第四章直流变换电路

2023/2/2上海理工大学YWH12023/2/21第四章直流变换电路2023/2/2上海理工大学YWH22023/2/224.1概述

在直流变换中不产生电能形式的变化，只产生直流电能参数(如电压的幅值和极性)的改变。凡将直流电能参数加以变换的电路泛称为直流变换电路。直流变换电路的种类较多，具体分类可以参阅参考书P96，此处不再重复。2023/2/2上海理工大学YWH32023/2/23概述

凡输出电压平均值低于其输入电压平均值的电路称为降压型电路；相反则称为升压型电路；若可降可升则称为升/降压型电路。当变换电路出端电压和电流平均值只维持一种极性时称为单象限电路，若负载为直流电动机，则电动机仅运行于正转电动状态，构成不可逆调速系统；当出端电压或电流平均值极性为可变时称为双象限电路，若负载为直流电动机，则可工作于电动和制动两种状态。2023/2/2上海理工大学YWH42023/2/24概述

当变换电路出端电压和电流平均值极性均为可变时称四象限电路。利用该电路可构成直流可逆调速系统。单象限电路是最基本的电路。而多象限电路是利用不同电路拓扑的单象限电路复合而成，例如电流双象限电路是利用两个不同的单象限电路复合而成等。2023/2/2上海理工大学YWH52023/2/25概述

为了减小入端电流的谐波含量，对大容量电路可采用多重结构，当变换电路由一个基本电路组成时称为单重电路；当变换电路由N个结构相同的基本电并联组成时称为N重电路，由于各基本电路开关频率相同，但以时差T/N分别工作，故入端电流的重复频率是器件开关频率的N倍，故其谐波含量远低于单相电路。由此可见，多象限电路和多重电路都是组合电路，多重电路将在后面讨论。2023/2/2上海理工大学YWH62023/2/264.1.1直流变换电路的基本用途

直流变换电路可用于构成直流调速电源和开关电源等。

一、直流调速电源传统的直流调速电源由相控式整流电路构成，但存在深控下网侧功率因数低；功率密度低和系统快速性差等缺点。PWM直流变换电路能够克服相控电路存在的缺点。因而更适合于车辆电力传动和各种伺服系统。2023/2/2上海理工大学YWH72023/2/27二、开关电源

小容量直流稳压电源的传统形式是串联线性型电源。这种电源存在效率低，功率密度低，系统快速性差等缺点。由于开关电源频率较高的开关斩控方式，开关电源克服了传统直流电源的缺点，所以得到广泛的应用。2023/2/2上海理工大学YWH82023/2/284.2单象限降压型电路

单相限降压电路，部分同学已经学过，但以前着重于器件的开关过程分析。并未涉及电路的其他性能，该电路在有关资料中也称为Buck电路。单象限降压型电路如下图所示。这里再简单介绍一下。2023/2/2上海理工大学YWH92023/2/29一、工作原理

CCM(电流连续）下的电量波形。r=0D<12023/2/2上海理工大学YWH102023/2/210工作原理

DCM(电流不连续）下的电量波形。r=0D<12023/2/2上海理工大学YWH112023/2/211二、开环外特性开环外特见P99图2—22023/2/2上海理工大学YWH122023/2/2124.3单象限升压型电路

CCM时电量波形，rd=0,uL在一个周期中平均值为零。2023/2/2上海理工大学YWH132023/2/2134.4DC—DC的PWM控制

控制电路是根据采用的控制策略对控制信号(含主令信号和反馈信号)进行生成、处理后形成合乎要求的功率器件控制极信号，实现对电能的变换和控制，因而控制电路是直流变换电路的重要部分，控制电路品质的优劣将直接影响变换电路的性能。例如对开关电源一类产品，稳压精度是一个重要性能指标，它包含静态稳压精度和动态品质两部分。2023/2/2上海理工大学YWH142023/2/214

DC—DC的PWM控制（续）

静态稳压精度指网压、负载和环境温度变化(在给定的范围内)时输出电压偏离其规定值的幅度；动态品质指在外扰为突变时输出电压的超调量和响应时间，这些指标均与控制电路的性能有关。2023/2/2上海理工大学YWH152023/2/2154.4.1单象限变换电路的控制结构

目前应用最广的控制方式是PWM控制方式，为了维持输出电压稳定最常采用的是电压负反馈，因此PWM直流变换电路的结构图如左图所示。下面对图中各单元功能简单介绍。1—直流电源；2—功率开关主电路；3—输出滤波电路；4—负载；5—驱动电路；6—检压电路；7—电压调节器；8—PWM信号生成电路；9—振荡器；10—分相电路；11—电压给定2023/2/2上海理工大学YWH162023/2/216振荡器9

振荡器产生重复频率恒定的脉冲信号，它作为时间比较的基准，其频率决定了主电路功率器件的开关频率。对一般开关电源，对振荡器频率稳定度要求不高。2023/2/2上海理工大学YWH172023/2/217电压调节器7

电压调节器的功能是对反馈电压与给定电压间的偏差信号进行处理，由具有运算能力的直流放大器(如PID运放器)实现。2023/2/2上海理工大学YWH182023/2/218PWM信号生成电路8

PWM信号生成电路一般包含斜波电压发生器(锯齿波或三角波)和电压比较器两部分，斜波电压uc的频率受控于振荡器，它与来自电压调节器7输出信号uc一起加到电压比较器的入端，比较器的输出即为PWM信号。2023/2/2上海理工大学YWH192023/2/219分相电路10

分相电路的作用是将单列的PWM信号分相，以适应主电路结构对控制信号的要求，例如对半桥结构就要求将PWM信号分成相位互补的双列信号以分别控制桥上下臂器件。显然，对于单象限降压电路这种单管结构就无需分相电路。2023/2/2上海理工大学YWH202023/2/220驱动电路5

驱动电路的作用是将来自分相电路的PWM信号参数进行处理使之能达到功率器件控制极的要求，并与功率器件栅极直接相连。2023/2/2上海理工大学YWH212023/2/221检压电路6

检压电路的功能是对输出电压进行采样以形成反馈信号。2023/2/2上海理工大学YWH222023/2/222控制电路的保护功能

作为控制电路，除生成正常工作情况下的控制信号之外，还应该在各种故障状态下及时抑制故障电流，防止故障扩大，以免危及主电路元器件安全。这些保护功能可包含在驱动电路中，也可在控制电路中单独设置。为避免开机时的电流冲击，变换电路必须采用软起动方式。控制电路应保证予以实现。2023/2/2上海理工大学YWH232023/2/223集成式PWM控制芯片

