第三章DC-DC變換器3

1、電電 力力 電電 子子 技技 術(shù)術(shù) Power Electronic Technology3.3 復(fù)合型復(fù)合型DC-DC變換器變換器能量只能由輸入側(cè)到輸出側(cè)一個(gè)方向流動(dòng)能量只能由輸入側(cè)到輸出側(cè)一個(gè)方向流動(dòng)3.3 復(fù)合型復(fù)合型DC-DC變換器變換器EVT+-RLVDioEMuoiGM單方向能量流動(dòng)很多應(yīng)用場(chǎng)合難以滿足要求單方向能量流動(dòng)很多應(yīng)用場(chǎng)合難以滿足要求3.3 復(fù)合型復(fù)合型DCDC變換器變換器之前討論的DCDC變換器實(shí)際上是一些基本的基本的DCDC變換器變換器，如果將將DCDC變換器的輸出電變換器的輸出電壓（縱坐標(biāo)）、輸出電流（橫坐壓（縱坐標(biāo)）、輸出電流（橫坐標(biāo)）構(gòu)成坐標(biāo)系標(biāo)）構(gòu)成坐標(biāo)系，那

2、么上述各類基本的DCDC變換器由于各自的輸出只能工作在輸出電壓、電只能工作在輸出電壓、電流坐標(biāo)系的第一象限流坐標(biāo)系的第一象限，因此可稱為單象限單象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器單象限單象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器的共同特的共同特征就是征就是各自的輸出電壓、電流不各自的輸出電壓、電流不可逆可逆即即DCDC變換器的變換器的能量不能量不可逆可逆uoIo3.3 復(fù)合型復(fù)合型DCDC變換器變換器當(dāng)DCDC變換器的輸出電流輸出電流或或輸出電壓可逆輸出電壓可逆時(shí)，變換器可在兩象限運(yùn)行，因此稱這類DCDC變換器為兩象限兩象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器當(dāng)DCDC變換器的輸出電流、輸出電流、輸出電壓輸出電壓均均可逆可逆時(shí)，變換器可

3、在四象限運(yùn)行，因此稱這類DCDC變換器為四象限四象限D(zhuǎn)CDC變換變換器器兩象限兩象限D(zhuǎn)CDC變換器和四象限四象限D(zhuǎn)CDC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)均可均可由基本的單象限由基本的單象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器拓?fù)浣M合而成拓?fù)浣M合而成uoIo3.3.1 二象限二象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器可見(jiàn)電流可正、可負(fù)但可見(jiàn)電流可正、可負(fù)但電壓只能有一種方向，電壓只能有一種方向，工作在第工作在第、象限象限工作時(shí)應(yīng)避免直通現(xiàn)象工作時(shí)應(yīng)避免直通現(xiàn)象3.3.1 二象限二象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器 結(jié)構(gòu)與工作方式結(jié)構(gòu)與工作方式VT1和VD2構(gòu)成降壓斬波電路，由電源向直流電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)為電動(dòng)運(yùn)行，工作于第1象限-工作方式工作方式VT2

4、和VD1構(gòu)成升壓斬波電路，把直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊答伒诫娫?，使電?dòng)機(jī)作再生制動(dòng)運(yùn)行，工作于第2象限-工作方式工作方式3.3.1 二象限二象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器第第3種工作方式種工作方式-不能同時(shí)導(dǎo)通，互補(bǔ)信號(hào)VT1tVT2ttiLtuoVT1VD2VT2VD13.3.1二象限二象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器3.3.1二象限二象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器當(dāng)電流正向換流電流正向換流時(shí)（io0），或VT1導(dǎo)通導(dǎo)通，或VD2導(dǎo)通導(dǎo)通，變換器工作在第一象限第一象限，此時(shí)的變換器換流電路實(shí)際上是一個(gè)buck變變換器電路換器電路，并且變換器向負(fù)載提供能量變換器向負(fù)載提供能量，換流期間的電壓、電流波形如圖中t1

