第2篇1直流直流變換

SchoolofElectricPower,SouthChinaUniversityofTechnology第二篇電力電子電路

(I)直流-直流變換

ChenYanfengeeyfchen@2012.9

目錄2.1 DC-DC變換的基本控制方式 2.1.1時(shí)間比控制 2.1.2 瞬時(shí)值控制

2.2 基本DC-DC變換器 2.2.1 Buck變換器 2.2.2Boost變換器 2.2.3 Boost-Buck變換 2.2.4 Cuk變換器2.3復(fù)合斬波電路和多相多重?cái)夭娐?導(dǎo)言直流斬波電路（DCChopper，）將直流電變?yōu)榱硪还潭ɑ蚩烧{(diào)的直流電也稱(chēng)為直接直流--直流變換器（DC/DCConverter）一般是指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟?，不包括直流－交流－直流DC-DC變換技術(shù)可降壓、升壓和變阻3導(dǎo)言直流斬波電路（DCChopper，）直流斬波技術(shù)廣泛應(yīng)用于直流電機(jī)調(diào)速、蓄電池充電、開(kāi)關(guān)電源等方面，節(jié)能效果巨大（一般可節(jié)電（20～30）%）。在AC-DC變換中，還可采用不控整流加直流斬波調(diào)壓方式替代晶閘管相控整流，以提高變流裝置的輸入功率因數(shù)，減少網(wǎng)側(cè)電流諧波和提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。

4導(dǎo)言DC-DC變換器主要有以下幾種形式：Buck（降壓型）變換器；Boost（升壓型）變換器；Boost-Buck（升-降壓型）變換器；Cúk變換器；橋式可逆斬波器復(fù)合斬波和多相、多重?cái)夭娐菲渲蠦uck和Boost為基本類(lèi)型變換器，Boost-Buck和Cúk為組合變換器，橋式可逆斬波器則是Buck變換器的拓展。復(fù)合斬波和多相、多重?cái)夭娐?，它們是基本DC-DC變換器的組合。52.1DC-DC變換的基本控制方式DC-DC變換是采用一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)（功率開(kāi)關(guān)器件）將一種直流電壓變換為另一種直流電壓。在輸入電壓E恒定條件下，控制開(kāi)關(guān)的通、斷時(shí)間的相對(duì)長(zhǎng)短，便可控制輸出平均電壓U0的大小，實(shí)現(xiàn)了無(wú)損耗直流調(diào)壓。從工作波形來(lái)看，相當(dāng)于是一個(gè)將恒定直流進(jìn)行“斬切”輸出的過(guò)程，故稱(chēng)斬波器

圖4-1DC-DC變換器原理電路及工作波形62.1.1時(shí)間比控制DC-DC變換中采用最多，通過(guò)改變斬波器的通、斷時(shí)間而連續(xù)控制輸出電壓的大小。

改變導(dǎo)通比可改變輸出電壓平均值U0，而導(dǎo)通比的變化又是通過(guò)對(duì)T、ton控制實(shí)現(xiàn)的。時(shí)間比控制有以下幾種方式：脈寬控制：頻率固定，改變導(dǎo)通時(shí)間控制輸出電壓U0大小，常稱(chēng)定頻調(diào)寬，或脈寬調(diào)制（直流PWM）。頻率控制：固定導(dǎo)通時(shí)間，改變周期T來(lái)改變導(dǎo)通比的控制方式。實(shí)現(xiàn)電路較簡(jiǎn)單，但由于斬波頻率變化，濾波電路較難設(shè)計(jì)?；旌峡刂疲杭雀淖償夭l率、又改變導(dǎo)通時(shí)間的控制方式，其優(yōu)點(diǎn)是可較大幅地改變輸出電壓平均值，但由于斬波頻率變化，濾波困難。72.1.1時(shí)間比控制脈寬調(diào)制原理

圖（a）為一電壓比較器，UT為頻率固定的鋸齒波或三角波電壓，Uc為直流電平控制信號(hào)，其大小代表期望的斬波器輸出電壓平均值。當(dāng)Uc>UT，比較器輸出高電平；當(dāng)Uc<UT，比較器輸出低電平，從而獲得斬波器功率開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。改變Uc大小，即可改變斬波器開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，在UT固定條件下，斬波器開(kāi)關(guān)頻率固定，實(shí)現(xiàn)了定頻調(diào)寬。

