现代电源变换技术2

1、现代电源变换技术,主讲人：,马瑞卿,2014.9.22,第三讲,:,基本,PWM,变换器主电路拓扑,?,开关电源的,PWM,控制,在采样控制理论中有一个重要的结论：冲量相等,而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上，其效果,基本相同。,随着电力电子技术的发展，绝大多数电源采用,PWM,开关方式控制，难怪电源界专家公认,PWM,技术,是当今电力电子技术应用和现代开关电源电机控制技,术的核心。,PWM,占空比为：,t,?,?,t,/,T,T,第三讲,:,基本,PWM,变换器主电路拓扑,?,三种方法都可改变,PWM,占空比的大小：,（,1,）定宽调制法；,（,2,）调宽调频法,；,（,3,）定频调宽法

2、。,U,i,0,U,d,U,i,DCM,D,1,0,?,t,U,0,V,1,U,d,D,2,T,t,1,t,2,直流电机,PWM,调速控制,?,t,原理和电压波形图,如右,图,第三讲,:,基本,PWM,变换器主电路拓扑,?,电感负载及其电流的连续性,因为变压器绕组为电感性负载保证了电流的连续,性，不论电源是交流还是直流脉冲，这一观点不会改,变，所以上说,PWM,斩波调制控制是目前各种逆变控,制理论的主旋律。,u,(,t,),i,(,t,),R,L,+,D,1,Q,1,+,U,d,_,E,_,PWM,t,1,t,2,0,T,t,第三讲,:,基本,PWM,变换器主电路拓扑,一、典型变换器,（,1,

3、）,降压式（,Buck,）变换器,降压式（,Buck,）变换器是一种输出电压等于或小于输,入电压的单管非隔离直流变换器。,（,2,）升压式（,Boost,）变换器,Boost,变换器是一种输出电压高于输入电压的单,管不隔离直流变换器，所有电力电子器件及元件和,Buck,变换器的相同，仅电路拓扑结构不同。,（,3,）升降压（,Buck/Boost,）变换器,Buck/Boost,变换器是输出电压,V,o,既可以低于也可以高于,输入电压,V,s,的单管不隔离直流变换器，其主电路与,Buck,和,Boost,变换器的元件相同。,（,4,）,Cuk,变换器,由于,Buck/Boost,变换器的电感,L

4、,在中间，所以输入,和输出电流的脉动都很大，针对,Buck/Boost,变换器的,这个缺点，美国加州理工学院,Slobodan.Cuk,教授提出,了单管,Cuk,变换器，该变换器在输入端和输出端均有,电感，从而显著的减少了输入和输出电流的脉动。,（,5,）,Zeta,变换器,Zeta,变化器和,Cuk,变换器相似，也有两个电感,L,1,和,L,2,，一个能量储存和传输电容,C,1,，不同的是输出电压极,性和输入电压极性相同。它的特点是左半部分类似于,Buck/Boost,变换器，右半部分类似于,Buck,变化器，中,间由电容,C,1,耦合。,（,6,）,Sepic,变换器,Sepic,变换器也

5、是正输出变换器，即输出电压极,性和输入电压极性相同。与,Zeta,变化器相比，,Sepic,变换器是将,Zeta,变换器的,T,和,L,1,的位置对调，将,L,2,和,D,的位置对调。,二、具有隔离的直流变换器,具有隔离的直流变化器也可以按单管、双管和,四管分类：,（,1,）单管隔离直流变换器有,正激（,Forward,）,反激（,Flyback,）,（,2,）双管隔离变换器有,推挽（,Push,Pull,）,半桥（,Half,bridge,）。,当然也有双管,Forward,变换器和双管,Flyback,变,换器，这两种变换器的工作原理和单管构成的变,换器工作原理基本相同。而四管隔离直流变换

6、器,只有桥式（,Full,bridge,）一种。,（,1,）正激（,Forward,）变换器,Forward,变换器实际上是降压式,Buck,变换器中,插入隔离变压器而成,。,正激直流变换器变压器铁心的磁复位有多种,方式，在输入端接输入绕组是最基本的方法，复,位绕组也可以接在输出端，其次还有,RCD,复位，,LCD,复位和有源箝位等磁复位方法。,（,1,）正激（,Forward,）变换器,开关管,T,按,PWM,控制方式工作，,D,1,是输出整流二,极管，,D,2,是续流二极管，,L,是输出滤波电感，,C,是输,出滤波电容。变压器有三个绕组，原边绕组,W,1,，副边,绕组,W,2,，复位绕组,

