8 直流斬波電路(2).ppt

1、第八章 直流斬波電路,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 電力晶體管斬波電路 第三節(jié) 晶閘管斬波電路 本章小結(jié),第一節(jié) 概述,將直流電變換成另一固定電壓或可調(diào)電壓的直流電對應電路稱為直流斬波電路（DC Chopper） ，又稱直流-直流變換電路（DC/DC Converter），實現(xiàn) DC/DC變換。,圖8-2 直流斬波器的工作原理,（8-1）,根據(jù)改變輸出電壓大小的方法可以分為脈沖寬度調(diào)制（PWM）、 脈沖頻率調(diào)制（PFM）和混合調(diào)制三種。 脈沖寬度調(diào)制：改變ton而保持通斷周期T不變，稱為脈沖寬度 調(diào)制（PWM）。 脈沖頻率調(diào)制：保持ton不變而改變通斷周期T，稱為脈沖頻率調(diào)制（PFM）。 混合調(diào)制：對

2、脈沖頻率與寬度綜合調(diào)制，即同時改變ton和T，稱為混合調(diào)制。 根據(jù)輸出電壓與輸入電壓大小關(guān)系，可以分為降壓型（Buck）、 升壓型（Boost）和升降壓型三種基本類型。 降壓型：UoE。 升壓型：Uo E。 升降壓型： Uo E、 Uo E 或Uo = E 。,第一節(jié) 概述,第二節(jié) 電力晶體管斬波電路,一、降壓（Buck）型變換電路,圖8-3 降壓型變換電路,電路構(gòu)成 使用一個全控型器件V，圖中為GTR，若采用晶閘管，需設置使晶閘管關(guān)斷的輔助電路。 電感L和電容C為輸出端濾波電路，將脈沖波變成紋波較小的直流波。 設置了續(xù)流二極管VD，在V關(guān)斷時給負載中電感電流提供通道。 阻性負載，主要用于電子

3、電路的供電電源。 波形分析 ton期間 :V導通 , VD截止 , 電源E向負載供電，uA=E，負載電流iL按指數(shù)曲線上升。 toff期間 : V關(guān)斷，VD導通續(xù)流，uA=0 ，負載電流呈指數(shù)曲線下降。,第二節(jié) 電力晶體管斬波電路,一、降壓（Buck）型變換電路,基本數(shù)量關(guān)系 電感L兩端的電壓為： 電感L的電流iL，在穩(wěn)態(tài)運行時，一個周期內(nèi)的增量和減量相等，即： 輸出直流電壓為：,輸出電流平均值為：,（8-5）,（8-4）,（8-3）,（8-2）,其中d=ton/T稱為占空比,第二節(jié) 電力晶體管斬波電路,二、升壓（Boost ）型變換電路,它由電力晶體管V，儲能電感L，升壓二極管VD和濾波電容

4、C組成。,波形分析 ton期間 :V導通 , VD截止 , uA=0，負載電流iL按指數(shù)曲線上升。 toff期間 : V關(guān)斷，VD導通 ，uA=Uo ，負載電流按指數(shù)曲線下降。,圖8-4 升壓型變換電路,第二節(jié) 電力晶體管斬波電路,二、升壓（Boost ）型變換電路,基本數(shù)量關(guān)系 電感L兩端的電壓為： 電感L的電流iL，在穩(wěn)態(tài)運行時，一個周期內(nèi)的增量和減量相等，即： 輸出直流電壓為：,輸出電流平均值為：,（8-7）,（8-3）,（8-6）,第二節(jié) 電力晶體管斬波電路,三、升降壓型變換電路,也稱反極性變換器，它的Uo與E極性相反，輸出電壓既可低于、也可以 高于輸入電壓。,波形分析 ton期間 :

5、V導通 , VD截止 , uA=E，負載電流iL按指數(shù)曲線上升。 toff期間 : V關(guān)斷，VD導通 ，uA=-Uo ，負載電流按指數(shù)曲線下降。,圖8-5升降壓型變換電路,第二節(jié) 電力晶體管斬波電路,三、升降壓型變換電路,基本數(shù)量關(guān)系 電感L兩端的電壓為： 電感L的電流iL，在穩(wěn)態(tài)運行時，一個周期內(nèi)的增量和減量相等，即： 輸出直流電壓為：,輸出電流平均值為：,（8-9）,（8-3）,（8-8）,第三節(jié) 晶閘管斬波電路,一、降壓斬波電路,電路構(gòu)成 使用晶閘管做主開關(guān)，需設置使晶閘管關(guān)斷的輔助電路。 CH為帶有換相關(guān)斷電路的主開關(guān)。 電感L為平波電抗器和電樞電感等效電感。 VD為續(xù)流二極管，在CH

6、關(guān)斷時給負載中電感電流提供通道。 直流電動機負載，Em為直流電動機反電勢，R為電樞電阻。廣泛應用于電車、地鐵、礦山、搬運車等電氣機車上所用直流電動機的牽引傳動。 工作原理 電流連續(xù)工作狀態(tài)（電感L足夠大，圖8-6b）,第三節(jié) 晶閘管斬波電路,一、降壓斬波電路, ton期間 :CH導通 , VD截止 ，uo=E，負載電流io按指數(shù)曲線上升。 toff期間 : CH關(guān)斷，VD續(xù)流，uo=0 ，負載電流呈指數(shù)曲線下降。 負載端直流輸出電壓和電流的平均值：,（8-10）,（8-11）,負載電流的最小值Iomin和最大值Iomax：,（8-16）,（8-17）,第三節(jié) 晶閘管斬波電路,一、降壓斬波電路,