開(kāi)關(guān)頻率固定，為消除開(kāi)關(guān)頻率諧波的濾波器設(shè)計(jì)提供了方便。82.1.2瞬時(shí)值控制調(diào)制原理

在恒值（恒壓或恒流）控制或波形控制中，常采用瞬時(shí)值控制的斬波方式。此時(shí)將期望值或波形作為參考值U*，規(guī)定一個(gè)控制誤差ε，當(dāng)斬波器實(shí)際輸出瞬時(shí)值達(dá)上限U*+ε時(shí)，關(guān)斷斬波器；當(dāng)斬波器實(shí)際輸出瞬時(shí)值達(dá)下限U*-ε時(shí)，導(dǎo)通斬波器，從而獲得圍繞參考值在誤差帶2ε范圍內(nèi)的斬波輸出。上圖為實(shí)現(xiàn)恒流瞬時(shí)值控制原理性框圖及波形。采用瞬時(shí)值控制時(shí)斬波器功率器件的開(kāi)關(guān)頻率較高，非恒值波形控制中開(kāi)關(guān)頻率也不恒定，此時(shí)要注意功率器件的開(kāi)關(guān)損耗、最大開(kāi)關(guān)頻率的限制等實(shí)際應(yīng)用因素，確保斬波電路的安全、可靠工作。9變換器穩(wěn)態(tài)原理分析穩(wěn)態(tài):電壓波形和電流波形變成周期性波形.此時(shí)，占空比在fs固定時(shí)為常值。電感伏秒平衡原理:穩(wěn)態(tài)時(shí),電感兩端的電壓在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中積分為0.可以證明:穩(wěn)態(tài)時(shí),

電感在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)吸收的平均功率為0.如果電感兩端電壓在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的積分不為0,則電感電流的幅值會(huì)不斷增加.故:因?yàn)?[積分單位為Vs(伏秒)]10變換器穩(wěn)態(tài)原理分析(續(xù))電容電荷(安秒)平衡原理:穩(wěn)態(tài)時(shí),流過(guò)電容的電流在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中的積分為0.可以證明:穩(wěn)態(tài)時(shí),

電容在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)吸收的平均功率為0.如果流過(guò)電容的電流在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的積分不為0,則電容電壓的幅值會(huì)不斷增加.故:因?yàn)?[積分單位為As(安秒)]穩(wěn)態(tài):電壓波形和電流波形變成周期性波形.此時(shí)，占空比在fs固定時(shí)為常值。112.2.1單象限降壓型電路－－Buck電路主電路由全控型開(kāi)關(guān)管VT、二極管VD、儲(chǔ)能元件L和C組成,L、C接成低通filter基本假定所有器件的開(kāi)關(guān)過(guò)程均在瞬間完成；VT和VD的內(nèi)阻均為ron，濾波電感直流內(nèi)阻為rL，等效直流內(nèi)阻r0=ron+rL；直流電源無(wú)紋波、直流母線電感為零；輸出濾波電感足夠大、輸出濾波電容足夠大,uo=Uo12Buck電路的基本工作原理CCM模式1：VT導(dǎo)通時(shí)（ton期間），電源電壓Ud通過(guò)開(kāi)關(guān)VT加到二極管VD和輸出濾波電感L、輸出濾波電容C上，VD承受反壓截止。假設(shè)r0=0，即忽略器件和濾波電感的內(nèi)阻，電感電壓為iL線性增長(zhǎng)13Buck電路的基本工作原理CCM模式2：VT關(guān)斷時(shí)（toff期間），iL通過(guò)二極管VD續(xù)流此時(shí)加在電感L上的電壓為iL線性減小14電感伏秒平衡原理電感電壓與電感電流的關(guān)系穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感電壓uL在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期T內(nèi)對(duì)時(shí)間的積分為零－－電感伏秒平衡原理15電流連續(xù)狀態(tài)下的外特性分析若r0=0時(shí)，輸出電壓為直流輸出電壓和輸入電壓的比值（直流電壓增益AV）為AV<1，故稱(chēng)降壓電路16電流連續(xù)狀態(tài)下的外特性分析若r0>0時(shí)，根據(jù)電感伏秒平衡，有則直流電壓增益為輸出電壓除與占空比D相關(guān)外，且隨Io和ro的增大而下降。17電流連續(xù)狀態(tài)下的外特性分析帶電動(dòng)機(jī)負(fù)載(阻感性)的情況其中，R為電路等效電阻（含電動(dòng)機(jī)電樞電阻），EM為反電動(dòng)勢(shì)，Ce為電機(jī)常數(shù)，f為磁通量，n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為自然空載轉(zhuǎn)速，即電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速改變占空比D的大小即可改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n。18電流斷續(xù)狀態(tài)下的外特性分析當(dāng)電感L較小，不能維持電感電流連續(xù)時(shí)，降壓斬波電路出現(xiàn)第三種開(kāi)關(guān)模態(tài)。T-ton-tx期間，VT和VD均截止，iL為零，電感電壓也為零。r0=0時(shí)，直流電壓增益為其中192.2.1Buck(降壓)變換器電流連續(xù)與否的臨界狀態(tài)是VT關(guān)斷結(jié)束時(shí)（或?qū)ㄩ_(kāi)始時(shí)）電感電流為0，臨界電感為L(zhǎng)C；臨界狀態(tài)電感電流平均值ILB為其峰值的一半。臨界狀態(tài)電流臨界連續(xù)波形由得與開(kāi)關(guān)頻率成反比L〈LC，DCML〉LC，CCM202.2.1Buck(降壓)變換器臨界電感當(dāng)L〈LC時(shí)，工作于DCM模式；對(duì)于確定的電感L，R〉Rc時(shí)工作于DCM模式臨界狀態(tài)電流臨界連續(xù)波形212.2.1Buck(降壓)變換器若電感電流臨界連續(xù)狀態(tài)下保持E、T、L及α不變，減少輸出負(fù)載電流（增大負(fù)載電阻），則電感電流的平均值將小于其臨界平均值，變換器進(jìn)入DCM模式。其特征是二極管提早關(guān)斷，在電感電流為0期間，負(fù)載電流將由濾波電容供給，電感電壓為0，根據(jù)伏秒平衡原理DCM電流斷續(xù)時(shí)波形

