電力電子技術(shù)及應(yīng)用 課件 第4、5章 逆變電路、直流-直流變流電路

4.1有源逆變電路

4.2無源逆變電路4.1有源逆變電路逆變電路的交流側(cè)和電網(wǎng)連接時(shí)，稱為有源逆變電路。整流電路的作用是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電(即AC→DC)，而逆變電路的作用是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電(即DC→AC)，二者的能量轉(zhuǎn)換方向相反。因此，當(dāng)可控整流電路滿足某些特定條件時(shí)，可實(shí)現(xiàn)能量的反向傳輸，在不改變電路結(jié)構(gòu)的情況下，即可將整流模式轉(zhuǎn)換為有源逆變模式。以單相橋式全控電路的工作情況為例，分析如何將整流電路切換為有源逆變電路。如圖4.1所示為單相橋式全控電路圖。1.整流工作模式控制角α在0°～90°范圍內(nèi)。由于電流的流向只有兩種方式，即a點(diǎn)→VT1→RL與直流電機(jī)負(fù)載→VT4→b點(diǎn)和b點(diǎn)→VT3→RL與直流電機(jī)負(fù)載→VT2→a點(diǎn)，無論哪種工作方式，電路中電流id流向和圖中標(biāo)出的正方向一直保持一致，因此流過電阻電感負(fù)載的電流id一直保持大于0的狀態(tài)，且由于負(fù)載中有電感的存在可以起到平波的作用，因此電流為一條正的平直的直線。綜上可以得出負(fù)載兩端電壓ud和電流id的波形圖如圖4.2所示。由于本次分析的是電路從原始停止?fàn)顟B(tài)到正常工作狀態(tài)，因此0°～45°的相位區(qū)間內(nèi)沒有輸出波形，后續(xù)電路正常工作后，將不斷重復(fù)45°～405°區(qū)間內(nèi)的波形。此刻，電能從交流側(cè)傳輸至直流側(cè)，即交流電網(wǎng)通過4個(gè)晶閘管整流后，輸出直流電壓ud傳至直流電機(jī)負(fù)載側(cè)使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，是整流工作模式。由圖4.2可以推廣至控制角α位于0°～90°區(qū)間內(nèi)的任意取值。從輸出功率的角度來看，可以得出該工作在整流模式下的電路的輸出功率Pd?=?udid，根據(jù)圖4.2波形可得，輸出電壓ud正半周的面積大于負(fù)半周的面積，因此ud＞0，而電流id一直為正，因此可得輸出功率Pd在控制角位于0°～90°范圍內(nèi)，一直為正。如想實(shí)現(xiàn)電能的反向傳輸，即切換到有源逆變工作模式，則輸出功率Pd的取值就需要變?yōu)樨?fù)。2.有源逆變工作模式無論控制角α如何變化，由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕娐分械碾娏髁飨蛉耘f只可能有兩種方式，即α點(diǎn)→VT1→RL與直流電機(jī)負(fù)載→VT4→b點(diǎn)和b點(diǎn)→VT3→RL與直流電機(jī)負(fù)載→VT2→a點(diǎn)，如果逆著這個(gè)方向流通，則電路中的晶閘管會(huì)被擊穿，因此無論控制角α取值多少，負(fù)載中的電流id方向均與圖中標(biāo)注的正方向一致，電流id的取值一直為正，假設(shè)負(fù)載中的電感很大，具有良好的平波作用，可得出流過負(fù)載的電流id的波形為一條正的平直的直線。假設(shè)此刻直流電機(jī)工作在再生制動(dòng)狀態(tài)，即作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，由于電流的方向一直為正，如想實(shí)現(xiàn)電能的逆向傳輸，只有改變電機(jī)的輸出電壓E的極性才可實(shí)現(xiàn)，如圖4.3所示。