早期控制电路是分立式的，随着电子技术的进步，近年来已发展了各种集成式PWM控制芯片，它们包含上述各种功能，只需外接少量元器件就可工作。这不仅简化设计，还大幅度减少元器件数量、连线和焊点。使变换电路的可靠性明显提高。2023/2/2上海理工大学YWH242023/2/224集成式PWM控制芯片在国际市场上，最先出现的是Motorola公司生产的MC3420和SiliconGeneral公司生产的SG3524等芯片，尔后制造厂家又推出性能更好，功能更强的控制器。2023/2/2上海理工大学YWH252023/2/2254.4.2SG1525控制的直流不可逆调速系统主电路采用降压型单象限电路如图所示。缓冲电路2023/2/2上海理工大学YWH262023/2/226一、集成PWM控制芯片SGl525的功能分析

上图是SGl525的内部结构

1—基准电压源；2—振荡电路；3—误差放大器；4A--PWM比较器；4B--PWM锁存器；

5—分相电路；6—输出电路；7—欠电压封锁；8—组合门。图例：◎—输出；⊙—输入；②—外接元器件。2023/2/2上海理工大学YWH272023/2/2271)基准电压源1

基准电压源是一个三端稳压电路，其输入电压Ucc1可在8～35V间变化，通常采用+15V，而输出电压UST=5.1V，精度为±1％，采用温度补偿，可作为芯片内部电路的电源；也可向芯片外围电路提供标准电源，向外输出电流可达40mA并设有过电流保护电路。2023/2/2上海理工大学YWH282023/2/2282)振荡电路2

由一个双门限比较器，一个恒流源和电容充放电电路组成，其外接元件如图2—4所示。比较器的两个门限电压均从基准电压源取得。其高门限UH=3.9V，低门限UL=0.9V；内部恒流源向CT充电，其端压uc线性上升，构成锯齿波的上升沿，当uc=UH时使比较器动作，充电过程结束，上升时间t1为:2023/2/2上海理工大学YWH292023/2/229振荡电路2比较器动作使放电电路接通，CT放电，uc下降并构成锯齿波下降沿，当uc=UL时。比较器再次动作，放电过程结束，完成一个工作循环，下降时间t2为可表为：

锯齿波的重复周期T为：2023/2/2上海理工大学YWH302023/2/23)误差放大器3

由两级差分放大器构成，其直流开环电压放大倍数为70dB左右，电压反馈信号uf从脚1接至放大器反相输入端，放大器的同相输入端接电压给定值uR(由基准电压UST分得)，根据系统稳压性能要求，放大器出入端之间接有校正网络(R1和C1)以构成PI电压调节器。2023/2/2上海理工大学YWH312023/2/2314)PWM信号生成电路4

该电路包含比较器4A和锁存器4B，比较器4A的反相端接误差放大器的输出信号ue。而振荡器2的输出信号uc则加到比较器4A的同相输入端，4A的输出信号即为PWM信号，该信号经锁存器4B锁存。它使PWM电路的输出信号up仅对误差信号uc产生响应，从而屏蔽环境噪声干扰。2023/2/2上海理工大学YWH322023/2/2325)分相电路5

由触发器构成，其输入信号为时钟信号uK，并用uK前沿触发，输出电压为重复频率减半的方波Q和，其相位互补。2023/2/2上海理工大学YWH332023/2/2336)输出电路6由图可见，输出为两组结构相同的功放电路，驱动电源电压Ucc2=+15V，输出正栅压Ug1=15V，可驱动两只MOSFET或IGBT，输出电路由组合门8A和8B控制，该门输出两组相位互差180°的脉冲(uA和uB和)，分别加到功放电路的入端，组合门共4个输入号。2023/2/2上海理工大学YWH342023/2/234二、电路原理分析

左图是SG1525芯片的各点电压波形，从电压调节器输出信号ue。和锯齿波uc的交点可得到单列PWM信号up,其低位的持续时间与uc<ue相对应。在uc幅值恒定条件下,ue值越高则up的低位期越长。2023/2/2上海理工大学YWH352023/2/235电路原理分析

图中的时区A对应于ue值较低的工况，由图可见，输出电压uA和uB的脉宽τ1很窄、uA和uB间的死区时间τs1很长；2023/2/2上海理工大学YWH362023/2/236(2)电路原理分析而时区B则对应于ue值很高的工况。由图可见，输出电压uA和uB的脉宽τ2很宽。死区时间τs2接近于uK的脉宽t2。由此可见，如果没有uK的设置，时区B中电路将由于uA和uB的死区时间τs过窄而产生主电路中上下桥臂器件的共态导通，导致直流电源短路。ukup2023/2/2上海理工大学YWH372023/2/237SG1525其它功能为保证调速系统正常工作，除上述控制功能之外，SG1525还有以下功能。

1)软起动功能；

2)欠电压保护；3)故障封锁；4)死区宽度调节；2023/2/2上海理工大学YWH382023/2/2381)软起动功能

一是直流电动机负载的起动电流过大；另一方面起动时，输出电压尚未建立，无反馈信号，误差放大器输出电压ue很高,up脉宽很宽，相应的直流输出电压很高。2023/2/2上海理工大学YWH392023/2/239软起动功能为此在脚8并联电容Cso，其端压USO接向PWM信号比较器4A的反相输入端，这样起动时4A反相端所有输入信号均被uSO钳位，uSO由于Cso被恒流充电从零缓升,up的脉宽τ也由窄到宽逐渐增加，相当于由时区A缓变到时区B。2023/2/2上海理工大学YWH402023/2/2402)欠电压保护

控制电路的直流电压Ucc1因故下降时，电路各部分工作便会失常，输出级信号异常时将损坏主电路功率器件，故应封锁控制信号，设定当Ucc1≤7V时，使左图中电路7输出置高位并加到组合门8A入端以封锁PWM脉冲信号输出。2023/2/2上海理工大学YWH412023/2/2413)故障封锁

当调速系统发生过电流、过电压和超温等故障时，必须迅速封锁PWM脉冲信号以保护功率器件安全，上述故障都以高电平信号uFu加到SG1525脚10，该信号将直接送到组合门输入端并使V5导通，电容Cso沿V5放电，电路4A反相人端被钳至低位，并保持封锁状态。2023/2/2上海理工大学YWH422023/2/2424)死区宽度调节

系统需要的死区时间τs将随主电路功率器件的开关速度、缓冲电路参数和负载电流变化范围而异，故需要根据具体情况进行调节。改变电阻RD即可调节t2,从而改变死区宽度τs。由于SG1525输出峰值电流只有400mA，对于容量较大的主电路器件，为了提高输出能力再加接驱动电路D,如图2-4所示。2023/2/2上海理工大学YWH432023/2/243三、调速原理

