直流斩波电路

1、1第3章 直流斩波电路引言v直流直流-直流变压器（直流变压器（DC/DC ConverterDC/DC Converter）。）。v不包括直流不包括直流交流交流直流。直流。 电路种类电路种类基本斩波电路：基本斩波电路：降压、升压斩波降压、升压斩波电路、电路、 升降压、升降压、CukCuk、SepicSepic和和ZetaZeta斩波电路。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。2323.1.1 降压斩波电路 电路结构电路结构 全控型器件 若为晶闸管，须有辅助关断电路。

2、续流二极管负载出现的反电动势典型用途典型用途:拖动低压直流电动机，如电瓶叉车。拖动低压直流电动机，如电瓶叉车。 降压斩波电路降压斩波电路（Buck Chopper)33.1.1 降压斩波电路 =ton/T-=ton/T-导通比导通比 =1-=1-关断比关断比断流比断流比v工作波形工作波形v输出电压平均值：输出电压平均值： Uo=E+ Em。 io连续连续0 则则 Uo =E43.1.1 降压斩波电路降压斩波电路v输出电压平均值：输出电压平均值： Uo=E + Em = E (io连续连续) Uoi/2io Ioi/2io连续连续, ,IoIo有效有效或或: c=0.15+0.01/8=0.15

3、1: c=0.15+0.01/8=0.151 c - c -7 升压斩波电路升压斩波电路（Boost Chopper）保持输保持输出电压出电压储存电能储存电能 电路电路 -利用利用L电势电势升压升压83.1.2 升压斩波电路工作原理工作原理v期间期间V通通VD断断:v L由由 E充电充电; C向向R放电。放电。v 期间期间V断断VD通通:v E和和L同时向同时向C和和R放电。放电。v输出电压输出电压:v按波形按波形: UV = *0+*Uo v 按电路按电路: = E - UL= Ev (电感电感UL=0 电容电容Ic=0)v Uo=E/=E/(1- )v Uo (同降压同降压.图3-2 升压

4、斩波电路及工组波形9v电流电流 Io=Uo/RIo=Uo/R E E* *I IL LUoUo* *Io Io I IL L (Uo/E)Io=Io/(Uo/E)Io=Io/v注意注意:如负载开路如负载开路,C将充电至很高电压将充电至很高电压 103.1.2升压斩波电路2)典型应用典型应用 直流电动机传动直流电动机传动; ; 功率因数校正（功率因数校正（PFCPFC）; ; 例例:直流电动机再生制动直流电动机再生制动 电能回馈给直流电源。电能回馈给直流电源。输出电压输出电压 iaia连续连续:Uo=Uv=:Uo=Uv=* *0+E0+E(ia(ia断续断续:Uo=(-)E+Em :Uo=(-)

5、E+Em )-斩波器将斩波器将E E降为降为EE EmEmE E 时时从而反馈能量从而反馈能量11v(a) (a) 电机反馈制动电流电机反馈制动电流 Ia =(Em- Uo)/R=(m-)E/RIa =(Em- Uo)/R=(m-)E/R =-(1-m)E/R =-(1-m)E/R IaIa(Em)(Em) - -可闭环限流可闭环限流v(b) (b) 直流源充电电流直流源充电电流: : Io=Ia=(m-)E/R Io=Ia=(m-)E/Rv(c) i(c) i的波动与连续条件的波动与连续条件: : : Ldia/dt=Em-iaR ; : Ldia/dt=Em-iaR ; ii=T(Em-I

6、a=T(Em-Ia* *R)/L=R)/L=E/RE/R( (临界临界:Ia=i/2,(m-)=/2 :Ia=i/2,(m-)=/2 cm cm 或或 m-/8m-/8 连续条件连续条件:c:c = 1-m + /8 = 1-m + /8 ) )123.1.3升降压斩波电路和Cuk斩波电路 1）升降压斩波电路 (buck -boost Chopper) 电路结构V，L和VD三者之间的位置关系133.1.3升降压斩波电路工作原理v时时V V通，通，E E对对L L充电，充电，C C对负对负载载R R放电。放电。v时时V V断，断，L L经经VDVD对对R,CR,C放电。放电。vuouo极性与电源