而為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)的再生制動(dòng)，左側(cè)的整流電路必須吸收電機(jī)發(fā)出的電能反饋給電網(wǎng)，因此整流電路的輸出電壓ud的極性也必須反向，即輸出電壓平均值Ud取值為負(fù)才可吸收電機(jī)發(fā)出的能量，即圖4.3中ud上下標(biāo)注的上負(fù)下正(和圖中正方向相反)。而通過控制角度α位于90°～180°的區(qū)間內(nèi)，便可使得Ud取值為負(fù)。以α?=?135°為例，電路的輸出電壓ud和電流id的波形圖如圖4.4所示。由于本次分析的是電路從原始停止?fàn)顟B(tài)到正常工作狀態(tài)，因此0°～135°的相位區(qū)間內(nèi)沒有輸出波形，后續(xù)電路正常工作后，將不斷重復(fù)135°～495°區(qū)間內(nèi)的波形。由圖4.4可以得出當(dāng)α?=?135°時(shí)，單相橋式全控電路輸出電壓ud正半周的面積小于負(fù)半周的面積，因此電壓ud取值為負(fù)，而電流id一直為正的取值，因此輸出的功率Pd為負(fù)，此刻電能傳輸方向和0°＜α＜90°時(shí)相反。此控制方式的關(guān)鍵便是輸出電壓ud取值為負(fù)，推導(dǎo)可得α取90°～180°范圍內(nèi)的任意值，均可使輸出電壓ud取值為負(fù)，即當(dāng)90°＜α＜180°時(shí)電能從直流側(cè)傳輸至交流側(cè)，電路處于有源逆變模式?？偨Y(jié)0°＜α＜90°和90°＜α＜180°的兩種工作方式，可得實(shí)現(xiàn)有源逆變的兩個(gè)條件：(1)電路中要有能提供逆變能量的直流電源，而且該直流電源的電壓取值必須大于變流器輸出的平均電壓Ud的值。(2)控制角α的取值范圍要在90°～180°內(nèi)。4.2無源逆變電路圖4.5(a)所示為典型的單相橋式無源逆變電路(帶電阻負(fù)載)結(jié)構(gòu)，該逆變電路由直流輸入側(cè)(直流電壓取值為Ud)、交流輸出側(cè)(電阻負(fù)載R)、四個(gè)開關(guān)器件組成，從圖中可以觀測到交流輸出側(cè)連接的是電阻負(fù)載，因此稱為無源逆變電路。該電路的功能為將輸入的直流電Ud轉(zhuǎn)換為負(fù)載輸出側(cè)的交流電壓uo，電路具體分析如下：在0～t1區(qū)間中，閉合開關(guān)S1和S4，斷開開關(guān)S2和S3，此刻電流從直流輸入側(cè)Ud的陽極出發(fā)，流經(jīng)開關(guān)S1→電阻負(fù)載R→開關(guān)S4，最終回到直流輸入側(cè)Ud的陰極。此刻a點(diǎn)電壓取值為Ud的正端電壓，b點(diǎn)電壓取值為Ud的負(fù)端電壓，根據(jù)圖中所標(biāo)出的正方向，輸出電壓uo在該區(qū)間內(nèi)取值為a點(diǎn)電壓減去b點(diǎn)，即等于Ud。而流過電阻負(fù)載的電流io取值等于Ud/R，即電流io的波形形狀與uo相同，只是幅值有區(qū)別。在t1～t2區(qū)間中，斷開開關(guān)S1和S4，閉合開關(guān)S2和S3，此刻電路中的電流從直流輸入側(cè)Ud的陽極出發(fā)，流過開關(guān)S3→電阻負(fù)載→開關(guān)S2，再返回直流輸入側(cè)Ud的陰極。此刻a點(diǎn)電壓取值為Ud的負(fù)端電壓，b點(diǎn)電壓取值為Ud的正端電壓，根據(jù)圖中的正方向，輸出電壓uo在t1～t2區(qū)間中取值為a點(diǎn)電壓減去b點(diǎn)，即?-?Ud。流過電阻負(fù)載的電流方向和正方向相反，取值為?