在直流电源电压Ud、磁通Φ、等效内阻ro和负载电流Io不变的条件下，电动机转速n随占空比D变化，即改变给定值uR就可以改变速度n。因为在稳态下，电压调节器的入端误差电压应为零，即Δu=uR-uf=0假定需要提高速度，即增大给定值uR，由上式应有Δu>0，PI调节器立即对此误差电压进行比例积分运算。于是输出电压ue在原来的数值上增大，由图2-6可见，uA和uB的脉宽τ增大。也即占空比增大，使n上升，由于n升高(即电枢电压升高)，反馈电压uf也增大，直至与uR相等。PI调节器的输出电压才停止增长，系统稳定在新的工作点上(指图2-2的外特性)。2023/2/2上海理工大学YWH442023/2/244三、调速原理

在给定值uR确定之后，就希望系统按照相对应的转速稳定运行。除占空比D外，Ud和Io的变化都会使n值改变，影响稳速运行，这自然是不希望的，实际上由于电压负反馈的作用使系统能在外扰(Ud和Io的变化)下保持恒速运行，假定负载电流Io减小,若D值保持不变则转速将相应上升，即输出电压上升，反馈电压uf增大,Δu<0，PI调节器反向积分，其输出电压ue。在原来数值上下降并使输出电压uA和uB的脉宽缩小使n下降，直至uf=uR，系统重新回到原来的转速并以较小的D值在新的工作点上工作。2023/2/2上海理工大学YWH452023/2/2454.5单象限隔离型电路

隔离型电路指输入与输出间具有电隔离的直流变换电路，实现电隔离最常的方法是采用磁耦合，即带有输出变压器。隔离型电路种类很多，如按功率器控制极信号来源可分为他励式和自励式，前者信号来自独立信号源，而后者则自输出变压器的反馈绕组；如按输出变压器绕组极性可分为反激式和正激式，前者一、二次绕组极性相反，后者则相同；如按电路结构不同可分为单端、推挽桥式电路等。所谓单端指仅含单个有源功率器件，本节只分析他励式电路。2023/2/2上海理工大学YWH462023/2/2464.5.1反激式电路(Flyback电路)

单端反激式电路如图所示，为简单输出变压器T仅有一个二次绕组，如前所述，一次和二次绕组的极性相反。在反激式电路中，输出变压器T除了实现电隔离和电压匹配之外，还有储藏能量的作用，前者是变压器的属性，后者则是电感的属性，因此有的文献称之为电感变压器(反激式电路T何以具有电感属性的原因后面详细介绍)。2023/2/2上海理工大学YWH472023/2/2471．电流连续状态的外特性分析(1)

假定T一次和二次绕组电感均为线性，无直流内阻，无漏感，因此有

式中，N1、N2为变压器T为一、二次绕组匝数；L1、L2为一、二次绕组电感量。2023/2/2上海理工大学YWH482023/2/248电流连续状态的波形

这里所指的电流连续指变压器二次绕组电流i2的最小值I2M>0；当I2M=0时为临界连续，此时i2的平均值I2=I2c称为临界连续电流；若I2<I2c,则电路处于断续状态。当假设变压器副边电流中的谐波电流完全流过电容Co,R0仅流过平均电流由此应有所以2023/2/2上海理工大学YWH492023/2/249电流连续状态的波形

由图可见，电路受控于直流控制信号us，其幅值Us与占空比D成比例。在时区a中，有us=Us1，D=D1，VF导通，uds=0，u1=ud；变压器一次绕组电流i1线性上升，二次绕组电压u2=-n21Ud，它使二极管VD反偏截止，i2=0,负载电流由Co放电维持。2023/2/2上海理工大学YWH502023/2/250电流连续状态的(时区a)

本时区的等效电路如图所示，图中电量按其实际方向标出，凡与图中正方向相同者为正。反之为负。图中二极管VD的符号表示该器件在本时区中处于反向阻断状态。在本时区中，变压器作为电感从电源吸收能量，按L1为线性的假定；在本时区一次绕组电流变化量为2023/2/2上海理工大学YWH512023/2/251电流连续状态的（时区b)当t>D1T时为时区b，VF转为断态，ug=0原先存储在L1中的能量不能突变，为维持磁通连续，变压器T和二次绕组同名端由正变负，u2>0,迫使VD正偏导通，i2>0，电感储能转化为电能向负载供电和Co充电。本时区的等效电路如图所示。2023/2/2上海理工大学YWH522023/2/252电流连续状态的（时区b)由图可见VD一旦导通,u2便被钳在输出电压uo上，若Co值很大,u0无纹波，则u2=Uo，二次绕组中电流i2将线性下降，i2在Do1T中的变量为式中，I2m和I2M分为i2大值和最小值。2023/2/2上海理工大学YWH532023/2/253电流连续状态的（时区b)

由图可见，变压器二次绕组电压u2为不对称交变方波，即一个开关周期中的平均值为零，据此应有：电压增益。Av为为普遍应用方便，将上式改写为2023/2/2上海理工大学YWH542023/2/254电流连续状的外特性电流连续状的外特性为

由上式可见：

1.单端反激式电路是一种升／降型电路，当D<0.5时，AV<1；D=0.5时，AV=1；D>0.5时，AV>1。

2.理想条件下，电路无内阻，输出电压与负载电流无关。2023/2/2上海理工大学YWH55考虑内阻时的特性

在时区a中，考虑变压器一次侧绕组电阻r1、二次侧电阻r2之后有在时区a中，L1从电源吸取能量，其端压应低于电源电压Ud，而在时区b中，L2作为电源将储能向电容和负载释放，其端压需高于负载电压Uo。2023/2/2上海理工大学YWH56考虑内阻时的特性

考虑到电压增益可写成

考虑电路内阻时，电压Uo不仅与D有关，而且与负载电流Io有关；当D=0,或D=1时，输出电压均为零，输出短路时电流也不会无限增长。2023/2/2上海理工大学YWH572023/2/257电流断续状态的外特性电流断续与电流连续间的临界电流为：电流断续的外特性不再分析，其结果为：2023/2/2上海理工大学YWH582023/2/258反激式电路的开环外特性

