOOST变换器）5.4

丘克变换器（CUK变换器）5.5多象限直流变换器5.6多相多重直直变换器5.7带隔离变压器的直直变换器5.8直流斩波器的控制方式2023/2/4

23北京交通大学电气工程学院5.4丘克变换器（CUK变换器）一、电路结构与工作原理1、电路结构L1、C1为能量传递元件；L2、C2为滤波元件2023/2/4

24北京交通大学电气工程学院一、电路结构与工作原理（续）2、工作原理T闭合，D截止，Ud向L1充电，iL1增大，C1向L2

、C2和负载供电，iL2增大T断开，D导通，Ud和L给C1充电，iL1下降，负载由L2和C2供电，iL2下降Uo=0~∞视iL1是否连续，可分为连续导电模式和不连续导电模式2023/2/4

25北京交通大学电气工程学院二、连续导电模式1、波形分析稳态时，UC1

、Uo基本恒定，IC1=0，IC2=0