電力電子技術(shù)第章直流斬波電路

第3章直流斬波電路直流斬波電路（DCChopper）將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電也稱為直接直流--直流變換器（DC/DCConverter）一般是指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟姡话ㄖ绷鳌涣鳌绷髁?xí)慣上，DC—DC變換器包括以上兩種情況，且甚至更多地指后一種情況

直流斬波電路的種類6種基本斬波電路：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路，其中前兩種是最基本的電路復(fù)合斬波電路——不同基本斬波電路組合多相多重斬波電路——相同結(jié)構(gòu)基本斬波電路組合

3.1基本斬波電路降壓斬波升壓斬波3.1.1降壓斬波電路工作原理t=0時刻驅(qū)動V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓uo=E，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升t=t1時刻控制V關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓uo近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。為了使負(fù)載電流連續(xù)且脈動小通常使串接的電感L值較大數(shù)量關(guān)系電流連續(xù)時，負(fù)載電壓平均值ton——V通的時間toff——V斷的時間a--導(dǎo)通占空比

Uo最大為E，減小占空比a，Uo隨之減小。因此稱為降壓斬波電路。負(fù)載電流平均值斬波電路的調(diào)制方式保持開關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時間ton，稱為脈沖寬度調(diào)制（PWM）保持開關(guān)導(dǎo)通時間ton不變，改變開關(guān)周期

T

，稱為頻率調(diào)制T和ton都可調(diào)，使占空比改變，稱為混合型V通態(tài)期間，設(shè)負(fù)載電流為i1，可列出如下方程：

對電路的分析設(shè)此階段電流初值為I10，=L/R，解上式得V斷態(tài)期間，設(shè)負(fù)載電流為i2，可列出如下方程：設(shè)此階段電流初值為I20，解上式得：當(dāng)電流連續(xù)時，有：即V進(jìn)入通態(tài)時的電流初值就是V在斷態(tài)階段結(jié)束時的電流值，反過來，V進(jìn)入斷態(tài)時的電流初值就是V在通態(tài)階段結(jié)束時的電流值。由圖3-1b可知，I10和I20分別是負(fù)載電流瞬時值的最小值和最大值。用泰勒級數(shù)近似有：從能量傳遞關(guān)系出發(fā)進(jìn)行的推導(dǎo)由于L為無窮大，故負(fù)載電流維持為Io不變,由能量守恒可得：在上述情況中，均假設(shè)L值為無窮大，負(fù)載電流平直的情況。這種情況下，假設(shè)電源電流平均值為I1，則有即輸出功率等于輸入功率，可將降壓斬波器看作直流降壓變壓器。負(fù)載電流斷續(xù)的情況：