7、极性与电源E E极性相反极性相反v -反极性斩波电路。反极性斩波电路。v由由U UL L= E- Uo=0= E- Uo=0v Uo=(/)E=E/(1-) Uo=(/)E=E/(1-)v Uo Uov =0 =00.5: Uo E0.5: Uo E 1: Uo E v - -升降压型升降压型v 输出反极性，输出反极性，V V压降高压降高142) Cuk斩波电路斩波电路 工作原理工作原理: : (1) E,L (1) E,L1 1, C ,V,VD -, C ,V,VD -升压斩波器：升压斩波器：Uc=E/Uc=E/ (2) C, V,VD, L (2) C, V,VD, L2 2,R-,R-

8、降压斩波器降压斩波器: Uo=Uc: Uo=Uc。 (3) (1)&(2): Uo=(/)E(3) (1)&(2): Uo=(/)E 特点特点:(1) :(1) 反极性输出。反极性输出。 (2) (E(2) (E不断流不断流,L1&L2,L1&L2滤波滤波),),输入输出电流平稳。输入输出电流平稳。-+153.1.4 Sepic斩波电路斩波电路 : V : V通，通，E E对对L1L1充电充电, C1, C1对对L2L2充电，充电，C2C2对负载对负载R R供电。供电。 : VD: VD通，通，E E、L1L1、L2L2向向C1,C2,RC1,C2,R放电。放电

9、。输出电压：输出电压： 由由 U UL2L2= =(- -U UC1C1)+U)+UC2C2=0, =0, Uo=U Uo=UC2C2 =(/) U =(/) UC1C1 （ U UC1C1=E )=E ) =(/)E =(/)E 特点特点: : 正极性输出正极性输出; ;（E E不断流，不断流，L1L1滤波滤波) )输入电流平稳输入电流平稳工作过程工作过程: :+-163.1.4 Zeta斩波电路斩波电路 1 1 工作过程工作过程 -V-V通通VDVD断断: : E E对对L L1 1充电充电, , E&C E&C向负载供电。向负载供电。 -V-V断断VDVD通通: : L

10、L1 1放电对放电对C C1 1充电充电2 2 输出电压：输出电压： 由由 U UL1L1= = E +(-UE +(-UC1C1) = 0) = 0 Uo = U Uo = UC1C1 （ U UL1L1+ U+ UL2 L2 = 0= 0） =(/)E=(/)E 3 3 特点特点: : 正极性输出正极性输出; (L; (L2 2,C,C2 2滤波滤波) ) 输出电流平稳输出电流平稳173.2复合斩波电路和多相多重斩波电路183.2.1 电流可逆电流可逆( (二象限二象限) )斩波电路斩波电路 V V1 1和和VDVD1 1-对对E E降压斩波：降压斩波： 正电压正电流，电机电动运行。正电压

11、正电流，电机电动运行。 V V2 2和和VDVD2 2对对EmEm升压斩波升压斩波: :正电压负电流正电压负电流. .电机发电（再生制动）。电机发电（再生制动）。 须须防防V V1 1和和V V2 2同时导通同时导通-设死区设死区, ,延迟导通延迟导通19 常用交替工作方式：常用交替工作方式： 1 1=2 2=注注: :触触V V对应桥臂对应桥臂V/DV/D通通（但（但 VV通通) ) u,i u,i波形与管导通如图波形与管导通如图; ; Uo=E0 Uo=E0 单向单向, , Io=(Uo-Em)/R Io=(Uo-Em)/R 双向双向 可可00特点特点: :电压单向，电流双向连续，电压单向