5、 t2段所示 3.3.1二象限二象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器當(dāng)電流反向換流電流反向換流時(shí)（io0），或VT2導(dǎo)通導(dǎo)通，或VD1導(dǎo)通導(dǎo)通，變換器工作在第二象限第二象限，此時(shí)的變換器換流電路實(shí)際上是一個(gè)boost變換器電路變換器電路，并且負(fù)載向變換器回饋能量負(fù)載向變換器回饋能量，換流期間的電壓、電流波形如圖中t2 t3段所示 3.3.1二象限二象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器1) 電流可逆型二象限D(zhuǎn)CDC變換器實(shí)際上由一個(gè)一個(gè)buck變換器變換器電路和一個(gè)電路和一個(gè)boost變換變換器器電路組合而成電路組合而成，并交替工作交替工作2) 變換器的輸出電壓極性不變輸出電壓極性不變，而，而電流極性可變電流極性可變，

6、即能量能可能量能可雙向傳輸雙向傳輸3) 調(diào)節(jié)斬波占空比就可以控制變換器的輸出平均電壓4)為了防止防止變換器上、下橋臂的直通短路直通短路，上、下橋臂的開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)中須加入“先關(guān)斷后導(dǎo)通”的開(kāi)關(guān)死區(qū)開(kāi)關(guān)死區(qū)5) 電流可逆型二象限D(zhuǎn)CDC變換器其負(fù)載必須為感性負(fù)載感性負(fù)載，否則，變換器只能工作在第一象限3.3.2 四象限四象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器電流可逆斬波電路：電樞電流可逆，兩象限運(yùn)行，但電壓極性是單向的當(dāng)需要電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)以及可電動(dòng)又可制動(dòng)的場(chǎng)合，須將兩個(gè)電流可逆斬波電路組合起來(lái)，分別向電動(dòng)機(jī)提供正向和反向電壓，構(gòu)成橋式可逆斬波電路橋式可逆斬波電路3.3.2 四象限四象限D(zhuǎn)CDC變換器變換

7、器3.3.2 四象限四象限D(zhuǎn)CDC變換器變換器當(dāng)VT4保持導(dǎo)通保持導(dǎo)通時(shí)，利用VT2、VT1進(jìn)行斬波控制進(jìn)行斬波控制，則構(gòu)成了一組電流可逆的二象限D(zhuǎn)CDC變換器，此時(shí)UAB0，變換器運(yùn)行在一、二象限一、二象限當(dāng)VT2保持導(dǎo)通保持導(dǎo)通時(shí)，利用VT3、VT4進(jìn)行斬波控制進(jìn)行斬波控制，則構(gòu)成了另一組電流可逆的二象限D(zhuǎn)CDC變換器，此時(shí)UAB0，變換器運(yùn)行在三、四象限三、四象限3.3.3 多相多重多相多重DCDC變換器變換器以上所討論的二象限、四象限D(zhuǎn)CDC變換器實(shí)際上是為了擴(kuò)擴(kuò)大大DCDC變換器的運(yùn)行象限變換器的運(yùn)行象限而由基本DCDC變換器組合而成，因此，二象限、四象限D(zhuǎn)CDC變換器實(shí)質(zhì)上屬于復(fù)合

8、型復(fù)合型DCDC變換器采用一般直流變換器作為供電電源時(shí)，輸出電壓波紋電壓波紋不可避免，盡管設(shè)置濾波環(huán)節(jié)，但基于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的考慮，濾波參數(shù)往往不能太大。鑒于輸出電壓和負(fù)載電流的脈動(dòng)都與調(diào)制頻率調(diào)制頻率有關(guān)，考慮提高調(diào)制頻率來(lái)達(dá)到減小平波電抗器的體積與重量。但調(diào)制頻率受開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)頻率限制。而且在大容量場(chǎng)合，單個(gè)器件難以滿足要求，需要串并聯(lián)器件使用，這又帶來(lái)了其他技術(shù)問(wèn)題，均壓和均流。3.3.3 多相多重多相多重DCDC變換器變換器v 多相多重?cái)夭娐肥窃陔娫春拓?fù)載之間接入多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的基本斬波電路而構(gòu)成的v 不僅可以擴(kuò)大變換器容量擴(kuò)大變換器容量，而且通過(guò)適當(dāng)?shù)臄夭刂七€可以提提高并聯(lián)高并聯(lián)D

