武汉理工大学：《电力电子技术》课程教学课件（课件讲稿）第4章 直流-直流变换器

第4章直流-直流变换器

第4章 直流-直流变换器

主要内容: 降压变换器、升压变换器、降压-升压变换器的 拓扑结构、工作原理、在电流连续和断续模式 下的各物理量之间的函数关系 ■全桥式直流-直流变换器在单极性和双极性控制 方式时的工作原理; ■影响直流-直流变换器输出电压纹波的因素; ■几种不同变换器的开关利用率

主要内容： „ 降压变换器、升压变换器、降压-升压变换器的 拓扑结构、工作原理、在电流连续和断续模式 下的各物理量之间的函数关系； „ 全桥式直流-直流变换器在单极性和双极性控制 方式时的工作原理； „ 影响直流-直流变换器输出电压纹波的因素； „ 几种不同变换器的开关利用率

41简介

4.1 简 介

直流-直流变换器也称为斩波器,通过对电力电子 器件的通断控制,将直流电压断续地加到负载 上,通过改变占空比改变输出电压平均值。 直流-直流变换器主要有如下几种基本型式: ■1.降压直流-直流变换器( Buck converter) ■2.升压直流-直流变换器( Boost converter) ■3.降压-升压复合型直流-直流变换器(Buck- Boost Converter) 4.丘克直流-直流变换器 ■5.全桥式直流-直流变换器( Full bridge Converter)

直流-直流变换器也称为斩波器，通过对电力电子 器件的通断控制，将直流电压断续地加到负载 上，通过改变占空比改变输出电压平均值。 直流-直流变换器主要有如下几种基本型式： „ 1. 降压直流-直流变换器(Buck Converter) „ 2. 升压直流-直流变换器(Boost Converter) „ 3. 降压-升压复合型直流-直流变换器(Buck￾Boost Converter) „ 4. 丘克直流-直流变换器 „ 5. 全桥式直流 - 直流变换器 ( Full Bridge Converter)

4.2直流-直流变换器的控制

4.2 直流-直流变换器的控制

■基本的直流-直流变换器和它的输出波形

„ 基本的直流 -直流变换器和它的输出波形

开关管导通时,输出电压等于输入电压U;开关管断 开时,输出电压等于0。输出电压波形如上图所示,输 出电压的平均值U为 ron U, dt +['s odt=onUs=DUd (4-1) 式中 -开关周期 D开关占空比, 改变负载端输出电压有3种调制方法: 1.开关周期下保持不变,改变开关管导通时间tn?也称 为脉宽调制(PMM)。 ■2.开关管导通时间t保持不变,改变开关周期7。 ■3.改变开关管导通时间t,同时也改变开关周期T

„ 开关管导通时，输出电压等于输入电压Ud；开关管断 开时，输出电压等于0。输出电压波形如上图所示，输 出电压的平均值Uo为 (4-1) 式中 Ts—开关周期 D—开关占空比， „ 改变负载端输出电压有3种调制方法： 1．开关周期Ts保持不变，改变开关管导通时间ton。也称 为脉宽调制(PWM)。 „ 2．开关管导通时间ton保持不变，改变开关周期Ts。 „ 3. 改变开关管导通时间ton，同时也改变开关周期Ts。 ( ) d d s s on d on on 0 s o 0 1 U DU Tt U dt dt T U Tt t = ∫ + ∫ = = s on T t D =

■方式1的PWM是最常见的调制方式,这主要是因为后2 种方式改变了开关频率,而输出级滤波器是根据开关 频率设计的,显然,方式1有较好的滤波效果。 ■图4-2(a)是脉宽调制方式的控制原理图。给定电压与实 际输出电压经误差放大器得到误差控制信号,该信 号与锯齿波信号比较得到开关控制信号,控制开关管 的导通和关断,得到期望的输出电压。图4-2(b)给出了 脉宽调制的波形。锯齿波的频率决定了变换器的开关 频率。一般选择开关频率在几千赫兹到几百千赫之间

„ 方式1的PWM是最常见的调制方式，这主要是因为后2 种方式改变了开关频率，而输出级滤波器是根据开关 频率设计的，显然，方式1有较好的滤波效果。 „ 图4-2(a)是脉宽调制方式的控制原理图。给定电压与实 际输出电压经误差放大器得到误差控制信号uco，该信 号与锯齿波信号比较得到开关控制信号，控制开关管 的导通和关断，得到期望的输出电压。图4-2(b)给出了 脉宽调制的波形。锯齿波的频率决定了变换器的开关 频率。一般选择开关频率在几千赫兹到几百千赫之间

误差 放大器 Ud 比较器 开关控制信号 锯齿波ls (a)PWM控制原理图 1>l 开关 on 控制 信号 T (b)PWM工作波形

■按照控制电压和锯齿波幅值的关系,开关占空比D可以 表示成 D on (4-2) ■直流-直流变换器有两种不同的工作模式: 1.电感电流连续模式 ■2.电感电流断续模式 ■在不同的情况下,变换器可能工作在不同的模式。因 此,设计变换器和它的控制器参数时,应该考虑这两 种不同的工作模式的特性

„ 按照控制电压和锯齿波幅值的关系，开关占空比D可以 表示成： (4-2) „ 直流-直流变换器有两种不同的工作模式： 1. 电感电流连续模式 „ 2. 电感电流断续模式 „ 在不同的情况下，变换器可能工作在不同的模式。因 此，设计变换器和它的控制器参数时，应该考虑这两 种不同的工作模式的特性。 st co s on U ˆ u T t D = =