電力電子技術(shù)直流變換.ppt

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1、第五章DC-DC變換技術(shù)DC-DC有什么用？如何變換？電壓，電流降壓與升壓降壓電路的兩種方式線性調(diào)節(jié)器模式如圖a所示，在這種模式中晶體管工作在線性工作區(qū)，其輸出電壓為。晶體管模型可以用可調(diào)電阻RT等效，其等效電路如圖b所示。特點(diǎn)：開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器模式在這種模式中晶體管工作在截止區(qū)和飽和導(dǎo)通區(qū)缺點(diǎn)：電流斷續(xù)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)模式與線性調(diào)節(jié)模式相比具有明顯的特點(diǎn)：1、功耗小、效率高。在DC-DC變換中，電力半導(dǎo)體器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，工作頻率很高，目前這個(gè)工作頻率已達(dá)到數(shù)百甚至1000KHz，這使電力半導(dǎo)體器件功耗減少、效率大幅度提高。2、體積小、重量輕。由于頻率提高，使脈沖變壓器

2、、濾波電感、電容的體積、重量大大減小，同時(shí)，由于效率提高，散熱器體積也減小。還由于DC-DC變換無(wú)笨重的工頻變壓器，所以DC-DC變換體積小、重量輕。3、穩(wěn)壓范圍寬。目前DC-DC變換中基本使用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)脈寬來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓，對(duì)輸入電壓變化也可調(diào)節(jié)脈寬來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，所以穩(wěn)壓范圍寬。DC-DC變換分類：1）按激勵(lì)方式劃分。由于電力半導(dǎo)體器件需要激勵(lì)信號(hào)，按激勵(lì)方式劃分為它激式和自激式兩種方式。2）按調(diào)制方式劃分。目前在變換中常使用脈寬調(diào)制（PWM）和頻率調(diào)制（PFM）兩種方式。3）按儲(chǔ)能電感與負(fù)載連接方式劃分?？煞譃榇?lián)型和并聯(lián)型兩種。4）按電

3、力半導(dǎo)體器件在開(kāi)關(guān)過(guò)程中是否承受電壓、電流應(yīng)力劃分?？煞譃橛查_(kāi)關(guān)和軟開(kāi)關(guān)。所謂軟開(kāi)關(guān)是指電力半導(dǎo)體器件在開(kāi)關(guān)過(guò)程中承受零電壓（ZVS）或零電流（ZIS）。5）按輸入輸出電壓大小劃分?？煞譃榻祲盒秃蜕龎盒?。6）按輸入與輸出之間是否有電氣隔離劃分?？煞譃楦綦x型和不隔離型。降壓斬波電路（Buck）電路結(jié)構(gòu)全控型器件若為晶閘管，須有輔助關(guān)斷電路。續(xù)流二極管負(fù)載出現(xiàn)的反電動(dòng)勢(shì)典型用途之一是拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，也可帶蓄電池負(fù)載。工作原理t=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓uo=E，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升。t=t1時(shí)控制V關(guān)斷，二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓uo近似為

4、零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。通常串接較大電感L使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小。數(shù)量關(guān)系：若ωL》R，則流過(guò)L的電流I在VT通和斷時(shí)保持不變，則有：負(fù)載上的輸出平均電壓Ud=？T不變，變ton—脈沖寬度調(diào)制（PWM）。ton不變，變T—頻率調(diào)制。ton和T都可調(diào)，改變占空比—混合型。斬波電路三種控制方式Buck電路MATLAB仿真升壓斬波電路（BoostChopper）保持輸出電壓儲(chǔ)存電能電路結(jié)構(gòu)1)升壓斬波電路的基本原理工作原理假設(shè)L和C值很大。V處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，電流恒定I1，電容C向負(fù)載R供電，輸出電壓Uo恒定。V處于斷態(tài)時(shí)，電源E和電感L同時(shí)向電容

5、C充電，并向負(fù)載提供能量。數(shù)量關(guān)系設(shè)V通態(tài)的時(shí)間為ton，此階段L上積蓄的能量為設(shè)V斷態(tài)的時(shí)間為toff，則此期間電感L釋放能量為穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中L積蓄能量與釋放能量相等：化簡(jiǎn)得：T/toff>1，輸出電壓高于電源電壓，故為升壓斬波電路?！龎罕龋簧龎罕鹊牡箶?shù)記作b，即。b和a的關(guān)系：因此也可表示為電壓升高得原因：電感L儲(chǔ)能使電壓泵升的作用電容C可將輸出電壓保持住如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能量?jī)H由負(fù)載R消耗，即：。與降壓斬波電路一樣，升壓斬波電路可看作直流變壓器。輸出電流的平均值Io為：電源電流的平均值I1為：升降壓斬波電路(buck-boos

6、tChopper)電路結(jié)構(gòu)基本工作原理a)otb)oti1i2tontoffILIL升降壓斬波電路及其波形a）電路圖b）波形V通時(shí)，電源E經(jīng)V向L供電使其貯能，此時(shí)電流為i1。同時(shí)，C維持輸出電壓恒定并向負(fù)載R供電。V斷時(shí)，L的能量向負(fù)載釋放，電流為i2。負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反，該電路也稱作反極性斬波電路。數(shù)量關(guān)系穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T內(nèi)電感L兩端電壓uL對(duì)時(shí)間的積分為零，即所以輸出電壓為：V處于通態(tài)uL=EV處于斷態(tài)uL=-uo結(jié)論當(dāng)0

7、例1.在圖所示的降壓斬波電路中，已知E＝200V，R=10Ω，L值極大，Em=30V。采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng)T=50us，ton=20us時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值Ud﹑輸出電流平均值Id。例2.畫(huà)出升壓斬波電路，其中已知E=50V,L值和C值極大，R=20Ω，采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng)T=40us,ton=25us時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值U0﹑輸出電流平均值I0。Cuk電路由于Buck-Boost變換器的電感L在中間，其輸入和輸出電流的脈動(dòng)都很大。針對(duì)這一缺點(diǎn)，美國(guó)加州理工大學(xué)的SlobdanCuk教授提出了單管Cuk變換器，該變換器使用了兩個(gè)電感，一個(gè)在輸入端，

8、一個(gè)在輸出端，從而減小了電流脈動(dòng)。Cu