电力电子技术直流斩波电路课件.pptx
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- 电力 电子技术 直流 电路 课件
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1、1第第5章章 直流直流直流变流电路直流变流电路25.1 基本斩波电路基本斩波电路35.1.1 降压斩波电路降压斩波电路 电路结构续流二极管续流二极管负载负载出现出现的反的反电动电动势势典型用途之一是拖动直流电动机,也可带蓄电池负载。降压斩波电路降压斩波电路(Buck Chopper)45.1.1 降压斩波电路降压斩波电路工作原理工作原理图5-1 降压斩波电路得原理图及波形t=0t=t1时时刻驱动刻驱动V导通,导通,电源电源E向负载供向负载供电,负载电压电,负载电压uo=E,负载电流,负载电流io按指数曲线上按指数曲线上升。升。UGE55.1.1 降压斩波电路降压斩波电路工作原理工作原理图5-1
2、 降压斩波电路得原理图及波形t=0t=t1时时刻驱动刻驱动V导通,导通,电源电源E向负载供向负载供电,负载电压电,负载电压uo=E,负载电流,负载电流io按指数曲线上按指数曲线上升。升。65.1.1 降压斩波电路降压斩波电路工作原理工作原理图5-1 降压斩波电路得原理图及波形t=t1T时控时控制制V关断,二极关断,二极管管VD续流,负续流,负载电压载电压uo近似为近似为零,负载电流呈零,负载电流呈指数曲线下降。指数曲线下降。通常串接较大电通常串接较大电感感L使负载电流使负载电流连续且脉动小。连续且脉动小。75.1.1 降压斩波电路降压斩波电路数量关系数量关系电流连续输出电压平均值:EETtEt
3、ttUonoffonono(5-1)REUIMoo(5-2)tonV通的时间通的时间 toffV断的时间断的时间 -导通占空比(导通占空比(1)电流断续,Uo被抬高,一般不希望出现。负载电流平均值:85.1.1 降压斩波电路降压斩波电路斩波电路三种控制方式斩波电路三种控制方式T不变,变不变,变ton 脉冲宽度调制脉冲宽度调制(PWM)。)。ton不变,变不变,变T 频率调制。频率调制。ton和和T都可调都可调混合型。混合型。例例5-1 P122 自学(自学(1分钟)分钟)此种方式应用最多EETtEtttUonoffonono(5-1)95.1.2 升压斩波电路升压斩波电路 升压斩波电路(升压斩
4、波电路(Boost Chopper)保持输保持输出电压出电压储存电能储存电能 电路结构1)升压斩波电路的基本原理105.1.2 升压斩波电路升压斩波电路工作原理假设L和C值很大。V处于通态时,电源E向电感L充电,电流恒定I1,电容C向负载R供电,输出电压Uo恒定。图5-2 升压斩波电路及工组波形a)电路图b)波形115.1.2 升压斩波电路升压斩波电路工作原理假设L和C值很大。图5-2 升压斩波电路及工组波形a)电路图b)波形V处于处于断态断态时,电源时,电源E和电感和电感L同时向电容同时向电容C充电,并向充电,并向负载负载提供能量。提供能量。125.1.2 升压斩波电路升压斩波电路数量关系设
5、V通态的时间为ton,此阶段L上积蓄的能量为设V断态的时间为toff,则此期间电感L释放能量为稳态时,一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等:off1otIEU ontEI1EtTEtttUoffoffoffono(5-21)(5-20)offoontIEUtEI11)(化简得:例5-3 P124(自学1分钟)升压斩波电路使输出电压高压电源电压的原因:升压斩波电路使输出电压高压电源电压的原因:(1)电容)电容C可使输出电压保持住可使输出电压保持住(2)电感)电感L储能之后具有使电压储能之后具有使电压泵升泵升的作用的作用135.1.3升降压斩波电路和升降压斩波电路和Cuk斩波电路斩波电路 1)升降
6、压斩波电路)升降压斩波电路 (buck-boost Chopper)电路结构145.1.3升降压斩波电路和升降压斩波电路和Cuk斩波电路斩波电路基本工作原理a)otb)oti1i2tontoffILIL图5-4 升降压斩波电路及其波形a)电路图 b)波形V通时,电源E经V向L供电使其贮能,此时电流为i1。同时,C维持输出电压恒定并向负载R供电。155.1.3升降压斩波电路和升降压斩波电路和Cuk斩波电路斩波电路基本工作原理a)otb)oti1i2tontoffILIL图5-4 升降压斩波电路及其波形a)电路图 b)波形V通时,电源E经V向L供电使其贮能,此时电流为i1。同时,C维持输出电压恒定
7、并向负载R供电。V断时,L的能量向负载释放,电流为i2。负载电压极性为上负下正,与电源电压极性相反,该电路也称作反极性斩波电路。165.1.3升降压斩波电路和升降压斩波电路和Cuk斩波电路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Ttu0L0d(5-39)所以输出电压为:EEtTtEttU1ononoffono(5-41)V处于通态uL=EV处于断态uL=-uooffoontUtE(3-40)175.1.3升降压斩波电路和升降压斩波电路和Cuk斩波电路斩波电路 结论当当0 1/2时为降压,当时为降压,当1/2 1时为升压,时为升压,故称作故称作升降压斩波电路升降
