版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1、 变压器隔离的直流变压器隔离的直流/ /直流变换器直流变换器复合斩波电路复合斩波电路基本的直流斩波电路基本的直流斩波电路直流直流PWMPWM控制技术基础控制技术基础第第3 3章章 DC/DCDC/DC变换电路变换电路 引言引言l直流斩波电路(直流斩波电路(DC chopperDC chopper): :将直流电变将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。为另一固定电压或可调电压的直流电。l电路种类:电路种类: 基本斩波电路基本斩波电路-降压斩波电路,升压斩波电路,升降压降压斩波电路,升压斩波电路,升降压斩波电路,库克斩波电路斩波电路,库克斩波电路 复合斩波电路复合斩波电路不同结构基本斩波电路
2、组合不同结构基本斩波电路组合 多相多重斩波电路多相多重斩波电路相同结构基本斩波电路组合相同结构基本斩波电路组合 变压器隔离变压器隔离DC/DCDC/DC变换电路变换电路单端正激单端正激/ /反激变换器反激变换器l 理解理解PWMPWM技术技术基本思想基本思想l 掌握基本掌握基本DC/DCDC/DC变换电路(降压,升压,变换电路(降压,升压,升降压,库克变换电路)的升降压,库克变换电路)的电路结构电路结构/ /原原理理/ /主要数量关系主要数量关系l 了解复合斩波电路及变压器隔离变换电路了解复合斩波电路及变压器隔离变换电路的的工作原理和特点工作原理和特点3.13.1直流直流PWMPWM控制技术基
3、础控制技术基础3.1.1 直流变换的基本原理及直流变换的基本原理及PWM概念概念 定义上述电路中占空比定义上述电路中占空比D为为 offononsontttTtD输出电压的平均值为输出电压的平均值为 ddTSondSODUUTtdtUTUS01 通过改变占空比通过改变占空比D D的大小,就可以改变输出电压平均值大小。的大小,就可以改变输出电压平均值大小。(1)(1)脉冲宽度调制脉冲宽度调制(PWM)(PWM):维持维持TS不变,改变不变,改变ton。 输出电压波形周期不变,仅改变脉冲宽度。输出电压波形周期不变,仅改变脉冲宽度。(2)(2)脉冲频率调制脉冲频率调制(PFM)(PFM):维持维持t
4、on不变,改变不变,改变TS。 改变改变T TS S就改变了输出电压周期或频率。就改变了输出电压周期或频率。(3)(3)混合脉冲宽度调制:混合脉冲宽度调制:同时改变同时改变ton、TS。 PWMPWM的基本理论的基本理论冲量指窄脉冲的面积冲量指窄脉冲的面积指环节的输出响应波形基本相同指环节的输出响应波形基本相同3.1.2 PWM技术基础技术基础 1面积等效原理面积等效原理PWM应用的理论基础应用的理论基础 图3-2 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲图图3-3 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形冲量相同的各种窄脉冲的响应波形RL 根据面积等效原理,将平均值为根据面积等效原理,将平均值为u up p的一
5、系列幅值相等而宽的一系列幅值相等而宽度不相等的度不相等的脉冲加到包含惯性环节负载上,将与施加幅值加到包含惯性环节负载上,将与施加幅值为为u up p的的恒定直流电压所得结果基本相同,这样一来就,这样一来就可用一列脉冲波形代替直流波形。3.1.2 PWM技术基础技术基础 2直流直流PWM波形的生成方法波形的生成方法 计算法计算法调制法调制法3.23.2基本的直流斩波电路基本的直流斩波电路 3.2.1 降压斩波电路(Buck Chopper)l 定义:降压变换电路输出电压的平均值低于输入直流电压。 l 典型用途:主要用于电子电路的供电电源,也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等(这两种都含反电动势)。
