直流直流变流电路

直流直流变流电路第一页，共四十四页，2022年，8月28日15.1基本斩波电路5.2复合斩波电路和多相多重斩波电路5.3带隔离的直流-直流变流电路学习内容第二页，共四十四页，2022年，8月28日2第5章直流斩波电路·引言直流斩波电路（DCChopper）将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。

电路种类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。复合斩波电路——不同结构基本斩波电路组合。多相多重斩波电路——相同结构基本斩波电路组合。第三页，共四十四页，2022年，8月28日35.1基本斩波电路5.1.1降压斩波电路5.1.2升压斩波电路

升降压斩波电路和Cuk斩波电路5.1.4Sepic斩波电路和Zeta斩波电路第四页，共四十四页，2022年，8月28日45.1.1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)第五页，共四十四页，2022年，8月28日5降压斩波电路电路和波形动画演示第六页，共四十四页，2022年，8月28日65.1.1降压斩波电路数量关系电流连续负载电压平均值：（5-1）（5-2）

电流断续，Uo被抬高，一般不希望出现。负载电流平均值：第七页，共四十四页，2022年，8月28日75.1.1降压斩波电路同样可以从能量传递关系出发进行的推导电源只在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，则电源提供的能量与负载消耗的能量相等。第八页，共四十四页，2022年，8月28日85.1.1降压斩波电路负载电流断续的情况：

I10=0，且t=tx时，i2=0式（3-7）式（3-6）tx<toff电流断续的条件：负载电流平均值为：输出电压平均值为：第九页，共四十四页，2022年，8月28日95.1.2升压斩波电路(BoostChopper）工作原理图5-2升压斩波电路及工组波形动态演示电路结构第十页，共四十四页，2022年，8月28日105.1.2升压斩波电路数量关系稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等：化简得：T/toff>1，输出电压高于电源电压，故为升压斩波电路。

——升压比；升压比的倒数记作b，即 。b和a的关系：因此，上式可表示为第十一页，共四十四页，2022年，8月28日115.1.2升压斩波电路电压升高的原因：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：电源电流的平均值Io为：第十二页，共四十四页，2022年，8月28日125.1.2升压斩波电路图5-3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）电流断续时动画演示典型应用第十三页，共四十四页，2022年，8月28日135.1.2升压斩波电路数量关系当V处于通态时，设电动机电枢电流为i1，得下式：当V处于断态时，设电动机电枢电流为i2，得下式：当电流连续时，考虑到初始条件，近似L无穷大时电枢电流的平均值Io，即第十四页，共四十四页，2022年，8月28日145.1.2升压斩波电路如图5-3c，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。另外，当t=t2时，i2=0，可求得i2持续的时间tx，即图5-3用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形--------电流断续的条件tx<t0ff第十五页，共四十四页，2022年，8月28日15升降压斩波电路和Cuk斩波电路升降压斩波电路和波形第十六页，共四十四页，2022年，8月28日16升降压斩波电路和Cuk斩波电路数量关系稳态时，一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零，即所以输出电压为：V处于通态uL=EV处于断态uL=-uo第十七页，共四十四页，2022年，8月28日17升降压斩波电路和Cuk斩波电路结论当0<a<1/2时为降压，当1/2<a<1时为升压，故称作升降压斩波电路。也有称之为buck-boost变换器。其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。第十八页，共四十四页，2022年，8月28日18升降压斩波电路和Cuk斩波电路2)Cuk斩波电路V通时，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路有电流。V断时，E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路有电流。输出电压的极性与电源电压极性相反。电路相当于开关S在A、B两点之间交替切换。图5-5Cuk斩波电路及其等效电路a）电路图b）等效电路第十九页，共四十四页，2022年，8月28日19升降压斩波电路和Cuk斩波电路数量关系优点（与升降压斩波电路相比）：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。第二十页，共四十四页，2022年，8月28日20b)Zeta斩波电路5.1.4Sepic斩波电路和Zeta斩波电路a)Sepic斩波电路电路结构数量关系第二十一页，共四十四页，2022年，8月28日215.2复合斩波电路和多相多重斩波电路5.2.1电流可逆斩波电路5.2.2桥式可逆斩波电路5.2.3多相多重斩波电路第二十二页，共四十四页，2022年，8月28日22

电流可逆斩波电路复合斩波电路——降压斩波电路和升压斩波电路组合构成

多相多重斩波电路——相同结构的基本斩波电路组合构成斩波电路用于拖动直流电动机时，常要使电动机既可电动运行，又可再生制动。降压斩波电路能使电动机工作于第1象限。升压斩波电路能使电动机工作于第2象限。电流可逆斩波电路：此电路电动机的电枢电流可正可负，但电压只能是一种极性，故其可工作于第1象限和第2象限。电流可逆斩波电路第二十三页，共四十四页，2022年，8月28日23

电流可逆斩波电路电路结构工作过程（三种工作方式)作为降压斩波电路作为升压斩波电路第3种工作方式：一个周期内交替地作为降压斩波电路和升压斩波电路工作。图5-7电流可逆斩波电路及波形第二十四页，共四十四页，2022年，8月28日245.2.2桥式可逆斩波电路图5-8桥式可逆斩波电路