22Buck電路的開(kāi)環(huán)外特性在電流連續(xù)狀態(tài)下，AV除與D相關(guān)外，且隨Io和ro的增大而下降。在電流斷續(xù)狀態(tài)下，AV明顯依從于負(fù)載電流Io由于特性軟化，負(fù)載電流的變動(dòng)將引起Uo的強(qiáng)烈變化。若要維持Uo不變，必須大幅度改變占空比D在空載下，對(duì)任一占空比，AV=1AV232.2.1Buck(降壓)變換器濾波器設(shè)計(jì)（CCM為例）由電感電流紋波為242.2.1Buck(降壓)變換器可通過(guò)對(duì)電流連續(xù)時(shí)輸出電容電壓的紋波的計(jì)算來(lái)估算L、C值。因iL=io+iC,假定濾波后負(fù)載電流平直，即io=Io,則電感電流的脈成分全部流入電容，即：濾波器設(shè)計(jì)以CCM為例（續(xù)）252.2.1Buck(降壓)變換器忽略開(kāi)關(guān)損耗，開(kāi)關(guān)管和二極管的導(dǎo)通損耗為：變換器效率VT的通態(tài)電阻VD的正向壓降變換器的效率：262.2.2單象限升壓型電路－Boost電路工作原理主電路由開(kāi)關(guān)管VT、二極管VD、電感L和電容C組成;VT通時(shí)，Ud向L充電，VD承受反壓關(guān)斷；同時(shí)C向負(fù)載R供電（要求C足夠大）。電路直流內(nèi)阻r0=0時(shí)，電感電壓uL為電感電流線性上升電感儲(chǔ)能27Boost電路的基本工作原理VT斷時(shí)，VD續(xù)流導(dǎo)通，Ud和L共同向C充電并向負(fù)載R供電。此時(shí)，電感電壓uL的大小為電感電流線性減小28電流連續(xù)狀態(tài)下的外特性分析電感伏秒平衡原理直流電壓增益

AV1，故為升壓電路。上述分析假定VT導(dǎo)通時(shí)Uo不變，但實(shí)際C值不可能無(wú)窮大，在此階段向負(fù)載放電而使Uo有所下降，故實(shí)際輸出電壓會(huì)略低.29如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能量?jī)H由負(fù)載R消耗，即該式表明，升壓斬波電路也可看成是直流變壓器。根據(jù)電路結(jié)構(gòu)得出輸出電流的平均值Io為

