电力电子技术-新能源变换技术教学课件：6.2 升降压式直流斩波电路、库克直流斩波电路和全桥式直流斩波电路

新能源变换技术

升降压式直流斩波电路、库克直流斩波电路和全桥式直流斩波电路升降压式直流斩波电路、库克直流斩波电路和全桥式直流斩波电路3、升降压式直流斩波电路该电路结构是储能电感L与负载R并联，续流二极管VD反向串接在储能电感与负载之间。一、直流斩波电路（1）电路的结构3、升降压式直流斩波电路①当开关VT导通时，电源E经VT给电感L充电储能，电感电压上正下负，此时VD被负载电压（下正上负）和电感电压反偏，流过VT的电流为i1（等于iL）。一、直流斩波电路（2）工作原理3、升降压式直流斩波电路由于VD反偏截止，电容C向负载R供能并维持输出电压U0基本恒定，负载R及电容C上的电压极性为上负下正，与电源极性相反；一、直流斩波电路（2）工作原理3、升降压式直流斩波电路②开关VT关断，电感L电压极性变反（上负下正），VD正偏导通，电感L的储能通过VD向负载R和电容C释放，放电电流为I2，电容C充电储能，负载R也得到电感L的能量。一、直流斩波电路（2）工作原理一、光伏发电系统直流变换器的特点（3）基本数量关系电路处于稳态时，每个周期内电感电压uL对时间的积分值为零，即：在开关VT导通期间，有uL=E；而在VT截止期间，uL=-u0。于是有Eton=U0toff

输出电压表达式可写成：一、光伏发电系统直流变换器的特点（3）基本数量关系改变D输出电压既可高于输入电压，也可低于输入电压。当0<D<1/2时，斩波器输出电压低于输入电压，此时为降压变换；当1/2<D<1时，斩波器输出电压高于输入电压，此时为升压变换。4、Cuk（库克）直流斩波电路Cuk斩波电路是升降压式斩波电路的改进电路。优点是直流输入电流和负载输出电流连续，脉动成分较小。一、直流斩波电路（1）电路的特点4、Cuk（库克）直流斩波电路①当控制开关VT导通时，电源E经L1→VT回路给L1充电储能，C通过C→L2→R→VT回路向负载R输出电压，负载电压极性下正上负。一、直流斩波电路UL=E-U0（2）工作原理4、Cuk（库克）直流斩波电路②当控制开关VT截止时，电源E通过L1→C→VD回路向电容C充电，极性为左正右负；L2通过L2→VD→R→L2回路向负载R输出电压，电压的极性为下正上负，与电源电压相反。一、直流斩波电路UL=E-U0（2）工作原理（3）基本数量关系稳态时，电容C在一个周期内的平均电流为零，即：设电源电流i1的平均值为I1，负载电流i2的平均值为I2，开关S接通B点时相当于VT导通，如果导通时间为ton，则电容电流和时间的乘积为I2ton；开关S接通A点时相当于VT关断，如果关断时间为toff，则电容电流和时间的乘积为I1toff。一、直流斩波电路（3）基本数量关系由电容C在一个周期内的平均电流为零的原理可写出表达式：从而可得：一、直流斩波电路（3）基本数量关系忽略Cuk斩波电路内部元件L1、L2、C和VT的损耗，根据上图等效电路，可得到：电源输出的电能EI1等于负载上得到的电能U0I2，即：一、直流斩波电路由此可以得出输出电压U0与输人电压E的关系为：5、全桥式直流斩波电路全桥斩波电路有两个桥臂，每个桥臂由两个斩波控制开关VT及与它们反并联的二极管组成。优点是变换器可以在四象限运行。一、直流斩波电路UL=E-U0（1）电路的特点全桥斩波电路5、全桥式直流斩波电路如果变换器同一桥臂的两个开关管VT在任一时刻都不同时处于断开状态，则输出电压uo完全由开关管的状态决定。一、直流斩波电路UL=E-U0（2）工作原理全桥斩波电路5、全桥式直流斩波电路负直流母线N为参考点，U点的电压uUN：一、直流斩波电路UL=E-U0（2）工作原理全桥斩波电路VT1导通正的负载电流io将流过VT1VD1导通负的负载电流io将流过VD1U点的电压：UUN

=E5、全桥式直流斩波电路类似地，当VT2导通时，负的负载电流io将流入VT2；或当VD2导通时，正的负载电流io将流过VD2，则U点的电压为：uUN=0。一、直流斩波电路UL=E-U0（2）工作原理全桥斩波电路综上所述，uUN仅取决于桥臂U是上半部分导通还是下半部分导通，而与负载电流io的方向无关，因此UUN为：一、直流斩波电路式中，ton和toff分别是VT1的导通和断开时间，DVT1是开关管VT1的占空比。由此可知，UUN仅取决于输入电压E和VT1的占空比DVT1。因此，输出电压Uo(=UUN-UVN)也与变换器的输入电压E、开关占空比DVT1和DVT3有关，而与负载电流io的大小和方向无关；一、直流斩波电路如果变换器同一桥臂的两个开关管同时处于断开的状态，则输出电压uo由输出电流io的方向决定。这将引起输出电压平均值和控制电压之间的非线性关系，所以应该避免两个开关管同时处于断开的情况发生。（3）全桥式变换器有两种PWM的控制方式一、直流斩波电路双极性PWM控制方式单极性PWM控制方式（3）全桥式变换器有两种PWM的控制方式在该控制方式下，全桥斩波电路图中的（VT1、VT4）和(VT2、VT3)被当作两对开关管，每对开关管都是