電流斷續(xù)時，tx<toff，由此得出電流斷續(xù)的條件為：輸出電壓、電流平均值為：3.1.2升壓斬波電路工作原理假設(shè)L值很大，C值也很大

V通時，E向L充電，充電電流恒為I1，同時C的電壓向負(fù)載供電，因C值很大，輸出電壓uo為恒值，記為Uo。設(shè)V通的時間為ton，此階段L上積蓄的能量為V斷時，E和L共同向C充電并向負(fù)載R供電。設(shè)V斷的時間為toff，則此期間電感L釋放能量為穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中L積蓄能量與釋放能量相等上式中，T/toff>1，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路二是電容C可將輸出電壓保持住升壓斬波電路能使輸出電壓高于電源電壓的原因一是L儲能之后具有使電壓泵升的作用數(shù)量分析如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能量僅由負(fù)載R消耗，即該式表明，與降壓斬波電路一樣，升壓斬波電路也可看成是直流變壓器。輸出電流的平均值Io為電源電流I1為：升壓斬波電路的典型應(yīng)用一是用于直流電動機(jī)傳動二是用作單相功率因數(shù)校正（PFC）電路三是用于其他交直流電源中用于男直流謹(jǐn)電動位機(jī)傳繡動時通常莖是用樣于直雹流電然動機(jī)板再生病制動訓(xùn)時把央電能作回饋歪給直韻流電滋源實際方電路最中電叔感L值不車可能阿為無棵窮大耽，因框此該農(nóng)電路緊和降戶壓斬辣波電殊路一濤樣，頁也有叉電動語機(jī)電睡樞電臺流連鵲續(xù)和證斷續(xù)拆兩種鏈工作蜘狀態(tài)此時傍電機(jī)雨的反膀電動老勢相毅當(dāng)于圖中的券電源范，而咸此時鉛的直膠流電疾源相貿(mào)當(dāng)于修圖3親-2微中電朝路中別的負(fù)全載。付由于局直流捧電源渡的電愿壓基憲本是蹦恒定活的，活因此泄不必泉并聯(lián)浪電容友器。電路沙分析V處于通態(tài)時，設(shè)電動機(jī)電樞電流為i1，得下式當(dāng)V處于斷態(tài)時，設(shè)電動機(jī)電樞電流為i2，得下式當(dāng)電流連續(xù)時，從圖3-3b的電流波形可看出，t=ton時刻i1=I20，t=toff時刻i2=I10，由此可得解上兩式得：與降組壓斬批波電怪路一丈樣，協(xié)把上著面兩顆式用釣泰勒膜級數(shù)鑄線性斗近似捷，得該式己表示般了L為無拿窮大里時電子樞電勿流的博平均別值Io，即該式表明，以電動機(jī)一側(cè)為基準(zhǔn)看，可將直流電源看作是被降低到了。當(dāng)電雹樞電只流斷若續(xù)時住的波通形如圖士3-產(chǎn)3c所示免?？汕缶胕2持續(xù)的的時歡間tx，當(dāng)tx<t0ff時，電路為電流斷續(xù)工作狀態(tài)，tx<t0ff是電流斷續(xù)的條件，即根據(jù)什此式押可對腎電路磨的工裕作狀疾態(tài)作洲出判例斷。3.涉1.溪3夢升降祥壓斬落波電沸路和Cu扣k斬波箭電路1、章升降富壓斬睜波電績路基本織工作挨原理V通時嶄，電總源E經(jīng)V向L供電攻使其秋貯能賞，此恩時電帖流為i1。同時筍，C維持突輸出弟電壓僵恒定致并向橫負(fù)載R供電廢。V斷時焦，L的能難量向銷負(fù)載呆釋放磨，電寧流為i2。負(fù)載握電壓古極性甘為上肅負(fù)下戴正，悉與電疼源電達(dá)壓極同性相森反，撤該電推路也引稱作縣反極有性斬涼波電刻路數(shù)量而分析穩(wěn)態(tài)壟時，前一個囑周期T內(nèi)電元感L兩端觸電壓uL對時賞間的賠積分奴為零胖，即當(dāng)V處于赤通態(tài)局期間梳，uL=E；而當(dāng)V處于擱斷態(tài)復(fù)期間銳，uL=-uo。于是爛：所以遼輸出館電壓欣為：改變測導(dǎo)通緩比a，輸出割電壓走既可填以比夾電源癢電壓海高，肚也可隔以比串電源嶺電壓咬低。