電源電流I1為：Boost變換器-電流變換關(guān)系升壓斬波電路及其工作波形30Boost變換器臨界電感為L(zhǎng)C；臨界狀態(tài)電感電流平均值ILB為其峰值的一半。Boost輸入電流的平均值等于電感電流平均值臨界狀態(tài)電流臨界連續(xù)波形由得與開(kāi)關(guān)頻率成反比L〈LC，DCML〉LC，CCM31Boost變換器臨界電感當(dāng)L〈LC時(shí)，工作于DCM模式；對(duì)于確定的電感L，R〉Rc時(shí)工作于DCM模式臨界狀態(tài)(續(xù)）電流臨界連續(xù)波形32Boost變換器若電感電流臨界連續(xù)狀態(tài)下保持E、T、L及α不變，減少輸出負(fù)載電流（增大負(fù)載電阻），則電感電流的平均值將小于其臨界平均值，變換器進(jìn)入DCM模式。根據(jù)伏秒平衡原理DCM電流斷續(xù)時(shí)波形

33電流斷續(xù)狀態(tài)下的外特性分析輸入輸出電壓關(guān)系開(kāi)環(huán)外特性－－適用于直流調(diào)速系統(tǒng)，輸出電壓Uo隨電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化需要在大范圍內(nèi)調(diào)整（通過(guò)改變占空比D實(shí)現(xiàn)）34電流斷續(xù)狀態(tài)下的外特性分析對(duì)于開(kāi)關(guān)電源，需要輸出電壓Uo保持恒值，并要求在Ud發(fā)生變化時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)占空比D來(lái)維持Uo不變。Uo為恒值時(shí)的外特性在電流斷續(xù)區(qū)，為保持Ud/Uo為恒值，占空比應(yīng)隨Io變化；空載時(shí)，對(duì)于所有的Ud/Uo

，占空比值都為零。35考慮電路內(nèi)阻r0時(shí)的工作情況分析假設(shè)電路工作在電流連續(xù)狀態(tài)

時(shí)，輸出電壓Uo為最大值D<Dm時(shí)，D增大，Uo增加D>Dm時(shí)，D增大，Uo減小由于r0的存在，D趨于1時(shí)，Uo趨于0，電路不會(huì)失控。36Boost變換器濾波器設(shè)計(jì)（CCM為例）由電感電流紋波為Boot電感電流紋波的峰值要比Buck變換器的大37Boost變換器開(kāi)通階段由C提供Io,平均電容電流等于平均輸出電流。關(guān)斷階段，C充電電流由I2-Io減小至I1-Io關(guān)斷和開(kāi)通階段電容電流平均值相等。濾波器設(shè)計(jì)以CCM為例（續(xù)）Boost變換器中，L起儲(chǔ)能作用，而不是作為輸出filter,因而其輸出紋波通常比Buck變換器的要大38典型應(yīng)用直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)單相功率因數(shù)校正（PFC）電路其他交直流電源中Boost變換器典型應(yīng)用用于直流電動(dòng)機(jī)回饋能量的升壓斬波電路39通常是用于直流電動(dòng)機(jī)再生制動(dòng)時(shí)把電能回饋給直流電源實(shí)際電路中電感L值不可能為無(wú)窮大，因此該電路和降壓斬波電路一樣，也有電動(dòng)機(jī)電樞電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作狀態(tài)此時(shí)電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)相當(dāng)于電源，而此時(shí)的直流電源相當(dāng)于負(fù)載。由于直流電源的電壓基本是恒定的，因此不必并聯(lián)電容器。Boost變換器典型應(yīng)用用于直流電動(dòng)機(jī)回饋能量的升壓斬波電路40

電路分析 V處于通態(tài)時(shí)，設(shè)電動(dòng)機(jī)電樞電流為i1，得

R為電機(jī)電樞回路電阻與線路電阻之和。設(shè)i1的初值為I10，得

Boost變換器典型應(yīng)用用于直流電動(dòng)機(jī)回饋能量的升壓斬波電路41

電路分析 V處于斷態(tài)時(shí)，設(shè)電動(dòng)機(jī)電樞電流為i2，得

設(shè)i2的初值為I20Boost變換器典型應(yīng)用用于直流電動(dòng)機(jī)回饋能量的升壓斬波電路42當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，t=ton時(shí)刻i1=I20，t=toff時(shí)刻i2=I10，由此可得：

