广东工业大学：《电力电子技术》课程教学资源（PPT课件讲稿）第3章 直流斩波电路

(gp 章直糙斩浪电路 5。喜本新电隆 5。仓新电路多多量新电隆 Power electronics

1 第3章 直流斩波电路 3.1 基本斩波电路 3.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路

(gp 各3章直症新电路 直流斩波电路(直流-直流变换器) 将直流电变 为另一固定电压或可调电压的直流电(不包括直流一交流一直流 直流斩波电路的种类 ◎6种基本斩波电路:降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩 波电路、(k斩波电路、sepi斩波电路和Zeta斩波电路,其中 前丙种是最基本的电路 复合斩波电路——不同基本斩波电路组合 多相多重斩波电路——相同结构基本斩波电路组合 Power electronics

2 第3章 直流斩波电路 直流斩波电路（直流--直流变换器） 将直流电变 为另一固定电压或可调电压的直流电（不包括直流—交流—直流） 直流斩波电路的种类 ⚫ 6种基本斩波电路：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩 波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路，其中 前两种是最基本的电路 ⚫复合斩波电路——不同基本斩波电路组合 ⚫ 多相多重斩波电路——相同结构基本斩波电路组合

(gp B善浪电路 3。。|降恳新渡电路 3,1,2升压新渡电路 .3升降压斩新波电路和Gk斩波电路 3。.4 Sepic斩液电路ze新渡电路 Power electronics 3

3 3.1 基本斩波电路 3.1.1 降压斩波电路 3.1.2 升压斩波电路 3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路 3.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路

(gp 3。o降起玩渡电路 ◆V为该电路全控型器件,若采 用晶闸管,需设置使其关新的辅 助电路。 ◆为在V关断肘给负载中的电感 E 电流提供通道,设置了续流二极 管VD。 ◆斩波电路用途之一是拖动直流 电机,也可带蓄电池负载,负载 均会出现的反电动势。 图3-1降压斩波电路的原理图及波形 a)电路图 Power electronics 4

4 3.1.1 降压斩波电路 E V + - M L R VD i o EM uo i G 图3-1降压斩波电路的原理图及波形 a)电路图 ◆V为该电路全控型器件，若采 用晶闸管，需设置使其关断的辅 助电路。 ◆为在V关断时给负载中的电感 电流提供通道，设置了续流二极 管VD。 ◆斩波电路用途之一是拖动直流 电机，也可带蓄电池负载，负载 均会出现的反电动势

(gp 当t=0时刻驱动Ⅴ导通,电源E 向负载供电,负载电压。=E, 负载电流讠按指数曲线上升 当t=1时刻控制V关新,负载 电流经三极管笞ⅥD续流,负载电 玉l0近似为零,负载电流呈指 数曲线下降。为了使负载电流 连续且脉动小,通常串接L值较 大的电感 b) 当电路工作于稳定肘,负载电 流在一个周期的初值和终值相 图3-1降压斩波电路的原理图及波形 b)电流连续时的波形 等 Power electronics 5

5 •当t = 0时刻驱动V导通，电源E 向负载供电，负载电压uo=E， 负载电流i o按指数曲线上升 •当t = t 1时刻控制V关断，负载 电流经二极管VD续流，负载电 压uo近似为零，负载电流呈指 数曲线下降。为了使负载电流 连续且脉动小，通常串接L值较 大的电感。 •当电路工作于稳定时，负载电 流在一个周期的初值和终值相 等。 t t O t O O b) T E uGE t on t off i o i 1 i 2 I 10 I 20 t 1 u o 图3-1降压斩波电路的原理图及波形 b)电流连续时的波形

(gp 负载电压平均值为 onE=onE= CE (3-1) t 式中,t(on为∨处于通态的时间;tom为V处于断态的时间;T为开关周 期;α为导通占空比(简称占空比或导通比)。 降压斩波电路(BuCk变换景) 输出到负载的电压平 均值U最大为E,若减小占空比a,则U随之减小 负载电流平均值为 U-E M (3-2) R Power electronics 6