反激式电路的开环外特性如图所示，图中虚线为电流连续与断续状态的分界线，对应于所描述的方程，它将U-I平面划分为连续和断续两个区域：虚线以右为CCM区域，由于不考虑电路内阻，输出电压与负载电流无关；虚线以左为DCM区域，在断续区，特性刚度很差，相当于电路内阻很大，电路具有类似于电流源的特性。开环时，不能空载运行。2023/2/2上海理工大学YWH592023/2/2594.5.2反激式控制电路示例

下面介绍用反激式电路构成的开关电源的一个实例。该电源具有三路独立输出，分别提供直流电压Uoa、Uob和Uoc,其控制电路采用集成芯片UCl840，该芯片是一种可编程序PWM控制器，适用于单端变换电路，具有开关频率高、功能强大和外部接线简单等特点。下面对其工作原理略加介绍。2023/2/2上海理工大学YWH602023/2/260基于UC1840的反激式三输出开关电源

U1—UC3705(PowerMOSFET驱动电路)2023/2/2上海理工大学YWH612023/2/261一、UC1840的主要功能1)采用简单的RC网络设置所需工作频率，最高可达500kHz。2)采用直流电压ud前馈控制，提高变换电路的响应速度。3)能提供200mA的输出电流，可直接驱动PowerMOSFET和GTR等器件。4)具有较完整的欠电压、过电压和过电流等保护功能。5)对PWM控制信号实现可编程序控制，使电路具有慢起动、软起动和占空比钳位等功能。

2023/2/2上海理工大学YWH622023/2/262二、UC1840的工作原理

1.PWM信号生成及调压原理。UC1840的调压原理由图中的电压调节器8、锯齿波发生器2、PWM比较器4A和PWM锁存器4B实现，最后通过输出级Vl和V2接向驱动电路U1，U1是高速驱动电路。2023/2/2上海理工大学YWH632023/2/263UC1840的工作原理

U1适用于功率MOSFET等器件，电源电压为5～40V，输出电流峰值为±1.5A，平均值为±0.5A。2023/2/2上海理工大学YWH642023/2/264

输出级由V1和V2组成，当V1导通时提供正向电流；相反，V1截止V2导通时，为被驱动器件提供低阻栅极放电通路，保证器件关断。1.PWM信号生成及调压原理（1）

2023/2/2上海理工大学YWH652023/2/265由图可见，V1由驱动开关3控制，V2则由PWM锁存器4B控制，4B是由4A出端电压up控制；驱动开关3则由PWM比较器4A的另一出端电压up控制。由于驱动开关3和4B自身均具反相器功能，故驱动开关3的端压u3与up同相。PWM信号生成及调压原理

2023/2/2上海理工大学YWH662023/2/266锁存器4B的端压u4B与up同相，由此可见，u3和u4B在相位上互补，以满足V1和V2的开关时序。PWM信号生成及调压原理

2023/2/2上海理工大学YWH672023/2/267PWM信号生成及调压原理

由前述知，反激式电路输出电压Uo依赖改变占空比D得到调节，本控制器由改变电压给定Us来改变D的大小，给定值Us从基准电压UR分压取得并加到电压调节器8的同相输入端(UC1840的端子18)。2023/2/2上海理工大学YWH682023/2/268PWM信号生成及调压原理电压调节器8的出端电压ue。接到PWM比较器4A的同相入端，4A一共三个同相端信号,4A的反相输入端接有锯齿波电压uc(来自锯齿波发生器2)，与SG1525相仿,uc的上升沿作为工作沿，其重复频率f与本机振荡同步(振荡器1)，其值由外接电阻RT和电容CT决定。2023/2/2上海理工大学YWH692023/2/2691.PWM信号生成及调压原理（3）

在uc>ue的时区，u4B=up=1，u3=up=0，V1截止而V2导通；相反在

uc<ue的时区，u4B=0,u3=1，V1导通而V2截止，芯片输出正栅压使VF导通。可见，在uc幅值Ucm和上升率duc/dt均为恒值条件下,改变ue幅值即可改变占空比D,实现对Uo的调节,而改变电压调节器8的输入端给定电压Us可以改变ue的幅值。2023/2/2上海理工大学YWH702023/2/270控制电路采用的两种措施

为了实现电压调节以及在电网和负载变动下维持U的动态和静态指标，控制电路采用了两种措施。2023/2/2上海理工大学YWH712023/2/271

控制电路无专用的控制电源，在开机时，控制电压Ucc从Ud经Ri取得；起动后，电路投入正常运行时，控制电压改为由输出端供给，输出变压器T的第4个二次绕组N5电压uv经二极管整流和滤波接向点A成为Ucc。电压反馈2023/2/2上海理工大学YWH722023/2/272由此可见，Ucc能反映输出电压Uo的变化，故可采用Ucc作为电压反馈信号uf，由图可见，Ucc经电阻分压后接到PI电压调节器8的反相输入端。调节器8的入端电压为ΔU=Us-uf，在稳态下有ΔU=0，uf=Us，电路8的输出电压ue与输出电压Uo相对应。电压反馈2023/2/2上海理工大学YWH732023/2/273电压反馈

若人为提高给定值使us=us2，误差电压ΔU=(us2-uf)>0，电压调节器8对ΔU积分，ue上升，占空比D相应增大并使Uo上升，直至ΔU=0，电路在新的输出电压Uo2下稳定工作。2023/2/2上海理工大学YWH742023/2/274电压反馈

当给定值恒定则输出电压应在各种外扰作用下维持恒定，例如当负载电流突增时，uo下降，uf相应下降，ΔU>0，ue正向上升并引起D值增大以阻止uo下降，于是输出电压在新的Io下维持恒定。其他情况与此类似。2023/2/2上海理工大学YWH752023/2/275电压前馈

由图可见，主电路直流电压Ud经Rd加到锯齿波发生器2，锯齿波电压uc的上升沿斜率不仅与外接电容Cd和电阻Rd有关，且与Ud成正比，即2023/2/2上海理工大学YWH762023/2/276电压前馈

利用式(2-98)的关系可实现输出电压uo的快速调节。例如当直流电压Ud因故突增时，输出电压uo将相应上升，当然通过电压反馈环可以使uo维持恒定，但由上式可知，当Ud增大时，duc/dt相应上升，在误差电压ue不变条件下，PWM信号up的脉宽缩小，也即占空比D减小，从而阻止输出电压uo上升；式(2-98)2023/2/2上海理工大学YWH772023/2/277电压前馈

其他情况依此类推。这种利用输入电压的前馈控制，对直流侧扰动的响应速度远高于输出电压的反馈控制，从而提高系统动态性能。式(2-98)2023/2/2上海理工大学YWH782023/2/2782.启动延时和软启动