-Ud/R。最終負(fù)載側(cè)電壓uo和電流io波形如圖4.5(b)所示，是一個(gè)有規(guī)律性正負(fù)方向變化的交流電，表示該電路成功將直流輸入電Ud轉(zhuǎn)換為交流電uo，實(shí)現(xiàn)了逆變。圖4.6(a)所示為替換負(fù)載后的單相橋式無源逆變電路，該逆變電路由直流輸入側(cè)Ud、交流輸出側(cè)(電阻電感負(fù)載)、四個(gè)開關(guān)S1～S4組成。電路的工作方式和上文中僅帶電阻負(fù)載有一定的區(qū)別，分析如下：在0～t1區(qū)間中，閉合開關(guān)S1、S4，而開關(guān)S2、S3保持?jǐn)嚅_，電流的流向?yàn)橹绷鬏斎雮?cè)Ud的陽極→開關(guān)S1→電阻電感負(fù)載RL→開關(guān)S4→直流輸入側(cè)Ud的陰極，負(fù)載RL上電流流向?yàn)閺腶點(diǎn)流向b點(diǎn)，a點(diǎn)電壓取值等于直流輸入側(cè)Ud的陽極電壓，b點(diǎn)電壓取值等于直流輸入側(cè)Ud的陰極電壓，根據(jù)圖中標(biāo)注的正方向，可得輸出電壓uo的取值為Ud，由于存在電感，輸出電流io無法迅速跳變，因此從0?A開始慢慢增大。在t1～t2區(qū)間中，斷開開關(guān)S1、S4，閉合開關(guān)S2、S3，由于存在電感儲(chǔ)能，因此此刻電路的負(fù)載RL中仍舊保留有從a點(diǎn)流向b點(diǎn)的電流，電路中電流方向?yàn)殡娮桦姼胸?fù)載RL→開關(guān)S3→直流輸入側(cè)Ud的陽極→直流輸入側(cè)Ud的陰極→開關(guān)S2，即此刻為電阻電感負(fù)載RL向直流輸入側(cè)Ud反向充電，電阻電感負(fù)載RL處于發(fā)出電能的放電狀態(tài)，因此流過電阻電感負(fù)載的電流io慢慢下降，直至降低為0?A。而在該區(qū)間內(nèi)，a點(diǎn)電壓取值等于直流輸入側(cè)Ud的陰極電壓，b點(diǎn)電壓取值為直流輸入側(cè)Ud的陽極電壓，根據(jù)正方向，電阻電感負(fù)載兩端電壓等于a點(diǎn)電壓減去b點(diǎn)電壓，即?-?Ud。在t2～t3區(qū)間中，繼續(xù)保持?jǐn)嚅_開關(guān)S1、S4，閉合開關(guān)S2、S3的狀態(tài)，此刻由于電感中的電能在上一個(gè)區(qū)間全部被放完，因此在本區(qū)間中電感中無儲(chǔ)能，電流的流向切換為直流輸入側(cè)Ud的陽極→開關(guān)S3→電阻電感負(fù)載RL→開關(guān)S2→直流輸入側(cè)Ud的陰極，流過電阻電感負(fù)載的電流io方向與正方向相反，因此取值為負(fù)，而且此刻為直流輸入側(cè)Ud向電阻電感負(fù)載RL傳輸電能，因此流過電阻電感負(fù)載的電流io在負(fù)半周從0?A開始慢慢增大。在該區(qū)間內(nèi)，a點(diǎn)電壓取值等于直流輸入側(cè)Ud的陰極電壓，b點(diǎn)電壓取值為直流輸入側(cè)Ud的陽極電壓，根據(jù)正方向，電阻電感負(fù)載兩端電壓等于a點(diǎn)電壓減去b點(diǎn)電壓，即?-Ud。在t3～t4區(qū)間中，斷開開關(guān)S2、S3，閉合開關(guān)S1、S4，由于在上一個(gè)區(qū)間中電阻電感負(fù)載儲(chǔ)存了能量，因此電感中會(huì)維持一個(gè)從b點(diǎn)流向a點(diǎn)的電流，在本區(qū)間中電流的流向?yàn)殡娮桦姼胸?fù)載RL→開關(guān)S1→直流輸入側(cè)Ud的陽極→直流輸入側(cè)Ud的陰極→開關(guān)S4，此時(shí)電阻電感負(fù)載RL在向直流輸入側(cè)Ud反向充電，因此RL中的電流在負(fù)半周慢慢降低直至0?A。