Boost變換器典型應(yīng)用43由以上兩式求得：用泰勒級(jí)數(shù)線性近似，得Boost變換器典型應(yīng)用44當(dāng)電樞電流斷續(xù)時(shí)當(dāng)t=0時(shí)刻i1=I10=0，當(dāng)t=t2時(shí)，i2=0，求出i2持續(xù)的時(shí)間tx為Boost變換器典型應(yīng)用45當(dāng)電樞電流斷續(xù)時(shí)當(dāng)tx<toff時(shí)，電路為電流斷續(xù)工作狀態(tài)，tx<toff是電流斷續(xù)的條件，即

根據(jù)此式可對(duì)電路的工作狀態(tài)作出判斷。Boost變換器典型應(yīng)用462.2.3升降壓斬波電路和Cuk斬波電路1.升降壓斬波電路 設(shè)L值很大，C值也很大。使電感電流iL和電容電壓即負(fù)載電壓uo基本為恒值。升降壓斬波電路及其波形472.2.3升降壓斬波電路基本工作原理V通時(shí)，電源E經(jīng)V向L供電使其貯能，此時(shí)電流為i1。同時(shí)，C維持輸出電壓恒定并向負(fù)載R供電。V斷時(shí)，L的能量向負(fù)載釋放，電流為i2。負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反，該電路也稱(chēng)作反極性斬波電路。升降壓斬波電路及其波形48升降壓斬波電路穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T內(nèi)電感L兩端電壓uL對(duì)時(shí)間的積分為零，即當(dāng)V處于通態(tài)期間，uL=E；而當(dāng)V處于斷態(tài)期間，uL=-uo。于是：所以輸出電壓為：升降壓斬波電路及其波形49升降壓斬波電路輸出電壓為：

改變導(dǎo)通比a，輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng)0<a<1/2時(shí)為降壓，當(dāng)1/2<a<1時(shí)為升壓，因此將該電路稱(chēng)作升降壓斬波電路。也有文獻(xiàn)直接按英文稱(chēng)之為buck-boost變換器（Buck-BoostConverter）升降壓斬波電路及其波形50升降壓斬波電路設(shè)電源電流i1和負(fù)載電流i2的平均值分別為I1和I2，當(dāng)電流脈動(dòng)足夠小時(shí)，有

由上式可得：

升降壓斬波電路及其波形51升降壓斬波電路如果V、VD為沒(méi)有損耗的理想開(kāi)關(guān)時(shí)，則其輸出功率和輸入功率相等，可看作直流變壓器。升降壓斬波電路及其波形52V通時(shí)，E-L1-V回路和R-L2-C-V回路分別流過(guò)電流V斷時(shí)，E-L1-C-VD回路和R-L2-VD回路分別流過(guò)電流輸出電壓的極性與電源電壓極性相反等效電路如圖b所示，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)S在A、B兩點(diǎn)之間交替切換Cuk斬波電路及其等效電路Cuk斬波電路53穩(wěn)態(tài)時(shí)電容C的電流在一周期內(nèi)的平均值應(yīng)為零，也就是其對(duì)時(shí)間的積分為零，即Cuk斬波電路Cuk斬波電路及其等效電路54在等效電路中，開(kāi)關(guān)S合向B點(diǎn)時(shí)間即V處于通態(tài)的時(shí)間ton，則電容電流和時(shí)間的乘積為I2ton。開(kāi)關(guān)S合向A點(diǎn)的時(shí)間為V處于斷態(tài)的時(shí)間toff，則電容電流和時(shí)間的乘積為I1toff。由此可得

從而可得Cuk斬波電路Cuk斬波電路及其等效電路55當(dāng)電容C很大使電容電壓uC的脈動(dòng)足夠小時(shí)，輸出電壓Uo與輸入電壓E的關(guān)系可用以下方法求出。當(dāng)開(kāi)關(guān)S合到B點(diǎn)時(shí)，B點(diǎn)電壓uB=0，A點(diǎn)電壓uA=-uC；當(dāng)S合到A點(diǎn)時(shí)，uB=uC，uA=0。Cuk斬波電路Cuk斬波電路及其等效電路56因此，B點(diǎn)電壓uB的平均值為 因電感L1的電壓平均值為零，所以另一方面，A點(diǎn)的電壓平均值為且L2的電壓平均值為零，按圖中輸出電壓Uo的極性，有Cuk斬波電路Cuk斬波電路及其等效電路57輸出電壓Uo與電源電壓E的關(guān)系：