6、l 电路结构: l 工作原理 t=0时刻驱动时刻驱动T导通导通,电源,电源Ud向负载供电,负载电压向负载供电,负载电压uo= Ud -uL,负载电流,负载电流io按指数曲按指数曲线上升。线上升。 t=DTs时控制时控制T关断关断,二极管,二极管VD续流,负载电压续流,负载电压uo近似为零近似为零,负载电流呈指数曲线下降负载电流呈指数曲线下降 通常串接较大电感通常串接较大电感L使负载电使负载电流连续且脉动小。流连续且脉动小。 图3-5降压斩波电路及其波形图l 基本的数量关系 电流连续时电流连续时l负载电压的平均值为负载电压的平均值为 ddSonTttdSToSoDUUTtdtdtUTdttuTU
7、SononS01)(100式中,式中,ton为为V处于通态的时间,处于通态的时间,toff为为V处于断态的时处于断态的时间,间,Ts为开关周期,为开关周期, D为导通占空比为导通占空比(或导通比或导通比)。 3.2.1 降压斩波电路(Buck Chopper)3.2.2升压变换电路 Boost电路 l 定义:升压变换电路输出电压的平均值高于输入直流电压。 典型用途:一是用于直流电动机传动,二是用作单相功率因数校正(Power Factor CorrectionPFC)电路,三是用于其他交直流电源中。 储存电能储存电能保持输出电压保持输出电压l 电路结构: 3.2.2升压变换电路 Boost电路
8、 l 工作原理 假设假设L和和C值很大。值很大。 T处于处于断态断态时,电源时,电源Ud和电感和电感L同时向电容同时向电容C充充电,并向负载提供能量。电,并向负载提供能量。 T处于处于通态通态时,电源时,电源Ud向电感向电感L充电,电流恒定充电,电流恒定IL,电容,电容C向负载向负载R供电,供电,输出电压输出电压Uo恒定。恒定。3.2.2升压变换电路 Boost电路 l 基本的数量关系 当电路工作于稳态时,一个周当电路工作于稳态时,一个周期期T中电感中电感L积蓄的能量与释放的积蓄的能量与释放的能量相等,即能量相等,即 DUUtttUddoffoffono1DUUtttUddoffoffono1
9、将升压比的倒数记作将升压比的倒数记作,即,即 ,则,则 和导通占空比和导通占空比D有如下关系有如下关系 Ttoff1D输出电压高于电源电压的两个关键原因:一是L 储能之后具有使电压泵升的作用,二是电容C 可将输出电压保持住。 3.2.2升压变换电路 Boost电路 3.2.2升压变换电路 Boost电路 直流电动机回馈能量的升压斩波电路直流电动机回馈能量的升压斩波电路典型应用典型应用 以用于直流电动机传动为例 在直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源。 直流电源的电压基本是恒定的,不必并联电容器。3.2.3 升降压变换电路 Buck-boost电路 l 定义:输出电压平均值可以大于或小于输入
10、直流电压,输出电压与输入电压极性相反。l 电路结构: l 工作原理 假设假设L和和C值很大。值很大。 T导通导通时,电源时,电源Ud经经T向向L供电使其供电使其贮能,此时电流为贮能,此时电流为il,同时,同时C维持输出电维持输出电压恒定并向负载压恒定并向负载R供电。供电。 T关断关断时,时,L的能量向负载释放,电的能量向负载释放,电流为流为i2,负载电压极性为上负下正,与,负载电压极性为上负下正,与电源电压极性相反,该电路也称作反极电源电压极性相反,该电路也称作反极性斩波电路。性斩波电路。升压斩波升压斩波T开通开通降压斩波降压斩波T关断关断l 基本的数量关系 3.2.3 升降压变换电路 Buc