6 E E T t E t t t Uo = = + = on on of f on R U E I o o − M = （3-1） （3-2） 负载电压平均值为 式中， ton为V处于通态的时间； toff为V处于断态的时间；T为开关周 期； 为导通占空比（简称占空比或导通比）。 降压斩波电路（Buck变换器） 输出到负载的电压平 均值U0最大为E，若减小占空比a，则U0随之减小。 负载电流平均值为

(gp 负载中L值较小,则在∨关 断后,到了12时刻,负载 电流已衰减为零,会出现 负载电流新续,由波形可 见,负载电压平均值会 抬高,一般不希望出现电 图3-1降压斩波电路的原理图及波形 c)电流断续时的波形 流新续的情况。 Power electronics

7 O O O t t t T E E c) uGE t on t off i o t x i 1 i 2 I 20 t 1 t 2 u o E M 图3-1降压斩波电路的原理图及波形 c)电流断续时的波形 负载中L值较小，则在V关 断后，到了t2时刻，负载 电流已衰减为零，会出现 负载电流断续，由波形可 见，负载电压uo平均值会 抬高，一般不希望出现电 流断续的情况

(新波电路三种控制方式 1)脉冲宽度调恻(PWM脉冲调宽型)保持开关周期T不 变,调节开关导通时间n 2)频率调制(调平型)保持开关导通肘间不变,改变开 关周期T 3)、泥合型。ln和7都可调,占空比改变 V为通态期间,设负载电流为1,可列出如下方程 d t ri,+e M-E (3-3) d t 设此阶段电流初值为10,T=LR,解上式得 E-E h1=10e2+ MI-e (3-4) R Power electronics 8

8 斩波电路三种控制方式 1） 脉冲宽度调制（PWM 脉冲调宽型) 保持开关周期T不 变，调节开关导通时间t on 2) 频率调制（调平型） 保持开关导通时间t on不变，改变开 关周期T 3) 混合型 t on和T都可调，占空比改变 V为通态期间，设负载电流为i1，可列出如下方程 设此阶段电流初值为I10， =L/R，解上式得 Ri E E t i L + 1 + M = 1 d d （3-3）         − − = + − −   t t e R E E i I e 1 1 10 M （3-4）

(g)V处于新志期间,设负栽电流为,可列出如下方程 ale +Ri,+EM=o (3-5) d t 设此阶段电流初值为l20,解上式得 2=10e-EM (3-6) R 电流连续肘,有I10=i2(t2) (3-7) (3-8) 20 Ⅴ进入通态肘的电流初值就是Ⅴ在新态阶段结束肘的电流值,反过 来,Ⅴ进入断态肘的电流初值就是Ⅴ在通态阶段结束肘的电流值。 Power electronics 9

9 V处于断态期间，设负载电流为i 2，可列出如下方程 设此阶段电流初值为I20，解上式得 当电流连续时，有 I10 = i2 (t2 ) I20 = i1 (t1 ) V进入通态时的电流初值就是V在断态阶段结束时的电流值，反过 来，V进入断态时的电流初值就是V在通态阶段结束时的电流值。 0 d d 2 M 2 + Ri + E = t i L （3-5）         = − − − −   t t e R E i 2 I20e 1 M （3-6） （3-7） （3-8）

(9)由式(34)、(36)、(37)和(38)得出 1 IE ap T/ (3-9) RR R el,/t EE M E 20 -T/T (3-10) RR R tI T 式 中 p=Tlt; m=EM/E: tItT r ap 将式(3-9)和式(3-10)用泰勒级数近似,可得 110≈12 (a-mE (3-11) R 上式表示了平波电抗器L为无穷大,负载电流完全平直肘的负载 电流平均值,此肘负载电流最大值、最小值均等于平均值。 Power electronics 10

10 R E m e e R E R E e e I T t         − − − − =         − − = 1 1 1 1 M / / 10 1     R E m e e R E R E e e I T t         − − − − =         − − = − − − −     1 1 1 1 / / 20 1 M 由式（3-4）、（3-6）、（3-7）和（3-8）得出  = T / m = EM / E    =  = T T t t 1 1 / （3-9） （3-10） 式中 ； ； 将式（3-9）和式（3-10）用泰勒级数近似，可得 上式表示了平波电抗器L为无穷大，负载电流完全平直时的负载 电流平均值Io，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。 ( ) 1 0 2 0 o I R m E I I = −    （3-11）