所谓启动延时指在加入直流电源Ud之后一段时间里，开关管VF保持为断态，设置这段延时的目的是为了使控制器内部供电电压达到稳定规定值之后，控制器才投人工作；经过启动延时之后，电路进入软启动程序，设置该程序的原因是为了避免启动时滤波电容受到过大的电流冲击。2023/2/2上海理工大学YWH792023/2/279启动延时程序

在控制器中专门设置一个用以实现启动延时的比较器7A(该比较器兼具欠电压保护功能)，7A的反相输入端接给定偏置电压URs=3V；7A的同相输入端经Rl向电容Ci，适当选择Ri、R2和R3值可使Ci端电压在稳态下为+15V，即ui=Ucc=+15V。2023/2/2上海理工大学YWH802023/2/280启动延时程序由图可见，7A出端电压u7A加到信号处理电路6(该电路含多个门电路和锁存器，负责对各比较器的输出电压进行逻辑加工和锁存)，其输出电压u6接到钳位晶体管V3的基极对V3的状态进行控制。2023/2/2上海理工大学YWH812023/2/281启动延时

由图可见，与V3并联的电容Cs接到比较器4A的同相输入端(4A具有三个同相入端)。当开机时，Ci充电，ui由零逐渐上升，在ui<URs的时，7A输出电压u7A=0，它使u6处于高位，V3相应导通，Cs沿V3迅速放电,uy=0，因此在整个锯齿波周期均有uc>uy，u4B=1，u3=0，芯片输出级中V1截止，V2导通，VF处于零栅压而关断；2023/2/2上海理工大学YWH822023/2/282启动延时程序

这一状态持续到ui≥URs，7A动作，u7A=1，t6=0，V3相应关断。ui≤URs的时段即为启动延时间，其数值与时间常数τi=RiCi有关。2023/2/2上海理工大学YWH832023/2/283软启动程序

当V3关断，启动延时程序结束，软启动程序开始，电容Cs沿电源Ucc充电，其端电压uy逐渐上升，上升速取决于时间常数s=RsCs。4A输出电压up的脉宽也相应由窄到宽逐渐增大，输出电压Uo也由低到高渐升，从而实现电路软启动。

2023/2/2上海理工大学YWH842023/2/284软启动程序

本控制器PWM信号占空比D可在0~0.9范围内改变，为了防止脉冲溢出，最大占空比Dm受到限制，这是通过对uy的最大值Uym进行钳位(通过Ucc和Rs、Ro组成的分压器)，Uym须与锯齿波幅值Ucm相匹配，即保证Uym<Ucm。2023/2/2上海理工大学YWH852023/2/2853.电路保护和复位

由前分析可见，V3一旦导通，芯片输出脉冲便被封锁，VF关断。因此大部分具有保护功能的比较器出端都接向信号处理电路6通过对V3的状态控制实现电路保护。2023/2/2上海理工大学YWH862023/2/2863.电路保护和复位

欠电压保护：在正常情况下，比较器7A的入端有ui>URs，u7A=1，u6=0,V3截止。当控制电压Ucc因故降低直至ui<URs，为保障电路安全，7A动作，u7A=0，u6=1，V3导通，封锁压。2023/2/2上海理工大学YWH872023/2/2873.电路保护和复位

过电压保护：正常情况下，比较器7D的入端有UR3<URs(uR3是电阻R3的端压)，u7D=1，u6=0，V3截止，当直流电压Ud过高时，UR3也相应升高。至uR3>URs，7D动作，u7D=0,u6≡1，封锁栅压。2023/2/2上海理工大学YWH882023/2/2883.电路保护和复位限流保护：限流给定值URi从UR分压取得,并接向比较器7E同相输入端，当检流电阻Rcs端电压ufi>URi时，限流比较器7E动作,并输出低电平UE到4A的同相输入端，使PWM信号脉宽变窄，限制VF电流过载。2023/2/2上海理工大学YWH892023/2/2893.电路保护和复位

过电流保护：当电路过电流时，Ufi>UR+UF(UF：400mV)，过电流比较器7F动作，u6≡1，封锁栅压，关断VF。2023/2/2上海理工大学YWH902023/2/2903.电路保护和复位

复位：每次保护动作之后，由于V3导通，uy=0，当过电流、过电压故障排除之后，需要将复位开关S2按下，使复位比较器7B的反相入端瞬间接地，7B动作,u6=0，V3截止，电路重新进入软启动程序。2023/2/2上海理工大学YWH912023/2/2913.电路保护和复位

外部关断：电路在运行中需要临时关机时，按下关断开关S1，使关断比器7C的反相入端接地，7C动作并使V3导通，实现外部关断。2023/2/2上海理工大学YWH922023/2/2924.5.3正激式电路(Forward电路)

一、单管正激式电路

单管正激式电路如图所示，由图可见其电路结构与反激式电路很相似，不同之处是变压器一次和二次绕组极性相同(图中同名端同处上端)。因此当VF导通时，W2中电压u2为2023/2/2上海理工大学YWH932023/2/293

正激式电路(Forward电路)当VF导通时，二极管VD1正偏导通。该时区等效电路如图所示。由图可见，电源通过VF和VD1向负载供电，这显然不同于反激式电路，变压器因此无需作为储能电感运行。所以出端串联滤波电感Lo(为保证电感电流连续同时反并二极管VD3).2023/2/2上海理工大学YWH942023/2/294正激式电路(时区A)在图的时区A中，VF中电流i1为式中，i21是负载电流i2的折算值；im是励磁电流。由于i2=iL，而Lo端电压uL为开关器件电压2023/2/2上海理工大学YWH952023/2/295正激式电路(时区A)在本时区i2(iL)将线性上升，相应地i21也线性上升，如图所示。在本时区有

上式表明，铁心磁通Φ线性上升，当t=DT时，磁通增量ΔΦN为

式中，Φ和Φm是Φ在本时区的初值和终值。相应地励磁电流im也线性上升，当t=DT，im=Im。2023/2/2上海理工大学YWH962023/2/296正激式电路(时区B)

当t=DT时，ug=0，VF关断，i1=0，电路进入时区B。为了维持电感电流iL连续，VD3正偏导通,iL从VD1移入VD3；为了维持励磁电流im连续，VD2正偏导通，im由W1移入W3，绕组W3的作用是将存储在铁心中的能量返回电源，使铁心磁复位，故称磁复位电路，绕组W3称为复位绕组。2023/2/2上海理工大学YWH972023/2/297正激式电路(时区B)必须指出，磁复位电路有多种形式,此处为常用的一种，该电路的存在使u1被钳位，避免VF的关断过电压。本时区的等效电路如图下所示，W3端电压u3可表示为2023/2/2上海理工大学YWH982023/2/298铁心中磁通