8、压斩波电路。也有称之为。也有称之为buck-boost 变换器变换器。所以输出电压为:EEtTtEttU1ononoffono(5-41)185.1.3升降压斩波电路和升降压斩波电路和Cuk斩波电路斩波电路2)Cuk斩波电路斩波电路V通时,EL1V回路和RL2CV回路有电流。图5-5 Cuk斩波电路及其等效电路a)电路图 b)等效电路195.1.3升降压斩波电路和升降压斩波电路和Cuk斩波电路斩波电路2)Cuk斩波电路斩波电路V通时,EL1V回路和RL2CV回路有电流。V断时,EL1CVD回路和RL2VD回路有电流。图5-5 Cuk斩波电路及其等效电路a)电路图 b)等效电路205.1.3升降
9、压斩波电路和升降压斩波电路和Cuk斩波电路斩波电路数量关系EEtTtEttU1ononoffono(5-48)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。215.1.4 Sepic斩波电路和斩波电路和Zeta斩波电路斩波电路a)Sepic斩波电路图5-6 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路Sepic电路原理V通态,EL1V回路和C1VL2回路同时导电,L1和L2贮能。225.1.4 Sepic斩波电路和斩波电路和Zeta斩波电路斩波电路a)Sepic斩波电路Sepic电路原理V断态,EL1C1VD负载负载回路及L2VD负载负载回
10、路同时导电,此阶段E和L1既向负载供电,同时也向C1充电(C1贮存的能量在V处于通态时向L2转移)。235.1.4 Sepic斩波电路和斩波电路和Zeta斩波电路斩波电路a)Sepic斩波电路Sepic电路原理输入输出关系:EEtTtEttU1ononoffono(5-49)特点:电源电压与输出电压极性相同;电源电流连续有利于输入滤波,但负载电流为脉冲波形。245.1.4 Sepic斩波电路和斩波电路和Zeta斩波电路斩波电路Zeta斩波电路原理斩波电路原理图5-6 Sepic斩波电路和 Zeta斩波电路b)Zeta斩波电路V处于通态期间,电源处于通态期间,电源E经开关经开关V向电感向电感L1
11、贮能;同时贮能;同时E、C1共同向负载共同向负载R供电,并向供电,并向C2充电。充电。255.1.4 Sepic斩波电路和斩波电路和Zeta斩波电路斩波电路Zeta斩波电路原理V关断后,L1VDC1构成振荡回路,L1的能量转移至C1,能量全部转移至C1上之后,VD关断,C1经L2向负载供电。b)Zeta斩波电路265.1.4 Sepic斩波电路和斩波电路和Zeta斩波电路斩波电路Zeta斩波电路原理V关断后,L1VDC1构成振荡回路,L1的能量转移至C1,能量全部转移至C1上之后,VD关断,C1经L2向负载供电。b)Zeta斩波电路275.1.4 Sepic斩波电路和斩波电路和Zeta斩波电路
12、斩波电路a)Sepic斩波电路zeta电路原理输入输出关系:特点:电源电压与输出电压极性相同;电源电流为脉冲波形,负载电流连续。28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。电流可逆斩波电路电流可逆斩波电路:降压斩波电路与升压斩波电路组合。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。电流可逆斩波电路电流可逆斩波电路5.2复合斩波电路和多相多重斩波电路复合斩
13、波电路和多相多重斩波电路295.3带隔离的直流带隔离的直流-直流变流电路直流变流电路引言:引言:前面介绍的直流斩波电路的输入输出存在直接前面介绍的直流斩波电路的输入输出存在直接的电气连接。然而在许多场合要求输入和输出实现电的电气连接。然而在许多场合要求输入和输出实现电气隔离,可在气隔离,可在基本的斩波电路中加入变压器,基本的斩波电路中加入变压器,就可派就可派生出生出带隔离变压器的带隔离变压器的DC-DC变流电路。变流电路。变压器的主要作用是隔离,变压器的主要作用是隔离,一定情况下也能起到变压一定情况下也能起到变压的作用,的作用,为高频变压器。为高频变压器。(变压器铁芯必须加气隙,(变压器铁芯必
14、须加气隙,变压器的设计是一个重要而复杂的工程)变压器的设计是一个重要而复杂的工程)305.3.1正激电路正激电路正激电路是在降压斩波电路的基础上加入隔离变压器正激电路是在降压斩波电路的基础上加入隔离变压器派生出来的。派生出来的。电力晶体管电力晶体管GTR(a)降压斩波电路)降压斩波电路315.3.1正激电路正激电路降压斩波电路降压斩波电路(a)降压斩波电路)降压斩波电路V处于通态时处于通态时UL=Us-U0325.3.1正激电路正激电路降压斩波电路降压斩波电路(a)降压斩波电路)降压斩波电路V处于断态时处于断态时UL=-U033降压斩波电路数量关系降压斩波电路数量关系稳态时,一个周期T内电感L
15、两端电压uL对时间的积分为零,即Ttu0L0d(5-39)offoontUtUos)(UV处于通态时处于通态时UL=Us-U0V处于断态时处于断态时UL=-U0345.3.1正激电路正激电路正激电路是在降压斩波电路的基础上正激电路是在降压斩波电路的基础上加入隔离变压器加入隔离变压器派生出来的。派生出来的。隔离变压器隔离变压器(a)降压斩波电路)降压斩波电路 (b)正激电路正激电路355.3.1正激电路正激电路正激电路分析:正激电路分析:(a)当)当T导通时,正激电路导通时,正激电路V处于通态时处于通态时UL=(N2/N1)Us-U0365.3.1正激电路正激电路正激电路分析:正激电路分析:(b
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