11、k-boost电路 稳态时,一个周期稳态时,一个周期T内电感内电感L两两端电压端电压uL对时间的积分为零,即对时间的积分为零,即 TLtu00d当当V处于通态期间,处于通态期间,uL=Ud;而当而当V处于断态期间,处于断态期间,uL=-uo。于是:。于是: 升降压斩波电路及其波形图升降压斩波电路及其波形图a)电路图)电路图 b)波形)波形 doUDDU13.2.4 库克变换电路 l 电路结构:电路结构: l 特点:特点:输出电压平均值可以大于或小于输入直流电压,输入输出电流纹波小。L1,L2:储能电感;:储能电感;C2:滤波电容:滤波电容C1:传递能量的耦合电容:传递能量的耦合电容l 工作原理
12、工作原理3.2.4 3.2.4 库克变换电路库克变换电路 T导通时导通时,UdL1T回路和回路和RL2C1T回路分别流过电流。回路分别流过电流。T关断时关断时,UdL1C1D回路和回路和RL2D回路分别流过电流。输出回路分别流过电流。输出电压的极性与电源电压电压的极性与电源电压极性相反极性相反。 l 基本的数量关系基本的数量关系 C的电流在一周期内的平均值应为零,即的电流在一周期内的平均值应为零,即 3.2.4 3.2.4 库克变换电路库克变换电路 TCti00ddoIDDI1doUDDU1Cuk斩波电路特点:输出电压极性与输入电压相反;输入输出电流纹波小,输出直流电压平稳,降低了对外部滤波器
13、的要求。3.33.3复合斩波电路复合斩波电路 概念概念 复合斩波电路:降压斩波电路和升压斩波电路组合构成 可逆斩波电路 桥式可逆斩波电路 多相多重斩波电路:相同结构的基本斩波电路组合构成 多重多相斩波电路 斩波电路用于拖动直流电动机时,常要使电动机既可电动运行,又可再生制动,降压斩波电路能使电动机工作于第1象限,升压斩波电路能使电动机工作于第2象限。 电流可逆斩波电路:降压斩波电路与升压斩波电路组合,此电路电动机的电枢电流可正可负,但电压只能是一种极性,故其可工作于第1象限和第2象限。3.3.1 3.3.1 电流可逆斩波电路电流可逆斩波电路 l 电路特点电路特点3.3.1 3.3.1 电流可逆
14、斩波电路电流可逆斩波电路 T1和和D2构成降压斩波电路,构成降压斩波电路,电动机为电动运行,工作于电动机为电动运行,工作于第第1象限。象限。 T2和和D1构成升压斩波电路,构成升压斩波电路,电动机作再生制动运行,工电动机作再生制动运行,工作于第作于第2象限。象限。 必须防止必须防止T1和和T2同时同时导通而导致电源短路。导通而导致电源短路。l 电路结构电路结构a) 电流可逆斩波电路及其波形图电流可逆斩波电路及其波形图l 工作过程工作过程 两种工作情况:只作降压斩波器运两种工作情况:只作降压斩波器运行和只作升压斩波器运行。行和只作升压斩波器运行。 第第3种工作方式:种工作方式:一个周期内一个周期
15、内交替交替地作为降压斩波电路和升压斩波地作为降压斩波电路和升压斩波电路工作。在第电路工作。在第3种工作方式下,种工作方式下,当一种斩波电路电流断续而为零当一种斩波电路电流断续而为零时,使另一个斩波电路工作,让时,使另一个斩波电路工作,让电流反方向流过,这样电动机电电流反方向流过,这样电动机电枢回路总有电流流过。枢回路总有电流流过。 一个周期内,电流不断,响应很快。一个周期内,电流不断,响应很快。 3.3.1 3.3.1 电流可逆斩波电路电流可逆斩波电路 2 2桥式可逆斩波器电路桥式可逆斩波器电路 电路结构:电路结构:将两个电流可逆斩波电路组合起来,分别向将两个电流可逆斩波电路组合起来,分别向电