倍當(dāng)0負(fù)<a<1球/2時為弦降壓疼，當(dāng)頂1/撇2<a<1時為治升壓色，因顧此將柄該電喇路稱及作升莖降壓梢斬波咐電路連。圖3-4b中給出了電源電流i1和負(fù)載電流i2的波形，設(shè)兩者的平均值分別為I1和I2，當(dāng)電流脈動足夠小時，有如果V、疊VD為沒慚有損幫耗的戲理想故開關(guān)深時，澡則其輸宜出功紗率和旅輸入墊功率之相等員，可績看作胸直流賺變壓氧器V通時懸，E—伶L1—V回路滴和R—釣L2—C—V回路創(chuàng)分別爸流過黑電流V斷時鏟，E—粗L1—C—V臥D回路拍和R—畏L2—V糾D回路勵分別預(yù)流過顧電流輸出衛(wèi)電壓梨的極找性與箭電源肢電壓戶極性謹(jǐn)相反等效魯電路立如圖并3-杠5b所示斯，相塞當(dāng)于劇開關(guān)S在A、壟B兩點朵之間曲交替克切換2.Cu艇k斬波組電路穩(wěn)態(tài)時電容C的電流在一周期內(nèi)的平均值應(yīng)為零，也就是其對時間的積分為零，即電路帽分析在圖3-5b的等效電路中，開關(guān)S合向B點時間即V處于通態(tài)的時間ton，則電容電流和時間的乘積為I2ton。開關(guān)S合向A點的時間為V處于斷態(tài)的時間toff，則電容電流和時間的乘積為I1toff。當(dāng)開關(guān)S合到B點時uB=0uA=-uC輸出拳電壓Uo與輸石入電百壓E的關(guān)班系當(dāng)S合到A點時上，uB=uC，uA=0捏。B點電壓uB的平均值為因電感L1的電壓平均值為零A點的電壓平均值為L2的電姿壓平辭均值群為零椅，按圖3急-5b中輸瘡出電植壓Uo的極伐性，熔有輸出電壓Uo與電源電壓E的關(guān)系：這一午輸入擺輸出膛關(guān)系財與升擠降壓陰斬波屬電路失時的誼情況寬相同潤。優(yōu)點佩（與姓升降銅壓斬債波電由路相新比）嚷：輸?shù)耆腚姂c源電扔流和雕輸出鉤負(fù)載庫電流袋都是渠連續(xù)擔(dān)的，溪且脈籠動很鋸小，擠有利使于對模輸入涼、輸芬出進(jìn)拌行濾樓波。3.拘1.預(yù)4Se娘pi喝c斬波蘭電路朱和Ze逝ta斬波柱電路Se娃pi拍c斬波難電路咽的基稈本工順作原叉理是擇：當(dāng)V處于您通態(tài)損時，E—L1—V回路助和C1—V登—L2回路熊同時候?qū)щ娝?，L1和L2貯能到。V處于只斷態(tài)形時，E—L1—C1—V求D—負(fù)載怎（C2和R）回路里及L2—V礦D—負(fù)載歐回路宜同時茶導(dǎo)電橋，此螺階段E和L1既向曬負(fù)載岡供電躍，同槐時也趨向C1充電統(tǒng)，C1貯存愈的能纖量在V處于區(qū)通態(tài)耕時向L2轉(zhuǎn)移江。輸入拖輸出掃關(guān)系寒為：Ze或ta斬波絞電路惱也稱唱雙Se幸pi佳c斬波欄電路充，其廉基本蓬工作擱原理話是：身在V處于熊通態(tài)晨期間吸，電紗源E經(jīng)開泊關(guān)V向電價感L1貯能和。待V關(guān)斷腎后，L1經(jīng)VD與C1構(gòu)成教振蕩玻回路侵，其登貯存準(zhǔn)的能貞量轉(zhuǎn)躍移至C1，至振魔蕩回餃路電絕流過秩零，L1上的衫能量琴全部冬轉(zhuǎn)移在至C1上之尋后，VD關(guān)斷嫂，C1經(jīng)L2向負(fù)掠載供晨電。輸入諒輸出洲關(guān)系洲為：兩種兩電路叢相比中，具植有相敘同的抹輸入坡輸出駕關(guān)系池。Se何pi于c電路殊中，藍(lán)電源花電流穗和負(fù)糞載電儲流均莊連續(xù)警，有奔利于必輸入叔、輸儀出濾撥波，蘭反之刮，Ze片ta電路震的輸躍入、突輸出慣電流鮮均是慈斷續(xù)佳的。上另外來，與縫前一睜小節(jié)盼所述刺的兩搶種電盟路相鑼比，商這里計的兩午種電沸路輸納出電探壓為固正極厘性的芽，且瘦輸入疏輸出其關(guān)系泳相同灣。圖3曬-1電降壓堅斬波壞電路肉的原尸理圖脂及波免形電路床圖電流蠶連續(xù)爆時的曾波形電流陵斷續(xù)呼時的肚波形返回■圖3恩-2腿升壓解斬波軟電路暑及其侵工作稻波形電路污圖波形返回圖3環(huán)-3枯用于果直流爺電動落機(jī)握回饋什能量滅的升父壓斬察波電歸路及番其波睜形電路