两个电流可逆斩波电路组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压。第二十五页，共四十四页，2022年，8月28日255.2.3多相多重斩波电路基本概念多相多重斩波电路在电源和负载之间接入多个结构相同的基本斩波电路而构成相数一个控制周期中电源侧的电流脉波数重数负载电流脉波数第二十六页，共四十四页，2022年，8月28日265.2.3多相多重斩波电路3相3重降压斩波电路电路结构：相当于由3个降压斩波电路单元并联而成。图5-93相3重斩波电路及其波形第二十七页，共四十四页，2022年，8月28日275.2.3多相多重斩波电路当上述电路电源公用而负载为3个独立负载时，则为3相1重斩波电路。而当电源为3个独立电源，向一个负载供电时，则为1相3重斩波电路。多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波电路单元可互为备用。第二十八页，共四十四页，2022年，8月28日285.3带隔离的直流-直流变流电路变压器整流电路滤波器直流交流交流脉动直流直流逆变电路图5-10间接直流变流电路的结构间接直流变流电路：先将直流逆变为交流，再整流为直流电，也称为直-交-直电路。第二十九页，共四十四页，2022年，8月28日295.3带隔离的直流-直流变流电路5.3.1正激电路5.3.2反激电路5.3.3半桥电路5.3.4全桥电路5.3.5推挽电路5.3.6全波整流和全桥整流第三十页，共四十四页，2022年，8月28日305.3.1正激电路图5-11正激电路的原理图图5-12正激电路的理想化波形1）正激电路(Forward)的工作过程第三十一页，共四十四页，2022年，8月28日315.3.1正激电路输出电压输出电感电流连续输出电感电流不连续2）变压器的磁心复位变压器的磁心复位时间为第三十二页，共四十四页，2022年，8月28日325.3.2反激电路1）工作过程：图5-15反激电路的理想化波形

图5-14反激电路原理图

S开通后，VD处于断态，W1绕组的电流线性增长，电感储能增加；S关断后，W1绕组的电流被切断，变压器中的磁场能量通过W2绕组和VD向输出端释放。第三十三页，共四十四页，2022年，8月28日335.3.2反激电路2）反激电路的工作模式：电流连续模式：当S开通时，W2绕组中的电流尚未下降到零。输出电压关系：电流断续模式：S开通前，W2绕组中的电流已经下降到零。

图5-15反激电路的理想化波形

图5-14反激电路原理图

第三十四页，共四十四页，2022年，8月28日345.3.3半桥电路当滤波电感L的电流连续时：

如果输出电感电流不连续时图5-16半桥电路原理图

图5-17半桥电路的理想化波形第三十五页，共四十四页，2022年，8月28日355.3.4全桥电路滤波电感电流连续时：

输出电感电流断续时：图5-18全桥电路原理图

图5-19全桥电路的理想化波形第三十六页，共四十四页，2022年，8月28日365.3.5推挽电路图5-20推挽电路原理图

图5-21推挽电路的理想化波形推挽电路中两个开关S1和S2交替导通，在绕组N1和N,1两端分别形成相位相反的交流电压。S1导通时，二极管VD1处于通态，电感L的电流逐渐上升。S2导通时，二极管VD2处于通态，电感L电流也逐渐上升。当两个开关都关断时，VD1和VD2都处于通态，各分担一半的电流。S1和S2断态时承受的峰值电压均为2倍Ui。1）工作过程第三十七页，共四十四页，2022年，8月28日375.3.5推挽电路滤波电感L电流连续时：输出电感电流不连续时图5-20推挽电路原理图

图5-21推挽电路的理想化波形第三十八页，共四十四页，2022年，8月28日385.3.5推挽电路电路优点缺点功率范围应用领域正激电路较简单，成本低，可靠性高，驱动电路简单变压器单向激磁，利用率低几百W~几kW各种中、小功率电源反激电路非常简单，成本很低，可靠性高，驱动电路简单难以达到较大的功率，变压器单向激磁，利用率低几W~几十W小功率电子设备、计算机设备、消费电子设备电源。全桥变压器双向励磁，容易达到大功率结构复杂，成本高，有直通问题，可靠性低，需要复杂的多组隔离驱动电路几百W~几百kW大功率工业用电源、焊接电源、电解电源等半桥变压器双向励磁，没有变压器偏磁问题，开关较少，成本低有直通问题，可靠性低，需要复杂的隔离驱动电路几百W~几kW各种工业用电源，计算机电源等推挽变压器双向励磁，变压器一次侧电流回路中只有一个开关，通态损耗较小，驱动简单有偏磁问题几百W~几kW低输入电压的电源表5-1各种不同的间接直流变流电路的比较第三十九页，共四十四页，2022年，8月28日395.3.6全波整流和全桥整流双端电路中常用的整流电路形式为全波整流电路和全桥整流电路。全波整流电路1）全波整流电路的特点优点：电感L的电流回路中只有一个二极管压降，损耗小，而