12、，电流双向连续，响应快响应快 常用不可逆常用不可逆( (转转) )直流调速直流调速203.2.2 桥式可逆桥式可逆(四象限四象限)斩波电路斩波电路两个电流可逆斩波电路组合，可提供正反向电压。两个电流可逆斩波电路组合，可提供正反向电压。21v常用工作方式常用工作方式1=4=2=3v触发触发V1,V4, 对应桥臂导通对应桥臂导通,uo=E 触发触发V2,V3, . , uo=-E uo波形如上图波形如上图 Uo= 1E+2 (-E)= 1E+(1-1 )(-E) = (21-1)E=Ev 10.5Uo0.5Uo0v特点特点:性能最完善性能最完善, 常用直流可逆调速常用直流可逆调速22晶闸管降压斩波

13、器C C经经L-D1-R1 L-D1-R1 充电充电. V . V 导通供电负载导通供电负载关断过程关断过程:V1:V1导通导通LCLC振荡振荡, ,电压电流如图电压电流如图iL=0,V1iL=0,V1无流关断无流关断iL0 , iL0 , 先沿先沿D2-VD2-V反灌流至反灌流至V V关断关断, ,再沿再沿D2-D/D2-D/233.2.3 多相多重斩波电路 3重降压斩波电路 -3套移相120并联。 Un=nE -Uo= (Un)/3 -In*rLn/3In=(Un-Uo)/rLn可闭环控为Io/3特点(1)(输出入)电流脉波频率升为3倍,有利滤波平稳电流.(2)可增大电流容量(3)可冗余备

14、用,提高抗故障能力243.2.3 多相多重斩波电路多相多重斩波电路术语术语 相数相数: : 电源侧每控制周期电流脉波数电源侧每控制周期电流脉波数 重数重数: : 负载侧每控制周期电流脉波数负载侧每控制周期电流脉波数 例例: 3: 3套移相套移相120120斩波器斩波器 (1) (1) 输入并联到输入并联到1 1个电源个电源, , 输出带输出带3 3个独立负载个独立负载 -3-3相相1 1重重 (2) (2) 输入为输入为3 3个独立电源，输出并联带个独立电源，输出并联带1 1个负载个负载 -1-1相相3 3重重253.2.3 多相多重斩波电路多相多重斩波电路多相多重斩波电路: 脉波频率升高脉波

15、频率升高,有利滤波平稳电流有利滤波平稳电流 可增大输出容量可增大输出容量 可冗余备用可冗余备用,提高抗故障能力。提高抗故障能力。26 本章小结本章介绍了本章介绍了6种基本斩波电路、种基本斩波电路、2种复合斩波电路及多种复合斩波电路及多相多重斩波电路。相多重斩波电路。本章的重点本章的重点 降压和升压斩波电路降压和升压斩波电路,2,4象限斩波电路象限斩波电路 - 原理，输入输出关系、分析方法、工作特原理，输入输出关系、分析方法、工作特点点应用领域应用领域 直流传动直流传动-传统领域传统领域,逐渐萎缩逐渐萎缩 开关电源开关电源-新领域新领域, 一大一大热点热点。 斩波斩波(PWM)技术现广泛应用于各

16、种电力电子设备技术现广泛应用于各种电力电子设备27v作业作业6.X 6.1 (P111-3:ton=3s)+ 6.1 (P111-3:ton=3s)+计算电流脉动计算电流脉动ii 6.2 6.2 降压斩波器降压斩波器E=36V,R=1 Em=18V,LE=36V,R=1 Em=18V,L有限有限, , =0.4, =0.4,断流比断流比=0.22=0.22 (1) (1)画画uo,iouo,io波形波形;(2);(2)计算计算Uo,Io;Uo,Io; (3) (3)根据根据ioio波形与波形与IoIo数值计算数值计算ii 6.3 (P111-5 )(1) 6.3 (P111-5 )(1)画电路画电路, ,标标-电流流向电流流向; ; (2) (2)画画i iL L,uo,uo波形波形;(3)