7、W,3,，图中绕组符号标有“,*,”的一,端，表示该端绕组的起始端。,D,3,是复位绕组,W,3,的串,联二极管。,（,2,）反激（,Flyback,）变换器,它由开关管,T,、整流二级管,D,1,、电容,C,和变压器构成。开关管,T,按,PWM,方式工作。变压器有两个绕组：原边绕组,W,1,和副边绕组,W,2,，两个绕组要紧密耦合。,Flyback,的变压器和,Forward,的变压器有本,质的不同，前者实际上,是耦合电感，用普通导,磁材料铁心时必须有气,隙，以保证在最大负载,电流时铁心不饱和。,Flyback,变换器由于电,路简洁，所用元器件少，,适合于多输出场合使用。,（,2,）反激（,

8、Flyback,）变换器,?,和,Boost,变换器一样，,Flyback,变换器也有电流连续和断,续两种工作方式。和,Boost,变换器不同的是电流连续和,断续的含义不同。,变换器只有一个电感，,Flyback,Boost,变换器是耦合电感，对原边绕组,W,1,的自感,L,1,来讲，它的电流不可能连续，,因为,T,断开后其电流必然为零，但这,时必在副边绕组,W,2,的自感,L,2,中引起电,流，故对,Flyback,变换器来说，电流,连续是指变压器两个绕组的合成安匝,在一个开关周期中不为零，而电流断,续是指合成安匝在,T,截至期间有一段,时间为零。,（,3,）推挽（,Push,pull,）变

9、换器,推挽变换器由推挽逆变器和输出整流、滤波电路构成。推挽,逆变器将直流电转换为交流电，输出整流、滤波电路再将交流电,变为直流电，故推挽变换器属于直流交流直流变换器。由于,直交变换提高了工作效率，故变压器和输出滤波器的体积均可减,小。,（,3,）推挽（,Push,pull,）变换器,?,该变换器也可成为逆,变器，逆变器由具有,中心抽头的变压器、,两只开关管,T,1,和,T,2,与,两只二极管,D,1,和,D,2,构,成，是完全对成的结,构，且,T,1,和,T,2,的发射,极接电源负极，驱动,十分方便，不必隔离。,变压器两个原边绕组,匝数相等，即,W,11,W,12,W,1,，副边绕组,匝数为,

10、W,2,。,（,4,）半桥（,Half,bridge,）直流变换器,推挽直流变换器开关管的电压是电源电压的两,倍，因而大多用于电源电压较低的场合。半桥变换,器则不同，开关管承受的电压为电源电压，故可在,电源电压较高的场合使用。,半桥变换器是,由半桥逆变器、高频,变压器和输出整流滤,波器电路组合而成的，,因此也属于直流交,流直流变换器。,（,4,）半桥（,Half,bridge,）直流变换器,?,半桥逆变器的主电路图，由两个相等的电容,C,1,和,C,2,构成一个,桥,臂，开关管,T,1,和,T,2,及其续流二极管,D,1,和,D,2,构成另一个桥臂，两桥,臂的中点,A,和,B,为输出端，可以通

11、过改变变压器输出，也可以由,这两端直接输出。因为电容,C,1,C,2,容量较大，故,V,C1,V,C2,1/2U,s,，,中点,B,的电位基本不变，为,V,B,=,1/2U,s,。,A,点的电位则取决于器件,的工作情况。,?若,T,1,导通，则,V,AB,1/2U,s,若,T,2,导通，则,V,AB,1/2U,s,。所以变压器副,边空载输出电压,U,0,为一,小于,180,?,电角的方波交流,电，宽度等于,T,on,，,T,on,为,T,1,和,T,2,的导通时间。,U,0,的,频率等于开关频率。,（,5,）全桥（,Full,bridge,）变换器,全桥直流变换器由全桥逆变器、高频变压器和输出,整流滤波电路组成，也属于直流交流直流变换,器。,（,5,）全桥（,Full,bridge,）变换器,?,由四