上式表明，铁心中磁通线性下降，与此相应，im也线性下降，在经历DaT时间之后，im=0磁通变量ΔΦF可表示为：上式表明，ΔΦF=ΔΦN，铁心磁通减至本工作循环的初值Φ。为了保证铁心复位，复位时间DaT应保持：2023/2/2上海理工大学YWH992023/2/299解出为了扩大占空比D的可调范围，匝数N3应选择较小些。由图当VD2导通时，在W1感生的电压为：VF必须承受的正向阻断电压Udsm为:铁心中磁通2023/2/2上海理工大学YWH1002023/2/2100铁心中磁通

由上式可知，N3值越小则Udsm值越高。通常选N1=N3，即D=0.5，Udsm=2Ud。2023/2/2上海理工大学YWH1012023/2/2101

当t=(D+Da)T时，由于im=0，VD2关断，等效电路如图所示，Lo继续释放能量，iL继续沿VD3流过，其他器件关断，u1=u2=u3=0，uds=Ud,(参阅图时区c的电量波形)。VD2关断时的电路分析Lo2023/2/2上海理工大学YWH1022023/2/2102

根据理想条件，Lo端电压uL在一个周期中的平均值为零，也即uD的平均值UD=0，由图中uD波形可得

即上式表明，在理想条件下，单管正激电路的电压增益仅取决于D值，是一种降压型电路。

电压增益分析2023/2/2上海理工大学YWH1032023/2/2103二、单管正激式多重电路

为了获得更大的输出功率，常用多个基本电路在负载端并联，习惯上称为多重电路(由单个基本电路构成的则称为单重电路)。由于各基本电路开关频率相同，但以时差T/N分时工作(T是开关周期，N是重数)，故入端和出端电流的重复频率是器件开关频率的N倍。左图是单管正激式双重电路。2023/2/2上海理工大学YWH1042023/2/2104单管正激式多重电路

左图是其栅压时序和输出电流波形，由图可见占空比D=0.25，输出电流io的脉动量ΔIo远小于每一基本电路的输出电流iL的脉动量ΔIL。据此，对相同的输出纹波，滤波电感的重量体积均可减小。2023/2/2上海理工大学YWH1052023/2/2105三、单管正、反激式电路

不管是单重或是多重结构，凡采用单管正激式电路就必须配备磁复位电路，不管采用哪种复位电路都会增加成本和损耗。如果将图2-16c中二次绕组i2的波形和图2-21e中复位绕组电流im的波形和时序作一比较，读者可以发现，图2-2la正激式电路所采用的磁复位绕组的工作实际上与图2-16a的反激式电路是非常相似的，所不同的是前者将励磁能量返回直流电源而后者则传递给负载。2023/2/2上海理工大学YWH1062023/2/2106三、单管正、反激式电路

不管是单重或是多重结构，凡采用单管正激式电路就必须配备磁复位电路，不管采用哪种复位电路都会增加成本和损耗。磁复位电路2023/2/2上海理工大学YWH1072023/2/2107三、单管正、反激式电路

正激式电路所采用的磁复位绕组的工作实际上与反激式电路是非常相似的，所不同的是前者将励磁能量返回直流电源而后者则传递给负载，若设法将励磁能量也传递给负载，则上述问题便可以解决。这就是单管正、反激式电路的基本思路。2023/2/2上海理工大学YWH1082023/2/2108单管正、反激式电路由图可见，电路实际上是将正激电路中的磁复位电路从变压器T的一次侧搬到二次侧并构成两个变换电路的并联运行，因而输出功率增加，效率提高。分析表明，在CCM状态下，大部分能量由正激绕组N2传递，其余的由反激绕组N3传递。2023/2/2上海理工大学YWH1092023/2/2109四．双管正激式电路

反激式电路由于受到输出变压器储能的限制，输出功率较正激式电路小，但上述几种电路的共同弱点是功率管VF的正向阻断电压较高，为了降低电压，扩大电路的应用范围，提出了如图所示的双管正激式电路。2023/2/2上海理工大学YWH1102023/2/2110双管正激式电路

反激式电路由于受到输出变压器储能的限制，输出功率较正激式电路小，但上述几种电路的共同弱点是功率管VF的正向阻断电压较高，为了降低电压，扩大电路的应用范围，提出了如图所示的双管正激式电路。2023/2/2上海理工大学YWH1112023/2/2111双管正激式电路

由图可见，变压器二次绕组侧的电路与单管正激电路相仿；一次绕组则从全桥电路对角线ab间接出，各桥臂分别由VF和VD组成。栅压ugl和ug3同相，脉宽DT(D<0.5)，当ug1=ug3=Ugm时，VF1和VF3导通，uab=u1=Ud,u2=n21Ud，D3正偏导通，直流电源经VF1、VF3和VD3向负载供电.2023/2/2上海理工大学YWH1122023/2/2112双管正激式电路当t>DT时,ug1=ug3=0，VF1和VF3相应关断，为了维持负载电流连续，反并二极管VD4正偏导通，iL由VD3移到VD4中；为了维持变压器磁化电流im连续，VD1和VD2正偏导通,u1=-Ud，u2=-n21Ud，VD3反偏截止,im由VF1和VF2移到VD1和VD2中。

2023/2/2上海理工大学YWH1132023/2/2113双管正激式电路

由于W1绕组电压u1=-Ud，变压器铁心磁通线性下降，im也相应线性下降并沿VD1和VD2流向入端滤波电容Cd，将原先存储在磁场中的能量转化为电场能量。2023/2/2上海理工大学YWH1142023/2/2114双管正激式电路由此可见，VD1和VD2起着磁复位电路的作用，只要D≤0.5，铁心便能实现磁复位；由于im升降的速度相同，故在t=2DT之后，im=0，VD1和VD2关断，桥中各器件均处于断态，Uab=u1=0，iL继续沿VD4续流，这一时区的宽度为DµT=(1-2D)T。上升时间为DT2023/2/2上海理工大学YWH1152023/2/2115双管正激式电路小结综上所述，电压u1在一个开关周期中各时区的取值可表示为:符号“0”表示器件处于通态，“1”表示器件处于断态。2023/2/2上海理工大学YWH1162023/2/2116双管正激式电路小结

VF1和VF3的端电压uds可表示为;上式表明，在双管正激式电路中，由于VD1和VD2在VF1和VF3关断之后相继导通，VF1和VF3的最高正向阻断电压被钳位在电源电压上，即UdSm=Ud，这显然比单管正激电路低一半。2023/2/2上海理工大学YWH1172023/2/2117双管正激式电路小结