在該區(qū)間中，a點(diǎn)電壓取值為直流輸入側(cè)Ud的陽極電壓，b點(diǎn)電壓取值為直流輸入側(cè)Ud的陰極電壓，根據(jù)正方向，電阻電感負(fù)載兩端電壓等于a點(diǎn)電壓減去b點(diǎn)電壓，即Ud。最終負(fù)載側(cè)電壓uo和電流io波形如圖4.6(b)所示。無源逆變電路又可以分為電壓型和電流型。電壓型逆變電路主要有3個(gè)特點(diǎn)：(1)直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。直流側(cè)電壓基本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。(2)由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。(3)當(dāng)交流側(cè)為電阻電感負(fù)載時(shí)需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。電流型逆變電路主要有3個(gè)特點(diǎn)：(1)直流側(cè)串聯(lián)有大電感，相當(dāng)于電流源。直流側(cè)電流基本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。(2)電路中開關(guān)器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側(cè)輸出的電流為矩形波，并且與負(fù)載的阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電壓波形和相位則因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。(3)當(dāng)交流側(cè)為電阻電感負(fù)載時(shí)需要提供無功功率，直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用。因?yàn)榉答仧o功能量時(shí)直流電流并不反向，因此不必像電壓型逆變電路那樣要給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管。4.2.1電壓型單相半橋逆變電路圖4.7所示為電壓型單相半橋逆變電路，屬于無源逆變電路，電路由2個(gè)參數(shù)一致的電容、2個(gè)絕緣柵雙極型晶體管V1和V2、2個(gè)二極管VD1和VD2、電阻電感負(fù)載RL組成，該電路的作用是將輸入側(cè)的直流電Ud轉(zhuǎn)換為輸出負(fù)載RL側(cè)的交流電。在正式分析電路前，需要注意以下幾點(diǎn)：由于兩個(gè)電容的參數(shù)一致，因此兩個(gè)電容的連接點(diǎn)b點(diǎn)便是輸入側(cè)直流電源Ud的中點(diǎn)，可以推出a點(diǎn)電壓為Ud，b點(diǎn)電壓為Ud/2，c點(diǎn)電壓為0?V，標(biāo)出這幾個(gè)點(diǎn)的電壓便于后續(xù)判斷電阻電感負(fù)載RL側(cè)的輸出電壓。在電路正常工作時(shí)，絕緣柵雙極型晶體管V1和V2不能同時(shí)施加導(dǎo)通信號(hào)，否則V1和V2同時(shí)導(dǎo)通，會(huì)導(dǎo)致輸入側(cè)直流電源Ud短路，因此V1、V2的導(dǎo)通信號(hào)必須是互補(bǔ)的。同時(shí)，為了方便判斷電阻電感負(fù)載RL側(cè)輸出電壓的正負(fù)情況，規(guī)定負(fù)載RL側(cè)電壓、電流的正方向均為從右側(cè)流向左側(cè)。