直流變換電路

關(guān)于直流變換電路第1頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3.1

直流變換電路的工作原理

3.2降壓變換電路

3.3升壓變換電路

3.4帶隔離變壓器的直流變換器第3章

直流變換電路

第2頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.1直流變換電路的工作原理工作原理：圖中S是可控開(kāi)關(guān)，R為純阻性負(fù)載。在時(shí)間Ton內(nèi)當(dāng)開(kāi)關(guān)S接通時(shí)，電流經(jīng)負(fù)載電阻R流過(guò)，R兩端就有電壓；在時(shí)間Toff內(nèi)開(kāi)關(guān)T斷開(kāi)時(shí)，R中電流為零，電壓也變?yōu)榱?。電路中開(kāi)關(guān)的占空比TS為開(kāi)關(guān)T的工作周期，ton為導(dǎo)通時(shí)間。圖3.1.1基本的斬波器電路及其負(fù)載波形

第3頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.1直流變換電路的工作原理由波形圖可得到輸出電壓平均值為

若認(rèn)為開(kāi)關(guān)T無(wú)損耗，則輸入功率為式（3.1.2）中Ud為輸入直流電壓。輸出電壓平均值的改變：因?yàn)镈是0～1之間變化的系數(shù)因此在D的變化范圍內(nèi)輸出電壓UO總是小于輸入電壓Ud，改變D值就可以改變其大小。占空比的改變：通過(guò)改變ton

或TS來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖3.1.1基本的斬波器電路及其負(fù)載波形

第4頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流變換電路的常用工作方式主要有兩種：①脈沖頻率調(diào)制(PFM)工作方式：即維持Ton不變，改變TS。在這種調(diào)壓方式中，由于輸出電壓波形的周期是變化的，因此輸出諧波的頻率也是變化的，這使得濾波器的設(shè)計(jì)比較困難，輸出諧波干擾嚴(yán)重，一般很少采用。②脈寬調(diào)制(PWM)工作方式：即維持TS不變，Ton改變。在這種調(diào)壓方式中，輸出電壓波形的周期是不變的，因此輸出諧波的頻率也不變，這使得濾波器的設(shè)計(jì)容易。3.1直流變換電路的工作原理第5頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月周期性函數(shù)的傅立葉分析

如果周期性時(shí)間函數(shù)F(t)的變化周期為T(mén),頻率為f=1/T,一個(gè)周期T對(duì)應(yīng)2πrad(360度),那么F(t)=F(t+T)就是以周期為時(shí)間T表達(dá)的周期性時(shí)間函數(shù),F(ωt)=F(ωt+2π)則是相應(yīng)的以周期為2πrad(360度),相位角ωt的周期性相位角函數(shù).

周期性函數(shù)可以分解為無(wú)限三角級(jí)數(shù)-傅立葉級(jí)數(shù):第6頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月周期性函數(shù)的傅立葉分析

第7頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3.1

直流變換電路的工作原理

3.2降壓變換電路

3.3升壓變換電路

3.4帶隔離變壓器的直流變換器第3章

直流變換電路

第8頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2降壓變換電路續(xù)流二極管全控型電力器件輸入直流電壓濾波電感濾波電容負(fù)載第9頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2降壓變換電路

1.兩種開(kāi)關(guān)狀態(tài):

(1）

T導(dǎo)通,D截止期間,電源電壓通過(guò)T加到二極管和輸出濾波電感、輸出濾波電容上,因此D截止.由于輸出濾波電容電壓保持不變,因此加在L上的電壓為VI-V0,這個(gè)電壓差使得濾波電感電流線(xiàn)性增長(zhǎng):降壓電路及其波形圖

t=ton,電感電流達(dá)到最大值,其增量為:一.電感電流連續(xù)狀態(tài):第10頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)t=Ts

時(shí),減小到最小值.期間減小量為:3.2降壓變換電路

（2）T截止,續(xù)流二極管D導(dǎo)通續(xù)流的期間,此時(shí)加在L上的電壓為-V0,電流線(xiàn)性減小:

第11頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.變壓比由于導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)電感電流從最小值增大到最大值,而。關(guān)斷時(shí)間內(nèi)電感電流又從最大值減小到最小值,因此有:3.2降壓變換電路可得到電流連續(xù)時(shí)降壓變換電路變壓比為:

因此理想的BUCK變換器在電感電流連續(xù)情況下變壓比M只與占空比有關(guān),與負(fù)載電流大小無(wú)關(guān)第12頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.輸出紋波電壓：

在Buck電路中，如果濾波電容C的容量足夠大，則輸出電壓U0為常數(shù)。然而在電容C為有限值的情況下，直流輸出電壓將會(huì)有紋波成份。電流連續(xù)時(shí)的輸出電壓紋波為

其中f為buck電路的開(kāi)關(guān)頻率，fc為電路的截止頻率。它表明通過(guò)選擇合適的L、C值，當(dāng)滿(mǎn)足fc＜＜f時(shí)，可以限制輸出紋波電壓的大小，而且紋波電壓的大小與負(fù)載無(wú)關(guān)。3.2降壓變換電路第13頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.三種開(kāi)關(guān)狀態(tài)

(1)T導(dǎo)通,D截止期間Ton,電感電流從零開(kāi)始增加到ILmax，其增量:3.2降壓變換電路(2)T截止,續(xù)流二極管D導(dǎo)通的期間,令電流從最大值開(kāi)始下降到0,電流下降量為:

(3)T和D都截止,IL保持為0,負(fù)載由濾波電容供電.

二.電感電流斷續(xù)狀態(tài)第14頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2降壓變換電路由于增量與下降量相同,于是有:

則可以得到電流斷流時(shí)的變壓比:

電流斷流時(shí)的電壓變壓比M大于導(dǎo)通占空比D。物理上這是因?yàn)樵匐娐窋嗔骱?，續(xù)流二極管D又不導(dǎo)電，使VE0不再等于0而變?yōu)閂0，因而提高了輸出直流電壓平均值。

2.變壓比第15頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月變換電路工作在臨界連續(xù)狀態(tài)時(shí)，即有I1=0，由可得維持電流臨界連續(xù)的電感值L0為：

即電感電流臨界連續(xù)時(shí)的負(fù)載電流平均值為：

式中Iok為電感電流臨界連續(xù)時(shí)的負(fù)載電流平均值。

3.2降壓變換電路三.電感電流iL臨界連續(xù)狀態(tài)：第16頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2降壓變換電路總結(jié)：臨界負(fù)載電流Iok與輸入電壓Ud、電感L、開(kāi)關(guān)頻率f以及開(kāi)關(guān)管T的占空比D都有關(guān)。當(dāng)實(shí)際負(fù)載電流Io＞Iok時(shí)，電感電流連續(xù)；當(dāng)實(shí)際負(fù)載電流Io=Iok時(shí)，電感電流處于連續(xù)（有斷流臨界點(diǎn)）當(dāng)實(shí)際負(fù)載電流Io

＜Iok時(shí)，電感電流斷流；三.電感電流iL臨界連續(xù)狀態(tài)：第17頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3.1

直流變換電路的工作原理

3.2降壓變換電路

3.3升壓變換電路

3.4帶隔離變壓器的直流變換器第3章

直流變換電路

第18頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.3直流－直流升壓變換器（Boost變換器）1)定義：直流輸出電壓的平均值高于輸入電壓的變換電路稱(chēng)為升壓變換電路，又叫Boost電路。全控型電力器件開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能保持輸出電壓2）原理圖第19頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.3直流－直流升壓變換器（Boost變換器）

Boost變換器-----利用電感線(xiàn)圈L在其電流減小時(shí)所產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)來(lái)得到高于電源電壓的直流電壓.一.電感電流連續(xù)狀態(tài)

1.兩種開(kāi)關(guān)狀態(tài):

(1)T導(dǎo)通,D截止期間Ton,電源電壓加到升壓電感上,電感電流線(xiàn)性增長(zhǎng):當(dāng)時(shí),電感電流達(dá)到最到值.其增量為:

第20頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

(2)T截止.D導(dǎo)通.電感電流通過(guò)D向輸出側(cè)流動(dòng),電源功率和電感的儲(chǔ)能向負(fù)載和電容C轉(zhuǎn)移,給C充電.此時(shí)加在L上的電壓使得電感電流線(xiàn)性減小:3.3直流－直流升壓變換器（Boost變換器）減小量為:2.電流連續(xù)時(shí)Boost變換器的變壓比