16、动机提供正向和反向电压,使电动机可以电动机提供正向和反向电压,使电动机可以4象限象限运行。运行。2 2桥式可逆斩波器电路桥式可逆斩波器电路 工作过程工作过程 T2导通时,导通时,T3、D3和和T4、D4等效为又一组电流可逆斩波电等效为又一组电流可逆斩波电路,向电动机提供路,向电动机提供负电压负电压,可,可使电动机工作于使电动机工作于第第3、4象限象限。T4导通时,等效为电流可逆导通时,等效为电流可逆斩波电路,提供斩波电路,提供正电压正电压,可使,可使电动机工作于电动机工作于第第1、2象限象限。3.3.2 3.3.2 多相多重斩波电路多相多重斩波电路 多相多重斩波电路:多相多重斩波电路:在电源和
17、负载之间接入多个结构相同的在电源和负载之间接入多个结构相同的基本斩波电路而构成的。基本斩波电路而构成的。 相数相数:一个控制周期中电源侧的电流脉波数。一个控制周期中电源侧的电流脉波数。 重数重数:负载电流脉波数。:负载电流脉波数。 电路及波形分析电路及波形分析 相当于由相当于由3个降压斩波电路单元个降压斩波电路单元并联并联而成。而成。 总输出电流为总输出电流为 3 个斩波电路单元输出个斩波电路单元输出电流之和,其平均值为单元输出电流平电流之和,其平均值为单元输出电流平均值的均值的3倍,脉动频率也为倍,脉动频率也为3倍。倍。 总输出电流总输出电流最大脉动率最大脉动率(电流脉动(电流脉动幅值与电流
18、平均值之比)与相数的平方幅值与电流平均值之比)与相数的平方成反比,其总的输出电流脉动幅值变得成反比,其总的输出电流脉动幅值变得很小,所需平波电抗器总重量大为减轻。很小,所需平波电抗器总重量大为减轻。3.3.2 3.3.2 多相多重斩波电路多相多重斩波电路 负载电压负载电压uo的直流平均值的直流平均值 SDUUUUU32103210iiii如果如果I1、I2、I3为为i1、i2、i3在一个周期中的电流平均值,在一个周期中的电流平均值,Io为负载为负载电流电流io的平均值,那么的平均值,那么I1、I2、I3应该相等,且应该相等,且Io=3I1= 3I2= 3I3。输出电压输出电压uo的直流平均值的
19、直流平均值 Uo=U1= U2= U3=DUS 输出电流输出电流Io为为 321333IIIIol 基本的数量关系基本的数量关系 33/44小结:电源电流的谐波分量比单个斩波电路时显著减小。多相多重斩波电路还具有备用功能,各斩波电路单元可互为备用,万一某一斩波单元发生故障,其余各单元可以继续运行,使得总体的可靠性提高。当上述电路电源公用而负载为3个独立负载时,则为3相1重斩波电路,当电源为3个独立电源,向一个负载供电时,则为1相3重斩波电路。 3.3.2 3.3.2 多相多重斩波电路多相多重斩波电路 3.4 3.4 变压器隔离的直流变压器隔离的直流直流变换器直流变换器 为了实现输入和输出之间的
20、电隔离,在基本为了实现输入和输出之间的电隔离,在基本DC/DC变换电路中加入变压器变换电路中加入变压器间接直流变流电路:分为间接直流变流电路:分为单端单端和和双端双端电路两大类电路两大类 单端电路单端电路中,变压器中流过的是中,变压器中流过的是直流直流脉动电流,脉动电流,例如例如正激正激电路和电路和反激反激电路。电路。 双端电路双端电路中,变压器中的电流为正负对称的中,变压器中的电流为正负对称的交流交流电流,例如半桥、全桥和推挽电路属于双端电路。电流,例如半桥、全桥和推挽电路属于双端电路。 3.4 3.4 变压器隔离的直流变压器隔离的直流直流变换器直流变换器 3.4.1 3.4.1 正激变换器