這一輸入輸出關(guān)系與升降壓斬波電路時(shí)的情況相同。優(yōu)點(diǎn)： 輸入電源電流和輸出負(fù)載電流都是連續(xù)的，且脈動(dòng)很小，有利于對(duì)輸入、輸出進(jìn)行濾波。Cuk斬波電路Cuk斬波電路及其等效電路582.2.4Sepic斬波電路基本工作原理：當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，E-L1-V回路和C1-V-L2回路同時(shí)導(dǎo)電，L1和L2貯能。V處于斷態(tài)時(shí)，E-L1-C1-VD-負(fù)載（C2和R）回路及L2-VD-負(fù)載回路同時(shí)導(dǎo)電，此階段E和L1既向負(fù)載供電，同時(shí)也向C1充電，C1貯存的能量在V處于通態(tài)時(shí)向L2轉(zhuǎn)移。輸入輸出關(guān)系：Sepic斬波電路592.2.4Zeta斬波電路基本工作原理：在V處于通態(tài)期間，電源E經(jīng)開(kāi)關(guān)V向電感L1貯能。待V關(guān)斷后，L1經(jīng)VD與C1構(gòu)成振蕩回路，其貯存的能量轉(zhuǎn)移至C1，至振蕩回路電流過(guò)零，L1上的能量全部轉(zhuǎn)移至C1上之后，VD關(guān)斷，C1經(jīng)L2向負(fù)載供電。輸入輸出關(guān)系：

