第五章直流斬波

第

5章

直流變換器(DC-DC變換器)2023/2/4

1北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院概述1、直流電壓的調(diào)節(jié)方式（1）線性調(diào)節(jié)方式通過(guò)與負(fù)載相串聯(lián)的線性元件來(lái)調(diào)節(jié)電壓損耗大、效率低（2）開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)方式通過(guò)電子開(kāi)關(guān)的閉合/斷開(kāi)來(lái)調(diào)節(jié)電壓2023/2/4

2北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院2、直直變換器屬開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)方式3、直直變換技術(shù)的應(yīng)用直流調(diào)速系統(tǒng)：如地鐵動(dòng)車(chē)、無(wú)軌電車(chē)、其它蓄電池供電的電動(dòng)車(chē)輛等，在此領(lǐng)域稱(chēng)直流斬波技術(shù)開(kāi)關(guān)電源：如通信電源、電腦、移動(dòng)電話電源等，在此領(lǐng)域稱(chēng)直直變換技術(shù)4、本章將討論直直變換器的工作原理和穩(wěn)態(tài)工作特性，在分析過(guò)程中基于如下幾點(diǎn)假設(shè)：電路中的開(kāi)關(guān)管、二極管均為理想器件；電路中的電感、電容均為理想器件；直流輸入電源為理想的恒壓電源；輸出電壓的紋波遠(yuǎn)小于輸出平均電壓。2023/2/4

3北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5、本章要求：熟悉直流變換電路的工作原理及控制方法，掌握四種基本DC/DC變換電路（BUCK電路、BOOST電路、BUCK—BOOST電路和CUK電路）的工作原理、波形分析及電量計(jì)算方法；了解多相多重型斬波電路、多象限斬波電路的工作原理及控制方法；了解帶隔離變壓器的DC/DC變換電路的工作原理。6、重點(diǎn)：掌握各種DC/DC變換電路的工作原理、波形分析和電量計(jì)算。2023/2/4

4北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院本章內(nèi)容5.1

降壓變換器（BUCK變換器）5.2

升壓變換器（BOOST變換器）5.3

升降壓變換器（BUCK--BOOST變換器）5.4

丘克變換器（CUK變換器）5.5多象限直流變換器5.6多相多重直直變換器5.7帶隔離變壓器的直直變換器5.8直流斬波器的控制方式2023/2/4

5北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5.1降壓變換器（BUCK變換器）一、電路結(jié)構(gòu)與工作原理1、電路結(jié)構(gòu)2、工作原理S閉合，Ud通過(guò)L向R供能，iL增大，L儲(chǔ)能增加S斷開(kāi)，iL通過(guò)D續(xù)流，L上的能量消耗在R上，iL下降Uo=0~Ud

視iL是否連續(xù)，可分為連續(xù)導(dǎo)電模式和不連續(xù)導(dǎo)電模式續(xù)流二極管功率開(kāi)關(guān)器件儲(chǔ)能電感濾波電容2023/2/4

6北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院二、連續(xù)導(dǎo)電模式1、波形分析穩(wěn)態(tài)時(shí)，Uo基本恒定，IC=0，UL=0，Io=IL忽略電路損耗，Pd=Po，即：UdId=UoIo2023/2/4

7北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院二、連續(xù)導(dǎo)電模式（續(xù)）2、電量計(jì)算

因?yàn)?/p>

所以 得： 由 得：2023/2/4

8北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院三、連續(xù)電流與不連續(xù)電流的臨界工作點(diǎn)臨界工作點(diǎn)：一個(gè)周期結(jié)束時(shí)iL恰好為零臨界平均電流：IL>ILB：連續(xù)；IL

<ILB:不連續(xù)2023/2/4

9北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院四、不連續(xù)導(dǎo)電模式1、波形分析 （與連續(xù)導(dǎo)電模式相同）2、電量計(jì)算2023/2/4

10北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院本章內(nèi)容5.1

降壓變換器（BUCK變換器）5.2

升壓變換器（BOOST變換器）5.3

升降壓變換器（BUCK--BOOST變換器）5.4

丘克變換器（CUK變換器）5.5多象限直流變換器5.6多相多重直直變換器5.7帶隔離變壓器的直直變換器5.8直流斬波器的控制方式2023/2/4

11北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5.2升壓變換器（BOOST變換器）一、結(jié)構(gòu)與工作原理1、電路結(jié)構(gòu)2、工作原理T閉合，Ud向L充電，iL增大，負(fù)載由C供電T斷開(kāi)，iL通過(guò)D向C和R供電，

iL下降Uo=Ud~∞視iL是否連續(xù)，可分為連續(xù)導(dǎo)電模式和不連續(xù)導(dǎo)電模式儲(chǔ)能電感濾波電容2023/2/4

12北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院二、連續(xù)導(dǎo)電模式1、波形分析穩(wěn)態(tài)時(shí)，Vo基本恒定，IC=0，UL=0，I0=ID，Id=IL忽略電路損耗，Pd=Po，即：UdId=UoIo2023/2/4