必须指出，在VF或VD的导通期中，W1中的电流方向相同，也即变压器铁心只工作于磁化曲线的第一象限，单向磁化，故铁心利用率不高。由于桥的上下臂VF和VD反串连接，无共态导通，其可靠性远高于上下臂顺串连接的桥式电路。双管正激电路的弱点是：

1)由于磁复位的需要，D<0.5，电路直流电压利用率不高、电压调节范围小；

2)变压器二次侧电压高，相应地VD3和VD4的电压应力大，限制双管电路在高直流输出电压场合的应用；

3)输出电压和电流的脉动较大。2023/2/2上海理工大学YWH1182023/2/21184.6电流双象限电路单象限直流变换电路的特点是输出电压平均值Uo随占空比D值而变，但不管D为何值，Uo的极性始终为正，即电路运行于外特性的第一象限。这对于直流开关电源一类设备是能够满足要求的，但对直流调速系统和不间断电源系统等设备，上述性能便不完全能满足要求，因而发展了多象限直流变换电路。2023/2/2上海理工大学YWH1192023/2/21194.6.1双象限电路的分类

1．电流双象限电路电流双象限电路指输出电流平均值Io的幅值和极性均随控制电压us而变，但输出电压平均值Uo的极性却始终为正，即电路仅运行于第一和第二象限。当负载为直流电动机时，可构成具有电阻制动能力的不可逆调速系统，如机车牵引拖动系统，当电路工作于第一象限时，电动机运行于正转电动状态；当减速或停车时，电路则转到第二象限，电动机运转处于正转制动状态，将电动机储能反馈回电源以节省电能。2023/2/2上海理工大学YWH1202023/2/21202．电压双象限电路

所谓电压双象限电路是电路输出电压平均值Uo的幅值和极性均随控制信号us而变，但输出电流平均值Io却始终为正，即电路可工作于第一和第四象限。当负载为直流电动机时可构成适用于位负载的调速系统，如卷扬机提升机构的电力拖动系统便属于这一类。2023/2/2上海理工大学YWH1212023/2/2121双象限电路

综上所述，由于双象限电路的输出量平均值中有一个是极性可变的，因此其能量传递方向是可逆的。带电动机负载时，电动机可通过变换电路从电源吸取能量，也可通过变换电路向电源反馈能量，这不仅改善了调速系统的性能，也产生节能效益。2023/2/2上海理工大学YWH1222023/2/21224.6.2电流双象限电路

电流双象限电路的主电路结构如图所示，图中Lo是输出滤波电感和直流负载等效电感之和，u2是有源负载的等效电压(电动机负载下，该电压与电枢反电动势相平衡)，由图可见该电路可视为由VT1和VD1组成的Buck电路和由VT2、VD2组成的Boost电路的组合。ui2023/2/2上海理工大学YWH1232023/2/21234.6.2电流双象限电路

当电能由电源输向负载时，VT1和VD1工作，输出电流的平均值Io>0，电路工作于第一象限；相反，当有源负载向电源反馈能量时，VT2和VD2工作，Io<0，电路工作于第二象限。2023/2/2上海理工大学YWH1242023/2/21241.Io>0的工作情况

由图可见，对于所有的开关状态，输出电压uo可表示为

上式表明，uo在一个开关周期中的平均值uo>0，因此当Io>0时，必然有输出功率Po=UoIo>0。必须指出，工作象限是对应于电量的平均值，在第一象限中运行并不排斥Po<0(io<0)的时区存在。2023/2/2上海理工大学YWH1252023/2/2125(1)基本假定

直流电压ud≡Ud，Lo值足够大，io为连续并可视为线性升降，电路等效内阻为ro。2023/2/2上海理工大学YWH1262023/2/2126(2)控制极信号的时序分布

由图可见，ug1和ug2在相位上互补，其脉宽分别为DT和DoT，占空比D值受控于控制信号us的幅值。2023/2/2上海理工大学YWH1272023/2/2127(3)工作过程分析

由左图可见，一个开关周期包含有a～d四个时区：2023/2/2上海理工大学YWH1282023/2/2128工作过程分析（a时区）

在a时区有Ug1>0，ug2=0，但由于io<0，VD2续流导通，输出电压uo=Ud，负载向电源反馈能量，iβ<O，来自电源的电流id和负载电流iβ一起向滤波电容Cd充电。2023/2/2上海理工大学YWH1292023/2/2129工作过程分析（b时区）

当t=t1时，iD2=0，VD2有ZVZCOFF，VT1相继导通(ZCON),io>0，负载转从电源吸取能量。2023/2/2上海理工大学YWH1302023/2/2130工作过程分析（c时区）

T=t2时，Ug1=0，VT1关断，为维持io连续,VD1相继导通，uo=0,iβ=0，Lo释放储能以维持负载电流。随着Lo中储能减小，io线性下降。2023/2/2上海理工大学YWH1312023/2/2131工作过程分析（d时区）

当t=t3时，iD1=io=0,VD1ZCOFF，VT2相继导通，io<0，电路进入时区d工作，Lo端电压uL的实际方向在本时区与io同向，负载能量转移到Lo中。2023/2/2上海理工大学YWH1322023/2/2132工作过程分析（d时区）

当t=t3时，iD1=io=0,VD1ZCOFF，VT2相继导通，io<0，电路进入时区d工作，Lo端电压uL的实际方向在本时区与io同向，负载能量转移到Lo中。t=t4，完成一个开关周期。2023/2/2上海理工大学YWH1332023/2/2133电路工作在第一象限

由图可见，io在一个周期中的平均值Io>0(相应地输入电流平均值Iβ>0)，输出功率平均值Po=UoIo>0，电路工作在第一象限。2023/2/2上海理工大学YWH1342023/2/2134(4)电压增益由图列直流方程有式中，D=Uo/Ud。可见，当Io>0时，电流双象限电路属降压型电路。2023/2/2上海理工大学YWH1352023/2/2135(5)输出电流平均值Io根据上式Io可写成

上式表明，Io的数值和极性取决于DUd和U2的差值;当DUd>U2时，Io>0.在图中有Ta>Tb(Ta是io>0的时间，Tb是io<0的时间)；若U2维持恒定而D减小并有DUd=U2，则Io=0，图中有Ta=Tb，即空载时DUd与U2相等。2023/2/2上海理工大学YWH1362023/2/21362．Io<0的工作情况