21、正激变换器 如果将变压器插入在如果将变压器插入在P-P位置,即得正激变换器主电路。位置,即得正激变换器主电路。 降压电路原理图降压电路原理图 正激电路原理图正激电路原理图 能量消耗法磁场复位方案能量消耗法磁场复位方案 开关管导通时,电源能量经变压器传递到负开关管导通时,电源能量经变压器传递到负载侧。开关管截止时变压器原边电流经载侧。开关管截止时变压器原边电流经D3、DW续流,磁场能续流,磁场能量主要消耗在稳压管量主要消耗在稳压管DW上。开关管承受的最高电压为上。开关管承受的最高电压为VSVDW,VDW为稳压管为稳压管DW的稳压值。的稳压值。 SVNNV1223.4.1 3.4.1 正激变换器正
22、激变换器 能量转移法磁场复位方案能量转移法磁场复位方案 开关管导通时,电源能量经变压器传递到负载侧。开关管开关管导通时,电源能量经变压器传递到负载侧。开关管截止时,由于电感电流不能突变,线圈截止时,由于电感电流不能突变,线圈N1会产生会产生上负下正上负下正的感的感应电势应电势e1。同时线圈。同时线圈N3也会产生感应电势,当也会产生感应电势,当e3= VS时,时,D3导通。磁场储能转移到电源导通。磁场储能转移到电源VS中,此时开关管上承受中,此时开关管上承受的最高电压为:的最高电压为: 1133eNNe SSSVNNNVNNV)(313313.4.1 3.4.1 正激变换器正激变换器 3.4.1
23、 3.4.1 正激变换器小结正激变换器小结 变压器变压器工作原理:工作原理:正激变换器中的变压器起变压隔离作用,T导通时和原副边绕组向负载传递能量。设计正激变换电路设计正激变换电路时时变压器要考虑变压器要考虑的问题:的问题:由于对变压器的激励是单向脉冲,变压器的利用率低,且容易饱和,所以正激变换器变压器体积也较大;变压器绕组还有电感特点,磁通需要复位,否则开关器件上将承受绕组上感应的高压及很高的dU/dt,所以正激变压器要有磁复位绕组,将磁能转变为其他形式的能量。3.4.2 3.4.2 反激变换器反激变换器 反激变换器电路原理图反激变换器电路原理图 升降压电路原理图升降压电路原理图 用变压器替代升降压用变压器替代升降压变换器中的储能电感变换器中的储能电感可得反激变换器。可得反激变换器。 变压器作用:变压器作用:输入输出电隔离。输入输出电隔离。替代升降压变换器中的储能电感。替代升降压变换器中的储能电感。 3.4.2 3.4.2 反激变换器反激变换器 反激变换器电路原理
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 2025浙江省安全员A证考试题库
- 白玉桃种植示范基地建设项目可行性研究报告-白玉桃市场需求持续扩大
- 广州中医药大学《商业银行管理》2023-2024学年第一学期期末试卷
- 2025江苏省安全员B证考试题库
- 2025黑龙江省建筑安全员知识题库附答案
- 2025河南省建筑安全员考试题库附答案
- 2025河北建筑安全员《A证》考试题库
- 2025年辽宁省安全员《A证》考试题库
- 2025安徽建筑安全员《B证》考试题库及答案
- 领导力培训课件
- 简单的个人原因辞职报告(通用17篇)
- 交响曲欣赏-完整版PPT
- 公司软件销售管理制度
- micro810可编程控制器用户手册
- CVC导管维护技术评分标准
- 东风7C型(DF7C)内燃机车
- 云南省县级融媒体中心技术系统建设实施细则(2020年修订版)
- (精心整理)林海雪原阅读题及答案
- 规则大副货运知识点
- 《2022年上海市初中语文课程终结性评价指南》中规定的150个文言实词
- [国企、公务员、事业单位]面试题题目及答案解析
评论
0/150
提交评论