:第21頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二.電感電流斷續(xù)狀態(tài)

1.三種開(kāi)關(guān)狀態(tài):

（1）T導(dǎo)通,D截止期間Ton,電源電壓加到升壓電感上,電感電流自0開(kāi)始線(xiàn)性增長(zhǎng)到最大值:

3.3直流－直流升壓變換器（Boost變換器）

當(dāng)時(shí),電感電流達(dá)到最到值.其增量為:

第22頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

（2）T截止.D導(dǎo)通續(xù)流,在期間,電感電流自最大值減小到0，其減小量:3.3直流－直流升壓變換器（Boost變換器）（3）

T阻斷,D截止,電感電流保持為0.

2.升壓比：由增量等于減小量得到升壓比為:

M不僅與占空比D有關(guān)，而且與電路電感、負(fù)載電流及開(kāi)關(guān)頻率有關(guān)，為了保持輸出電壓恒定，即使在輸入電壓不變時(shí)，也應(yīng)隨負(fù)載電流的不同來(lái)調(diào)節(jié)占空比D。

第23頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三.電感電流iL臨界連續(xù)狀態(tài)：

根據(jù)在理想狀態(tài)下，電路的輸出功率等于輸入功率，參考降壓變換電路的計(jì)算方法，可得電感電流臨界連續(xù)時(shí)的負(fù)載電流平均值為：當(dāng)實(shí)際負(fù)載電流Io＞Ick時(shí)，電感電流連續(xù)。M=1/(1-D)

當(dāng)實(shí)際負(fù)載電流Io=Ick時(shí),電感電流處于臨界連續(xù)

(有斷流臨界點(diǎn))。M=1/(1-D)

當(dāng)實(shí)際負(fù)載電流Io＜Ick時(shí)，電感電流斷流。M>1/(1-D)

3.3直流－直流升壓變換器（Boost變換器）第24頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3.1

直流變換電路的工作原理

3.2降壓變換電路

3.3升壓變換電路

3.4帶隔離變壓器的直流變換器

第3章

直流變換電路

第25頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.4帶隔離變壓器的直流變換器1）能使變換器的輸入電源與負(fù)載之間實(shí)現(xiàn)電氣隔離，提高變換器運(yùn)行的安全可靠性和電磁兼容性。

2）選擇變壓器的變比還可匹配電源電壓Ud與負(fù)載所需的輸出電壓Uo，能使直流變換器的占空比D數(shù)值適中而不至于接近于零或接近于l。

3）能設(shè)置多個(gè)二次繞組輸出幾個(gè)電壓大小不同的直流電壓。1、引入變壓器作用：第26頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）單端變換器：變換器只需一個(gè)開(kāi)關(guān)管，變換器中變壓器的磁通只在單方向變化；

2）正激變換器：開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)電源將能量直接傳送至負(fù)載；

3）反激變換器：開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)電源將電能轉(zhuǎn)為磁能儲(chǔ)存在電感中，當(dāng)開(kāi)關(guān)管阻斷時(shí)再將磁能變?yōu)殡娔軅魉偷截?fù)載；3.4帶隔離變壓器的直流變換器2、分類(lèi)：第27頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.4帶隔離變壓器的直流變換器變換器的輸出電壓為：正激式變換器第28頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在T、D1導(dǎo)通，D2、D3截止的T0N=DTS期間，N1磁通增量為：在Toff=（1-D）TS期間，T阻斷，磁通減小，三個(gè)感應(yīng)電勢(shì)反向，D1截止，D2導(dǎo)通，D3導(dǎo)通，將變壓器勵(lì)磁電流對(duì)應(yīng)的磁能回送給電源，i3減小，磁通減小。在此期間，如果電流并未衰減到0，則磁通的減少量為：第29頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月如果磁通增量大于減少量，即這時(shí)鐵心將很快飽和而不能工作。因此，實(shí)際運(yùn)行中必須使：只要在T導(dǎo)通時(shí)間，電感電流不下降到0，則在其關(guān)斷期間，輸出電壓UO=0,則變換器輸出直流電壓平均值為：變