13北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院二、連續(xù)導(dǎo)電模式（續(xù)）2、電量計(jì)算穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T內(nèi)L積蓄能量與釋放能量相等：TS/toff>1，輸出電壓高于電源電壓，故稱(chēng)該電路為升壓斬波電路輸出電壓高于電源電壓的原因1）L儲(chǔ)能后使電壓泵升；2）C可將電壓保持住。2023/2/4

14北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院三、連續(xù)電流與不連續(xù)電流的臨界工作點(diǎn)臨界工作點(diǎn)：一個(gè)周期結(jié)束時(shí)iL恰好為零臨界平均電流：IL>ILB：連續(xù)；IL

<ILB:不連續(xù)2023/2/4

15北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院三、不連續(xù)導(dǎo)電模式1、波形分析 （與連續(xù)導(dǎo)電模式相同）2、電量計(jì)算2023/2/4

16北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院本章內(nèi)容5.1

降壓變換器（BUCK變換器）5.2

升壓變換器（BOOST變換器）5.3

升降壓變換器（BUCK--BOOST變換器）5.4

丘克變換器（CUK變換器）5.5多象限直流變換器5.6多相多重直直變換器5.7帶隔離變壓器的直直變換器5.8直流斬波器的控制方式2023/2/4

17北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5.3升降壓變換器

（BUCK--BOOST變換器）一、電路結(jié)構(gòu)與工作原理1、電路結(jié)構(gòu)2、工作原理T閉合，Ud向L充電，iL增大，負(fù)載由C供電T斷開(kāi)，iL通過(guò)D向C和R供電，iL下降Uo=0~∞

視iL是否連續(xù)，可分為連續(xù)導(dǎo)電模式和不連續(xù)導(dǎo)電模式2023/2/4

18北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院二、連續(xù)導(dǎo)電模式1、波形分析穩(wěn)態(tài)時(shí)，Uo基本恒定，IC=0，UL=0，I0=ID=IL-Id忽略電路損耗，Pd=Po，即：UdId=UoIo2023/2/4

19北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院二、連續(xù)導(dǎo)電模式（續(xù)）2、電量計(jì)算2023/2/4

20北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院三、連續(xù)電流與不連續(xù)電流的臨界工作點(diǎn)臨界工作點(diǎn)：一個(gè)周期結(jié)束時(shí)iL恰好為零臨界平均電流：IL>ILB：連續(xù)；IL

<ILB:不連續(xù)2023/2/4

21北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院四、不連續(xù)導(dǎo)電模式1、波形分析 （與連續(xù)導(dǎo)電模式相同）2、電量計(jì)算2023/2/4

22北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院本章內(nèi)容5.1

降壓變換器（BUCK變換器）5.2

升壓變換器（BOOST變換器）5.3

升降壓變換器（BUCK--BOOST變換器）5.4

丘克變換器（CUK變換器）5.5多象限直流變換器5.6多相多重直直變換器5.7帶隔離變壓器的直直變換器5.8直流斬波器的控制方式2023/2/4

23北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5.4丘克變換器（CUK變換器）一、電路結(jié)構(gòu)與工作原理1、電路結(jié)構(gòu)L1、C1為能量傳遞元件；L2、C2為濾波元件2023/2/4

24北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院一、電路結(jié)構(gòu)與工作原理（續(xù)）2、工作原理T閉合，D截止，Ud向L1充電，iL1增大，C1向L2

、C2和負(fù)載供電，iL2增大T斷開(kāi)，D導(dǎo)通，Ud和L給C1充電，iL1下降，負(fù)載由L2和C2供電，iL2下降Uo=0~∞視iL1是否連續(xù)，可分為連續(xù)導(dǎo)電模式和不連續(xù)導(dǎo)電模式2023/2/4

25北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院二、連續(xù)導(dǎo)電模式1、波形分析穩(wěn)態(tài)時(shí)，UC1

、Uo基本恒定，IC1=0，IC2=0