7、（8-21）,電流斷續(xù)工作狀態(tài)（ txtoff ，圖8-6c）,如果L值較小或開關(guān)周期T較大，當負載電流按指數(shù)規(guī)律下降到tx時，負載電流已衰減到零。 ton期間 :CH導通 , VD截止 ，uo=E，負載電流io按指數(shù)曲線上升。 toff期間 : CH關(guān)斷，VD導通續(xù)流，uo=0 ，負載電流呈指數(shù)曲線下降。 toff -tx期間 ： CH關(guān)斷, VD截止 ，uo=Em，負載電流io=0。 負載端直流輸出電壓和電流的平均值：,（8-20）,（8-22）,第三節(jié) 晶閘管斬波電路,二、升壓斬波電路,升壓斬波電路多用于直流電動機再 生制動時把電能反送到直流電源的電 路中。和降壓斬波電路一樣，升壓斬 波

8、電路也有電動機電樞電流連續(xù)和斷 續(xù)兩種狀態(tài)。 工作原理 電流連續(xù)工作狀態(tài)（電感L足夠 大，圖8-7b）, ton期間 :CH導通 , VD截止 ，uo=0，負載電流io按指數(shù)曲線上升。 toff期間 : CH關(guān)斷，VD續(xù)流，uo=E ，負載電流呈指數(shù)曲線下降。,第三節(jié) 晶閘管斬波電路,二、升壓斬波電路,負載端直流輸出電壓和電流的平均值：,（8-23）,（8-24）,負載電流的最小值Iomin和最大值Iomax：,（8-29）,（8-30）,第三節(jié) 晶閘管斬波電路,二、升壓斬波電路,（8-32）,電流斷續(xù)工作狀態(tài)（ txtoff ，圖8-7c）,如果L值較小或開關(guān)周期T較大，當負載電流按指數(shù)規(guī)律

9、下降到tx時，負載電流已衰減到零。 ton期間 :CH導通 , VD截止 ，uo=0，負載電流io按指數(shù)曲線上升。 toff期間 : CH關(guān)斷，VD導通續(xù)流，uo=E ，負載電流呈指數(shù)曲線下降。 toff -tx期間 ： CH關(guān)斷, VD截止 ，uo=Em，負載電流io=0。 負載端直流輸出電壓和電流的平均值：,（8-31）,（8-33）,第三節(jié) 晶閘管斬波電路,三、復合斬波電路,斬波電路用于拖動直流電動機時，常常需要使電動機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，電動運行和再生制動運行。把電樞電壓和電流的正負用四象限來表示，如圖8-8所示。 降壓式斬波電路工作在第一象限，負載平均電壓Uo和電流Io都是正的，功率流向是從

10、電源到負載，直流電動機處于電動運行狀態(tài)。 升壓式斬波電路工作在第二象限，負載平均電壓Uo為正，但電流Io為負，故功率流向是從負載到電源，直流電動機處于再生制動狀態(tài)。,第三節(jié) 晶閘管斬波電路,三、復合斬波電路,電流可逆斬波電路（圖8-9）,電路結(jié)構(gòu)（圖8-9a） 降壓斬波電路與升壓斬波電路組合，電動機的電樞電流可正可負，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（電壓為正時）。 CH1和VD1構(gòu)成降壓斬波電路，電動機為電動運行，工作于第一象限。 CH2和VD2構(gòu)成升壓斬波電路，電動機作再生制動運行，工作于第二象限 。 必須防止CH1和CH2同時導通而導致電源短路。 工作過程 兩種工作情

11、況：只作降壓斬波運行和只作升壓斬波運行。（圖8-9b、c ） 第3種工作方式：一個周期內(nèi)交替地作為降壓斬波電路和升壓斬波電路工作。（圖8-9d） 第3種工作方式下，當一種斬波電路電流斷續(xù)而為零時，使另一個斬波電路工作，讓電流反方向流過，這樣電動機電樞回路總有電流流過。 一個周期內(nèi)，電流不斷，響應很快。,第三節(jié) 晶閘管斬波電路,三、復合斬波電路,第三節(jié) 晶閘管斬波電路,三、復合斬波電路,橋式可逆斬波電路（圖8-10）,將兩個電流可逆斬波電路組合起來，分別向電動機提供正向和反向電壓，使電動機可以4象限運行。 工作過程 如CH1、CH2交替通斷，而CH4常通、CH3常斷，則Uo為正，電動機正轉(zhuǎn)；而C

12、H3常通、CH4常斷，則Uo為負，電動機反轉(zhuǎn)。在這種控制方式下，電動機向一個方向旋轉(zhuǎn)，斬波器輸出為某一極性電壓，稱為單極性式。,將四只斬波部件分為CH1、CH4和CH2、CH3兩組，同組兩只管子同時導通和關(guān)斷，而兩組斬波部件交替工作，則在一個周期內(nèi)，Uo正負相間，這種控制方式稱為雙極性式。,第三節(jié) 晶閘管斬波電路,四、晶閘管換流電路,本章小結(jié),直流斬波電路實現(xiàn)了DC-DC變換，廣泛應用于電氣車輛、蓄電池充 電和開關(guān)電源等設備。直流斬波電路類型很多，最基本有降壓型和升 壓型兩種。為保持斬波器的輸出電壓穩(wěn)定，通常采用占空比控制技 術(shù)。改變占空比的方法有脈寬調(diào)制（PWM）、脈頻調(diào)制（PFM）和 混合調(diào)制三種，其中PWM是最常用的一種。 主講了由電力晶體管構(gòu)成的降壓型