Zeta斬波電路602.2.4Sepic斬波電路和Zeta斬波電路

兩種電路相比，具有相同的輸入輸出關(guān)系。Sepic電路中，電源電流和負(fù)載電流均連續(xù)，有利于輸入、輸出濾波，反之，Zeta電路的輸入、輸出電流均是斷續(xù)的。另外，兩種電路輸出電壓為正極性的，且輸入輸出關(guān)系相同。Sepic斬波電路Zeta斬波電路61單象限隔離型電路隔離型電路－－輸入與輸出間具有電隔離的直流變換電路常用隔離方法－－磁耦合（輸出變壓器）按控制極信號(hào)的來(lái)源分類(lèi)他勵(lì)式－－信號(hào)來(lái)自獨(dú)立信號(hào)源自勵(lì)式－－信號(hào)來(lái)自輸出變壓器的反饋繞組按輸出變壓器繞組的極性分類(lèi)反激式－－一、二次繞組極性相反正激式－－一、二次繞組極性相同單端－－僅含單個(gè)有源功率器件62反激式電路－－Flyback電路輸出變壓器一次、二次繞組的極性相反實(shí)現(xiàn)電隔離和電壓匹配存儲(chǔ)能量（電感屬性）工作過(guò)程S導(dǎo)通后，VD處于斷態(tài)，N1繞組的電流線性增長(zhǎng)，電感儲(chǔ)能增加；S關(guān)斷后，N1繞組的電流被切斷，變壓器中的磁場(chǎng)能量通過(guò)N2繞組和VD向輸出端釋放。當(dāng)D=0或D=1時(shí)，輸出電壓均為零，輸出短路時(shí)，電流也不會(huì)無(wú)限增長(zhǎng)。63電流連續(xù)狀態(tài)的外特性分析電流連續(xù)模式：當(dāng)S開(kāi)通時(shí)，N2繞組中的電流尚未下降到零。電路無(wú)內(nèi)阻時(shí)，電壓增益為考慮變壓器一次繞組內(nèi)阻r1和二次繞組內(nèi)阻r2時(shí)，電壓增益為64電流斷續(xù)狀態(tài)的外特性分析電路無(wú)內(nèi)阻時(shí)，電流斷續(xù)情況下的電壓增益為其中，輸出電壓Uo與Io成反比，當(dāng)輸出端開(kāi)路時(shí)，將為無(wú)窮大。因此在開(kāi)環(huán)條件下，反激式電路不能空載運(yùn)行。65開(kāi)環(huán)外特性在電流連續(xù)區(qū)域，不考慮電路內(nèi)阻時(shí)，輸出電壓與負(fù)載電流Io無(wú)關(guān)；在電流斷續(xù)區(qū)域，特性剛度很差，相當(dāng)于電路內(nèi)阻很大。66正激式電路－－Forward電路單管正激式電路一次、二次繞組的極性相同電路的工作過(guò)程開(kāi)關(guān)VF開(kāi)通后，變壓器繞組N1兩端的電壓為上正下負(fù)，與其耦合的N2繞組兩端的電壓也是上正下負(fù)。因此VD1處于通態(tài)，VD3為斷態(tài)。電源Ui通過(guò)VF和VD1向負(fù)載供電，電感L的電流逐漸增長(zhǎng)；67正激式電路－－Forward電路電路的工作過(guò)程開(kāi)關(guān)VF關(guān)斷后，電感L通過(guò)VD3續(xù)流，VD1關(guān)斷。為了維持勵(lì)磁電流im連續(xù)，VD2正偏導(dǎo)通，im從繞組W1移入W3，W3的作用是將存儲(chǔ)在鐵心中的能量返回電源，使鐵心磁復(fù)位，故W3被稱(chēng)為復(fù)位繞組。鐵心復(fù)位要求通常選N1＝N3，即Dmax=0.568正激式電路－－Forward電路VD2導(dǎo)通時(shí)，W1上感生的電壓為-(N1/N3)Ui，因此開(kāi)關(guān)VF承受的正向阻斷電壓為當(dāng)im等于零，VD2關(guān)斷，iL繼續(xù)沿VD3流動(dòng)。電壓增益一種降壓型電路69電流雙象限電路定義電路輸出電流平均值Io的幅值和極性均隨控制電壓而變，但輸出電壓平均值Uo的極性始終為正。電路運(yùn)行于第一和第二象限。電路結(jié)構(gòu)Buck電路＋Boost電路iuIII70V1和VD1構(gòu)成降壓斬波電路（此時(shí)V2和VD2總處于斷態(tài)），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，工作于第一象限。V2和VD2構(gòu)成升壓斬波電路（此時(shí)V1和VD1總處于斷態(tài)），把直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊答伒诫娫矗闺妱?dòng)機(jī)作再生制動(dòng)運(yùn)行，工作于第二象限。必須防止V1和V2同時(shí)導(dǎo)通而導(dǎo)致的電源短路。電流雙象限電路71電流雙象限電路的應(yīng)用示例不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電樞電流可正可負(fù)，但電壓只能是一種極性，故其可工作于第一象限和第二象限。電路運(yùn)行于第一象限，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于正轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)電路運(yùn)行于第二象限，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于正轉(zhuǎn)制動(dòng)狀態(tài)（如車(chē)輛減速、剎車(chē)、下坡時(shí)，使能量回饋電源）iuIII72電流雙象限電路的應(yīng)用示例不間斷電源（UninterruptiblePowerSupply—UPS）是當(dāng)交流輸入電源（習(xí)慣稱(chēng)為市電）發(fā)生異?；驍嚯姇r(shí)，還能繼續(xù)向負(fù)載供電，并能保證供電質(zhì)量，使負(fù)載供電不受影響的裝置。廣義地說(shuō)，UPS包括輸出為直流和輸出為交流兩種情況，目前通常是指輸出為交流的情況。UPS是恒壓恒頻（CVCF）電源中的主要產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用于各種對(duì)交流供電可靠性和供電質(zhì)量要求高的場(chǎng)合。

73不間斷電源的基本工作原理當(dāng)市電正常時(shí)，由市電供電，當(dāng)市電異常乃至停電時(shí)，由蓄電池向逆變器供電，因此從負(fù)載側(cè)看，供電不受市電停電的影響；在市電正常時(shí)，負(fù)載也可以由逆變器供電，此時(shí)負(fù)載得到的交流電壓比市電電壓質(zhì)量高，即使市電發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題（如電壓波動(dòng)、頻率波動(dòng)、波形畸變和瞬時(shí)停電等）時(shí)，也能獲得正常的恒壓恒頻的正弦波交流輸出，并且具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的性能，因此也稱(chēng)為穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源。

74不間斷電源的基本工作原理為保證市電異?；蚰孀兤鞴收蠒r(shí)負(fù)載供電的切換，實(shí)際的UPS產(chǎn)品中多數(shù)都設(shè)置了旁路開(kāi)關(guān)，市電與逆變器提供的CVCF電源由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)S切換；還需注意的是，在市電旁路電源與CVCF電源之間切換時(shí)，必須保證兩個(gè)電壓的相位一致，通常采用鎖相同步