《直流斬波電路新》PPT課件

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1、第3章DC/DC變換電路·引言DC/DC變換電路（DC/DCConverter）將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電。一般指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟姡话ㄖ绷鳌涣鳌绷?。兩類：按輸入與輸出間是否有電氣隔離非隔離DC/DC變換電路（不帶隔離變壓器)，也稱直流斬波電路。隔離DC/DC變換電路（帶隔離變壓器)13.1直流斬波電路6種基本斬波電路：降壓（Buck）斬波電路、升壓（Boost）斬波電路、升降壓（Buck-Boost）斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路。23.1.1斬波電路的基本控制

2、方式DC-DC變換是采用一個(gè)或多個(gè)開關(guān)（功率開關(guān)器件）將一種直流電壓變換為另一種直流電壓。當(dāng)輸入直流電壓大小恒定時(shí)，則可控制開關(guān)的通斷時(shí)間來改變輸出直流電壓的大小。如果開關(guān)S導(dǎo)通時(shí)間為ton，關(guān)斷時(shí)間為toff，則在輸入電壓E恒定條件下，控制開關(guān)的通、斷時(shí)間ton、toff的相對長短，便可控制輸出平均電壓U0的大小，實(shí)現(xiàn)了無損耗直流調(diào)壓。從工作波形來看，相當(dāng)于是一個(gè)將恒定直流進(jìn)行“斬切”輸出的過程，故稱斬波器。3一、時(shí)間比控制通過改變斬波器的通、斷時(shí)間而連續(xù)控制輸出電壓的大小。即（3-1）式中T=ton+toff=1/f為斬波

3、周期；f為斬波頻率；為導(dǎo)通比?？梢钥闯觯淖儗?dǎo)通比即可改變輸出電壓平均值U0，而的變化又是通過對T、ton控制實(shí)現(xiàn)的。時(shí)間比控制又有以下幾種實(shí)現(xiàn)方式：4（1）脈寬控制斬波頻率固定（即T不變），改變導(dǎo)通時(shí)間ton實(shí)現(xiàn)變化、控制輸出電壓U0大小，常稱定頻調(diào)寬，或脈寬調(diào)制（直流PWM）。圖3-2脈寬控制方式（a）原理電路；（b）控制波形5圖（a）為一電壓比較器，UT為頻率固定的鋸齒波或三角波電壓，Uc為直流電平控制信號(hào)，其大小代表期望的斬波器輸出電壓平均值U0。當(dāng)Uc>UT，比較器輸出UPWM=“1”（高）；當(dāng)Uc

4、“0”（低），從而獲得斬波器功率開關(guān)控制信號(hào)UPWM。改變Uc大小，改變斬波器開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，在UT固定條件下，斬波器開關(guān)頻率固定，實(shí)現(xiàn)了定頻調(diào)寬。6由于斬波器開關(guān)頻率固定，這種控制方式下為消除開關(guān)頻率諧波的濾波器設(shè)計(jì)提供了方便。（2）頻率控制固定斬波器導(dǎo)通時(shí)間ton，改變斬波周期T來改變導(dǎo)通比的控制方式。這種方式的實(shí)現(xiàn)電路比較簡單，但由于斬波頻率變化，消除開關(guān)諧波的濾波電路較難設(shè)計(jì)。（3）混合控制這是一種既改變斬波頻率（即周期T）、又改變導(dǎo)通時(shí)間ton的控制方式，其優(yōu)點(diǎn)是可較大幅地改變輸出電壓平均值，但也由于斬波頻率變化，濾波

5、困難。7二、瞬時(shí)值控制在恒值（恒壓或恒流）控制或波形控制中，常采用瞬時(shí)值控制的斬波方式。此時(shí)將期望值或波形作為參考值，規(guī)定一個(gè)控制誤差ε，當(dāng)斬波器實(shí)際輸出瞬時(shí)值達(dá)指令值上限時(shí)，關(guān)斷斬波器；當(dāng)斬波器實(shí)際輸出瞬時(shí)值達(dá)指令值下限時(shí)，導(dǎo)通斬波器，從而獲得圍繞參考值在誤差帶2ε范圍內(nèi)的斬波輸出。下圖為實(shí)現(xiàn)恒流瞬時(shí)值控制原理性框圖及斬波器輸出波形。83.1.2降壓斬波電路電路結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于開關(guān)穩(wěn)壓電源，直流電機(jī)速度控制，以及需要直流降壓變換的場合。降壓斬波電路(BuckChopper)全控型器件若為晶閘管，須有輔助關(guān)斷電路。續(xù)流二極管L-

6、C形式的低通濾波電路負(fù)載電阻9電感電流iL可能連續(xù)或斷續(xù)，影響變換器的輸出特性。分別討論1、電流連續(xù)時(shí)10輸入、輸出電壓關(guān)系為：（3-2）因，故為降壓變換關(guān)系。輸入、輸出電流關(guān)系為（3-3）因此電流連續(xù)時(shí)Buck變換器完全相當(dāng)于一個(gè)“直流”變壓器。112、電流斷續(xù)時(shí)電流連續(xù)與否的臨界狀態(tài)是VT關(guān)斷結(jié)束時(shí)（或?qū)ㄩ_始時(shí)）電感電流iL=0。12Buck變換器電流斷續(xù)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的波形如圖所示。圖3-7電流斷續(xù)時(shí)波形13■例3-1在3.1.2所示的降壓斬波電路中，已知E=200V，R=10Ω，L值極大，T=50μs，ton=20?s,

7、計(jì)算輸出電壓平均值Uo，輸出電流平均值Io。解：由于L值極大，故負(fù)載電流連續(xù)，于是輸出電壓平均值為輸出電流平均值為143.1.3升壓斬波電路升壓斬波電路（BoostChopper）保持輸出電壓儲(chǔ)存電能電路結(jié)構(gòu)一)升壓斬波電路的基本原理151、電流連續(xù)時(shí)電感電流連續(xù)iL>0時(shí)，有關(guān)波形及VT導(dǎo)通、關(guān)斷兩工作模式下的等效電路。16Boost變換器的輸入、輸出電壓關(guān)系為因?yàn)椋蕿樯龎鹤儞Q關(guān)系。變換器的輸入、輸出電流關(guān)系為因此電流連續(xù)時(shí)Boost變換器相當(dāng)一個(gè)升壓的“直流”變壓器。172、電流斷續(xù)時(shí)隨著負(fù)載的減小，電感電流iL將減小。

8、當(dāng)VT關(guān)斷結(jié)束時(shí)（或?qū)ㄩ_始時(shí)）iL=0，則進(jìn)入電流連續(xù)與否的臨界狀態(tài)，其電感電壓uL、電感電流iL波形如下。18■例3-2在3.1.3所示的升壓斬波電路中，已知E=50V，L值和C值極大，R=20?，采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng)T=40?s，ton=25?s時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均