《新能源汽车电机及传动系统拆装与检测》课件-资讯三 直流-直流变换电路

直流-直流变换电路（DC-DC变换电路）的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流变换电路和间接直流变换电路。直接直流变换电路也称斩波电路，它的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。间接直流变换电路是在直流变换电路中增加了交流环节，在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称为带隔离的DC-DC变换电路。资讯三直流—直流变换电路1.直流斩波电路1）直流斩波电路的工作原理工程上，一般将以开关管按一定控制规律调制且无变压器隔离的DC-DC变换电路称为直流斩波电路。如图5-16所示，输入电压Ui通过开关与负载串联，当开关闭合时，输出电压等于输入电压，Uo=Ui；而当开关断开时，输出电压等于零，Uo=0。资讯三直流—直流变换电路图5-16输入电压Ui通过开关与负载串联和输出电压波形1.直流斩波电路如图5-17所示，用可控的功率开关管代替开关，输入一定的控制信号，控制电路的交替通断，获得可调的输出电压，达到降压的目的。Uo=Ui(t1+t2+t3)/t（Uo≤Ui）资讯三直流—直流变换电路图5-17基本斩波电路与输出电压波形在周期t不变的情况下，改变导通时间就可以改变Uo的大小。将功率开关管的导通时间与开关周期之比定义为占空比（dutyration），用D表示，则D=(t1+t2+t3)/t因为占空比D小于等于1，所以输出电压Uo小于或等于输入电压Ui。因此，改变D值就可以改变输出电压平均值的大小，而占空比的改变可以通过改变导通时间或周期来实现。资讯三直流—直流变换电路（1）脉冲宽度调制（PWM）。（3）调频调宽混合控制。（2）脉冲频率调制（PFM）。资讯三直流—直流变换电路2）直流斩波电路的控制信号资讯三直流—直流变换电路图5-18脉冲宽度调制（PWM）和脉冲频率调制（PFM）2.降压斩波电路1）降压斩波电路的组成直流降压斩波电路的组成如图5-19所示。为抑制输出电压脉动，在基本原理电路中加入滤波电容C；为限制开关管VD导通时的电流应力，将缓冲电感串入开关管VD的支路中；为避免开关管VD关断时缓冲电感中电流的突变，加入续流二极管D。资讯三直流—直流变换电路图5-19直流降压斩波电路的组成2）降压原理直流降压斩波电路是使用广泛的直流变换电路。开关管VD把输入的Ui斩成方波输出到R上，图5-20所示为斩波后的输出波形，方波的周期为T，在VD导通时输出电压等于Ui，导通时间为ton，在VD关断时输出电压等于0，关断时间为toff，占空比D=ton/T，方波电压的平均值与占空比成正比。资讯三直流—直流变换电路图5-20斩波后的输出波形图5-21中矩形波为连续输出波形，其平均电压如中间线条所示。改变脉冲宽度即可改变输出电压，在时间t1前脉冲较宽、间隔窄，平均电压（U1）较高；在时间t1后脉冲变窄，平均电压（U2）降低。固定方波周期T不变，改变占空比调节输出电压就是PWM法，也称为定频调宽法。由于输出电压比输入电压低，故称为降压斩波电路或Buck变换电路。资讯三直流—直流变换电路图5-21连续输出波形和平均电压方波脉冲不能算直流电源，实际使用要加上滤波电路，图5-22(a)是加有LC滤波的直流降压斩波电路，L是滤波电感，C是滤波电容，D是续流二极管。电路输出电压Uo=DUi，D是占空比，值为0~1。图5-22（b）所示波形图中，直线表示输入电压Ui，即电池的直流电压Ui，曲线表示电阻上的电压Uo，即输出电压Uo。资讯三直流—直流变换电路图5-22加有LC滤波的直流降压斩波电路与输出波形图3.升压斩波电路1）升压斩波电路的结构升压斩波电路又称Boost型变换电路，由功率开关管、二极管、储能电感、滤波电容等组成，如图5-23所示。资讯三直流—直流变换电路图5-23升压斩波电路的组成2）升压原理升压斩波电路功率开关管断开和闭合时的输出波形如图5-24所示。当功率开关管VD导通时，电流通过电感L时会在L中存储能量，此时负载上的电压由C提供；当功率开关管VD关断时，电感L释放能量，输出电压为输入电压Ui与L产生的电压相加。综上，总结如下。（1)功率开关管断开时：Uo=Ui+UL，UC=Ui+UL(电源和电感给负载供电并给电容充电)。（2)功率开关管闭合时：Uo=UC，UL=Ui（电源给电感充电，电容给负载供电）。资讯三直流—直流变换电路图5-24升压斩波电路功率开关管断开和闭合时的输出波形4.升降压斩波电路1）升降压斩波电路的结构升降压斩波电路的特点是输出电压可以低于电源电压，也可以高于电源电压，是将降压斩波和升压斩波电路结合的一种直接变换电路，主要由功率开关管、二极管、储能电感、滤波电容等组成，如图5-25所示。资讯三直流—直流变换电路图5-25直流升降压斩波电路的组成和工作原理2）升降压斩波电路的工作原理功率开关管VD导通时［见图5-25（b）］，电流iD＝iL由电源Ui经VD和L，电流上升，电感L储能。如果电感电流是连续的，那么电流从VD导通时的i01上升；如果电流是断续的，那么电感电流则从0上升。功率开关管VD导通时，二极管D受反向电压关断，负载R由电容C提供电流。功率开关管关断时,电感电流iL从VD关断时的i02下降，并经C、R的并联电路和二极管D流通，电感L释放储能，电容储能。升降压斩波电路的工作状态和波形如图5-26和图5-27所示。资讯三直流—直流变换电路资讯三直流—直流变换电路图5-27升降压斩波电路的工作状态和波形（电感、电流断续）图5-26升降压斩波电路的工作状态和波形（电感、电流连续）5.DC-DC变换电路的应用在直流驱动电机功率小于5kW的纯电动汽车（巡逻车、清扫车、观光车等，见图5-28）中，动力电池组直接通过DC-DC变换器，为小型电动车辆的直流电机提供直流电流。在纯电动汽车、“电-