画出Io<0时的电量波形，由图可见，ug1和ug2的时序分布与上图（c）相同，因而Uo相同，但由于某种原因使U2增大，并有U2>Uo，于是Io<0，在左图中有Ta<Tb，电路进入第二象限；图（c）2023/2/2上海理工大学YWH1372023/2/21372．Io<0的工作情况(xu)若差值u2−Uo很大，相应的Io值很大，以至Ta=0,Tb=T，电路中只有VT2和VD2导通，但u0波形不变，若考虑电路内阻r0，仍有:2023/2/2上海理工大学YWH1382023/2/21382．Io<0的工作情况(xu)

上式中电压的涵义不变：以U2为例，在第一象限时(Io>0)，U2是负载电压；而当电路转到第二象限运行时(Io<0)，U2则是电源电压。所以说，电流双象限电路工作于第一象限时为降压型电路；而在第二象限时电能反向流传，可视为升压型电路。2023/2/2上海理工大学YWH1392023/2/21393．输出电流脉动量ΔIo

由于电路结构的原因，在电流双象限电路中，电流过零时总有臂内换流产生，不管电路工作在第一象限或第二象限(图中t1和t3时刻)。因此电路输出电流无断续状态，但有电流脉动量ΔIo，根据理想条件，io按线性升降并忽略ro影响。在内有：

所以2023/2/2上海理工大学YWH1402023/2/21403．输出电流脉动量ΔIo当D=0.5时，ΔIo有最大值ΔIom，且可表示为上式表明，ΔIo与滤波电感Lo，开关频率f成反比，提高Lo和f均可降低ΔIo。对于直流调速系统，降低ΔIo的实际意义在于降低脉动转矩，保证系统在低速下平稳运行。2023/2/2上海理工大学YWH1412023/2/21414.6.4缓冲电路

1．电流双象限电路的换流方式由图可见，电路分别在t1、t2、t3和t4等处产生电流的转移。在理想条件下，这些转移均在瞬间完成，但从电路结构角度出发，上述换流可分以下两类:2023/2/2上海理工大学YWH1422023/2/2142(1)臂内换流

指同属于一个导电臂器件间的电流转移，如在t1时有VD2关断而VT1相继导通，VD1有ZCZVOFF，VT1有ZCZVON，显然换流是在零电流条件下进行的，即便是半控型器件，换流也能自动完成，故称自然换流。2023/2/2上海理工大学YWH1432023/2/2143(2)臂间换流

指两导电臂器件间的电流转移，如在t2时的电流转移，由于VT1关断前正流过峰值电流Iom，为了维持负载电流io连续，VD1开通后必须立即达到Iom，因此换流是在载流条件下进行，首先必须强制VT1中的电流下降为零。这种换流过程较为复杂,若处理不当便会出现关断过电压，称为强制换流。2023/2/2上海理工大学YWH1442023/2/21442．缓冲电路(自学）

图中由NPT-IGBT模块组成的电流双象限电路，点划线框内为缓冲电路。由图可见，该缓冲电路由Ls、Cs、VDs和Rs组成，其中Ls为主电路的布线电感，Co是模块的等效输出电容，上下臂的电路参数相等如Rs1=Rs2，而Ls<<Lo,Co<<Cs.由于换流期相对于整个开关周期T很短暂，故可认为在换流期中io≡Io。2023/2/2上海理工大学YWH1452023/2/2145(1)缓冲电路原理

根据上述电流双象限电路换流特点，以下着重分析臂间换流过程，图所示为VG1向VD1换流时的电量波形(对应于图2-27b中的t2时刻)，由图可见，整个换流过程包含以下5个时区。2023/2/2上海理工大学YWH1462023/2/21461)VG1稳定导通期(时区a)在本时区中ug1=Ugm，ug2=0，VGl导通，VG2正向阻断(VD1反偏截止)；Cs1和Cs2的初充电压uc1=uc2=Ud，VDs1反偏截止，因此Cs1中的储能不会沿VG1消耗；VDs2的反偏电压仅为VG1的正向导通压降，iβ=it1=io=Iom，电路处于稳态，其等效电路如上图所示。2023/2/2上海理工大学YWH1472023/2/2147

2)Co1-VG1换流期(时区b)当t=t1时有ug1=0，ug2=Ugm，设iT1线性下降，其余电流将移入Co1，按原设应有iβ=ico1+iT1≡Iom，则ico1将线性上升。由于Co1值很小,uT1将迅速上升，故换流期很短，等效电路如上图所示；t=t2时有iT1=0，ico1=Iom，ut1=Ud，Co1与VG1间的换流结束。2023/2/2上海理工大学YWH1482023/2/21483)Cs-VD1换流期（时区c）当Co1继续充电时，其端电压将高于Ud，VD1和VDs1均正偏导通，等效电路为上图。由于Co1<<Cs1，Co1+Cs1≈Cs1，Co1中电流立即移入Cs1，由Ls、Cs1和VDs1组成的串联电路投入工作，根据电路初值和状态有：2023/2/2上海理工大学YWH1492023/2/2149

3)Cs-VD1换流期（时区c）当时，有，式中上式表明，原先存储在Ls中的磁能在本时区中转化成Cs中的电能并产生电压超量ΔU，由式可见ΔU

值与Iom、Ls和Cs有关。2023/2/2上海理工大学YWH1502023/2/2150

4)Cs放电期(时区d)

由于ic1=0，VDs1关断，Cs中的反向电流改由Rs1流过，等效电路如上图所示。由于Rs1>Zs/2，因而由Ls、Cs1和Rs1组成的串联电路具有过阻尼状态，电容Cs1中储能沿Rs1、电源和Ls的回路释放出来，并大部分消耗在电阻Rsl上。随着电容中储能的减小，uc1逐渐下降，至t=t4时，uc1=Ud，ic1=0，Cs1放电结束。2023/2/2上海理工大学YWH1512023/2/2151

5)VD1稳定导通期(时区e)当t>t4时,iβ=ic1=0,uL0=0,uT1=Ud，VG1、VDs1和VDs2均处于截止，VD1稳定导通，id1=io=Iom，VG1向VD1的换流过程结束。同样，在下图的时刻，有VT2向VD2换流(臂间换流，即上图中VG2向VD2换流)，其过程与上类似，图2-29f～h是该换流过程的主要等效电路，读者可用以自行分析。2023/2/2上海理工大学YWH1522023/2/2152(2)电路参数选择

根据给定的电压超量ΔU、电路的分布电感Ls和最大负载电流Iom来确定电容Cs和电阻Rs。同学们自己学习。下面有一个电流双象限的示例，