將電路分為4個(gè)區(qū)間來分析，分別是t1～t2區(qū)間、t2～t3區(qū)間、t3～t4區(qū)間、t4～t5區(qū)間，在這幾個(gè)區(qū)間內(nèi)通過控制絕緣柵雙極型晶體管V1和V2的通斷，將輸入側(cè)的直流電壓Ud轉(zhuǎn)換為輸出負(fù)載側(cè)的交流電壓uo。電壓型單相半橋逆變電路的工作情況分析可總結(jié)至表4.1中。圖4.8所示是電壓型單相半橋逆變電路穩(wěn)定工作后的波形圖，可見t1～t2區(qū)間、t2～t3區(qū)間、t3～t4區(qū)間、t4～t5區(qū)間中，輸出負(fù)載RL側(cè)的交流電壓uo和電流io的波形。半橋逆變電路的優(yōu)點(diǎn)是使用的器件少，只需要使用2個(gè)絕緣柵雙極型晶體管V1、V2以及2個(gè)二極管VD1、VD2，但在電路工作時(shí)需要保持2個(gè)電容器電壓均衡，同時(shí)電阻電感負(fù)載RL兩端電壓uo的幅值僅為Ud/2，輸入直流電源電壓利用率偏低，適用于小功率逆變器。4.2.2電壓型單相全橋逆變電路電壓型單相全橋逆變電路的結(jié)構(gòu)如圖4.9所示，屬于無源逆變。在該電路中，絕緣柵雙極型晶體管V1、V4組成一個(gè)橋臂，V2、V3組成另外一個(gè)橋臂，V1和V2不能同時(shí)導(dǎo)通，否則會(huì)造成輸入側(cè)直流電壓源短路，同理V3和V4也不能同時(shí)導(dǎo)通。為便于判斷輸出電阻電感負(fù)載RL側(cè)電壓的正負(fù)情況，本電路中規(guī)定負(fù)載RL側(cè)電壓、電流的正方向均為從左側(cè)向右側(cè)。電壓型單相全橋逆變電路的工作情況分析可總結(jié)至表4.2中。圖4.10所示是電壓型單相全橋逆變電路穩(wěn)定工作后的波形圖，可見t1～t2區(qū)間、t2～t3區(qū)間、t3～t4區(qū)間、t4～t5區(qū)間中，輸出負(fù)載RL側(cè)的交流電壓uo和電流io的波形。4.2.3電壓型單相全橋逆變電路移相調(diào)壓電壓型單相全橋逆變電路移相調(diào)壓電路的結(jié)構(gòu)如圖4.11所示，屬于無源逆變，該電路和電壓型單相全橋逆變電路一致，但在控制4個(gè)絕緣柵雙極型晶體管通斷的時(shí)間上有所區(qū)別，該電路的作用是將輸入側(cè)的直流電Ud轉(zhuǎn)換為輸出負(fù)載RL側(cè)的交流電uo，且能夠通過移相調(diào)壓方式調(diào)節(jié)該輸出交流電壓uo的取值。在移相調(diào)壓的電路中，V1和V4的導(dǎo)通時(shí)刻有一定的相位差，V2和V3的導(dǎo)通時(shí)刻也有一定的相位差，且為保證輸出電壓、電流波形規(guī)律，這兩組管的相位差相等。需要注意的是，在設(shè)置相位差的時(shí)候，V1和V2不能同時(shí)導(dǎo)通，V3和V4也不能同時(shí)導(dǎo)通，否則會(huì)造成直流輸入側(cè)Ud短路。為便于判斷輸出電阻電感負(fù)載RL側(cè)電壓的正負(fù)情況，本電路中規(guī)定負(fù)載RL側(cè)電壓、電流的正方向均為從左側(cè)向右側(cè)。電壓型單相全橋逆變電路移相調(diào)壓的工作情況分析可總結(jié)至表4.3中。由以上分析可得，在t0～t1區(qū)間、t1～t2區(qū)間、t2～t3區(qū)間、t3～t4區(qū)間、t4～t5區(qū)間、t5～t6區(qū)間中負(fù)載RL側(cè)的電壓uo、電流io的波形如圖4.12所示。5.1降壓斬波電路

5.2升壓斬波電路

5.3升降壓斬波電路

5.4Cuk斬波電路

5.5Zeta斬波電路

5.6

Sepic斬波電路