9、CDC變換器輸出的等效開(kāi)關(guān)頻率變換器輸出的等效開(kāi)關(guān)頻率，以降低變換器的降低變換器的輸出諧波輸出諧波。v多相多重?cái)夭娐肥窃陔娫春拓?fù)載之間接入多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的基本斬波電路而構(gòu)成的 相數(shù) 一個(gè)控制周期中電源側(cè)的電流脈波數(shù)。 從電源側(cè)看，不同相位的斬波回路數(shù)。 重?cái)?shù) 一個(gè)控制周期中負(fù)載電流脈波數(shù) 從負(fù)載側(cè)看，不同相位的直流變換回路數(shù)3.3.3 多相多重多相多重DCDC變換器變換器v 示例：示例：3相相3重降壓斬波電路重降壓斬波電路 相當(dāng)于由3個(gè)降壓斬波電路單元并聯(lián)而成，總輸出電流為3個(gè)斬波電路單元輸出電流之和，其平均值為單元輸出電流平均值的3倍，脈動(dòng)頻率也為3倍 由于3個(gè)單元電流的脈動(dòng)幅值互相抵消，使

10、總的輸出電流脈動(dòng)幅值變得很小 3.3.3 多相多重多相多重DCDC變換器變換器3相相3重降壓斬波電路工作波形重降壓斬波電路工作波形因此這種電路對(duì)輸入側(cè)濾波器和輸出側(cè)平波電抗器要求明顯降低，減小了裝置的體積和重量。圖中的電源電流是三個(gè)開(kāi)關(guān)器件通態(tài)時(shí)電流瞬時(shí)值之和，故電源電流在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)也是脈動(dòng)3次。3.3.3 多相多重多相多重DCDC變換器變換器 很顯然，并聯(lián)的單元越多越多（相數(shù)），輸出電壓、電流脈動(dòng)程度越小電壓、電流脈動(dòng)程度越小，使輸出電流脈動(dòng)率（電流脈動(dòng)幅值與電流平均值之比）降低，感應(yīng)干擾減小 和單相時(shí)相比，設(shè)輸出電流最大脈動(dòng)率一定時(shí)，所需平波電抗器總重量大為減輕 多相多重?cái)夭娐愤€具有

11、備用功能，各斬波電路單元可互為備用互為備用3.3.3 多相多重多相多重DCDC變換器變換器對(duì)于不同電源和負(fù)載數(shù)，電路叫法不同。當(dāng)上述電路電源公用而負(fù)載為3個(gè)獨(dú)立負(fù)載時(shí)，則為3相1重?cái)夭娐范?dāng)電源為3個(gè)獨(dú)立電源，向一個(gè)負(fù)載供電時(shí)，則為1相3重?cái)夭娐?.3.3 多相多重多相多重DCDC變換器變換器3.3.3 多相多重多相多重DCDC變換器變換器 m相m重DCDC變換器的特性 每個(gè)變換器單元的占空比均為D 每個(gè)變換器單元開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)錯(cuò)開(kāi)錯(cuò)開(kāi)1/m的的開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)周期時(shí)間 每個(gè)變換器單元的輸出電壓的平均值均相等平均值均相等且等于m相m重DCDC變換器的輸出平均電壓 每個(gè)變換器單元的平均輸出電流則為輸出負(fù)載平均電流的1/m3.3.3 多相多重多相多重DCDC變換器變換器上述多相多重DCDC變換器中的變換器單元具有互為備用互為備用的功能，當(dāng)一個(gè)變換器單元故障時(shí)，其余的變換器單元仍可以正常工作顯然，多相多重DCDC變換器在擴(kuò)大變換器擴(kuò)大變換器容量容量和改善輸入、輸出改善輸入、輸出電電流波形流波形的同時(shí)提高了變換器供電的提高了變換器供電的可靠性