5.7多相多重?cái)夭娐?.1降壓斬波電路降壓斬波電路的結(jié)構(gòu)如圖5.1所示，該電路由輸入側(cè)直流電壓源Ｅ、全控型器件絕緣柵雙極型晶體管Ｖ、續(xù)流二極管VD、電阻電感負(fù)載RL組成?？刂圃撾娐穼?dǎo)通的關(guān)鍵器件為絕緣柵雙極型晶體管，將該器件看作理想元器件，即關(guān)斷的時(shí)候器件阻值為無窮大，導(dǎo)通的時(shí)候器件阻值為0?Ω，將絕緣柵雙極型晶體管導(dǎo)通的區(qū)間標(biāo)注為ton，關(guān)斷的區(qū)間標(biāo)注為toff，一個(gè)周期看作T?=?ton?+?toff。在第一個(gè)周期內(nèi)，當(dāng)絕緣柵雙極型晶體管導(dǎo)通時(shí)，二極管VD承受反向電壓處于關(guān)斷狀態(tài)，電路中電流的流向?yàn)檩斎雮?cè)直流電壓源E的正極→絕緣柵雙極型晶體管→電阻電感負(fù)載RL→輸入側(cè)直流電壓源的負(fù)極，電阻電感負(fù)載RL兩端的電壓等于輸入側(cè)直流電壓源的電壓，即uo?=?E。當(dāng)絕緣柵雙極型晶體管關(guān)斷時(shí)，電阻電感負(fù)載中的電感發(fā)出能量，起到阻止電流突變的作用，電流流通方向?yàn)殡娮桦姼胸?fù)載RL→二極管VD→電阻電感負(fù)載RL，即二極管VD起到續(xù)流的作用，此刻電阻電感負(fù)載RL兩端的電壓uo?=?0?V。根據(jù)上述分析，可以得出降壓斬波電路的輸出電壓波形如圖5.2所示。根據(jù)波形圖可計(jì)算得出輸出電壓uo的平均值為其中，α為占空比，α?=?ton?/?T。5.2升壓斬波電路升壓斬波電路的結(jié)構(gòu)如圖5.3所示，該電路由輸入側(cè)直流電壓源E、電感L、全控型器件絕緣柵雙極型晶體管V、二極管VD、電容C、電阻R組成。將絕緣柵雙極型晶體管導(dǎo)通的區(qū)間標(biāo)注為ton，關(guān)斷的區(qū)間標(biāo)注為toff，一個(gè)周期看作T?=?ton?+?toff。由于本電路的波形是周期性變化的，故只需對(duì)其一個(gè)周期的狀態(tài)進(jìn)行分析，且電感L、電容C的取值很大。當(dāng)絕緣柵雙極型晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電流有兩路，第一路電流流向?yàn)檩斎雮?cè)直流電壓源E正極→電感L→絕緣柵雙極型晶體管→輸入側(cè)直流電壓源E負(fù)極，電壓源E向電感L充電，由于電感取值較大，可以將流過電感L的電流看作基本無波動(dòng)的恒定取值I1，在該區(qū)間內(nèi)電感L吸收的電能為P1?=?EI1ton。第二路電流流向?yàn)殡娙軨→電阻R的回路，由于電容C取值較大，可將負(fù)載輸出電壓看作恒定值Uo。當(dāng)絕緣柵雙極型晶體管處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，電流的流向?yàn)檩斎雮?cè)直流電壓源E正極→電感L→二極管VD→電容C、電阻R→輸入側(cè)直流電壓源E負(fù)極，此刻輸入側(cè)直流電壓源E和電感L發(fā)出能量，由于電感L取值較大，電路中的電流仍可取為先前的電流值I1，在該區(qū)間內(nèi)電感L所放出的能量P2?=?(Uo?-?E)I1toff，由于電容C取值較大，負(fù)載輸出電壓仍為恒定值Uo。根據(jù)上述分析，可以得出升壓斬波電路的輸出電壓波形如圖5.4所示。根據(jù)一個(gè)周期內(nèi)電感L吸收和放出的能量相等的原理(P1?=?P2)，可計(jì)算得出輸出電壓uo的平均值為5.3升降壓斬波電路升降壓斬波電路的功能是，在滿足某一條件下可以實(shí)現(xiàn)升壓功能，在滿足另一條件下可以實(shí)現(xiàn)降壓功能，具體條件將在下文中進(jìn)行介紹。升降壓斬波電路由以下幾個(gè)部分組成：輸入側(cè)直流電壓源E、全控型器件絕緣柵雙極型晶體管V、電感L、二極管VD、電容C、電阻R。電路結(jié)構(gòu)如圖5.5所示，圖中電阻電容RC儲(chǔ)存的電壓方向?yàn)樯县?fù)下正(即負(fù)載電壓和電源電壓的方向相反)，該電路又稱為反極性斬波電路。在分析該電路的工作原理時(shí)，將絕緣柵雙極型晶體管導(dǎo)通的區(qū)間標(biāo)注為ton，關(guān)斷的區(qū)間標(biāo)注為toff，一個(gè)周期為兩者之和。由于本電路的波形是周期性變化的，故只需分析一個(gè)周期的工作狀態(tài)，且電感L、電容C的取值很大。本次電路觀測圖5.5中標(biāo)注的i1和i2的波形情況。當(dāng)絕緣柵雙極型晶體管導(dǎo)通時(shí)，即在ton的區(qū)間內(nèi)，電路中的電流流向?yàn)椋狠斎雮?cè)直流電壓源E正極→絕緣柵雙極型晶體管→電感L→輸入側(cè)直流電壓源E負(fù)極。此刻電感L正在吸收能量，假定L的取值較大，此刻電路中的電流i1可以看為一個(gè)恒定的數(shù)值，假定為I，在波形圖中即可在ton的區(qū)間內(nèi)將i1波形畫為一條直線，而此刻i2的取值為0?A。當(dāng)絕緣柵雙極型晶體管關(guān)斷時(shí)，即在toff的區(qū)間內(nèi)，電路中的電流流向?yàn)椋弘姼蠰→電容C、電阻R→二極管VD→電感L。根據(jù)該通路可得到此刻i1的取值為0?A，而由于電感取值較大，阻止電流突變，因此電路中的電流可看成和剛才的電流一致，取值為I，因此在波形圖中可在toff的區(qū)間內(nèi)將i1畫為0?A，i2畫為取值等于I的一條直線。根據(jù)上述分析，可得升降壓斬波電路的輸出電流波形如圖5.6所示。根據(jù)穩(wěn)態(tài)時(shí)電感L在一個(gè)周期內(nèi)兩端電壓對(duì)時(shí)間的積分為0，推導(dǎo)可得升降壓斬波電路的輸出電壓公式為其中，占空比α?=?ton/T，當(dāng)α的取值在0～0.5時(shí)，可計(jì)算得出Uo＜E，此刻電路實(shí)現(xiàn)降壓功能；當(dāng)α的取值在0.5～1時(shí)，可計(jì)算得出Uo＞E，此刻電路實(shí)現(xiàn)升壓功能。所以該電路被稱為升降壓斬波電路，只需要調(diào)整占空比α的取值，便可選擇實(shí)現(xiàn)升壓或者降壓的功能。5.4Cuk斬波電路Cuk斬波電路的結(jié)構(gòu)如圖5.7所示，由以下幾個(gè)部分組成：輸入側(cè)直流電壓源E、全控型器件絕緣柵雙極型晶體管V、電感L1和L2、二極管VD、電容C、電阻負(fù)載R。電容儲(chǔ)存能量的電壓方向?yàn)樽笳邑?fù)。當(dāng)絕緣柵雙極型晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電流的流向有兩條通路，分別為：輸入側(cè)直流電壓源E正極→電感L1→絕緣柵雙極型晶體管V→輸入側(cè)直流電壓源E負(fù)極；電容C→絕緣柵雙極型晶體管V→電阻R→電感L2。當(dāng)絕緣柵雙極型晶體管處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，電流也有兩條通路，分別為：輸入側(cè)直流電壓源E正極→電感L1→電容C→二極管VD→輸入側(cè)直流電壓源E負(fù)極；電感L2→二極管VD→電阻R。根據(jù)穩(wěn)態(tài)時(shí)電容C的電流在一周期內(nèi)平均值為0，推導(dǎo)可得Cuk斬波電路的輸出電壓公式為5.5Zeta斬波電路Zeta斬波電路的結(jié)構(gòu)如圖5.8所示，該電路由輸入側(cè)直流電壓源