第4讲 直流斩波电路2

直流斩波电路2南京工业大学自动化学院23.2.3升降压斩波器升降压斩波电路(buck-boostChopper)电路结构南京工业大学自动化学院3升降压斩波器变换器工作过程演示南京工业大学自动化学院4基本工作原理a)otb)oti1i2tontoffILIL图3-4升降压斩波电路及其波形a）电路图b）波形V通时，电源E经V向L供电使其贮能，此时电流为i1。同时，C维持输出电压恒定并向负载R供电。V断时，L的能量向负载释放，电流为i2。负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。南京工业大学自动化学院5数量关系稳态时，一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零，即Ttu0L0d所以输出电压为：EEtTtEttU1ononoffonoV处于通态uL=EV处于断态uL=-uooffoontUtE南京工业大学自动化学院6图3-4b中给出了电源电流i1和负载电流i2的波形，设两者的平均值分别为I1和I2，当电流脉动足够小时，有：offon21ttII（3-42）由上式得：11onoff21IIttI（3-43）结论当0a1/2时为降压，当1/2a1时为升压，故称作升降压斩波电路。也有称之为buck-boost变换器。其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。2o1IUEI（3-44）otb)oti1i2tontoffILIL南京工业大学自动化学院73.2.4双象限斩波器前面所介绍的斩波器电路，其输出电压的极性和输出电流的方向是固定不变的。若把电压作为纵坐标，电流作为横坐标，则斩波器工作时，电压、电流的数值只在一个象限内变化。而下面要介绍的斩波器电路，其输出电压的极性和输出电流的方向是可以改变的，因此常常按斩波器工作时电压、电流数值所在的象限进行分类南京工业大学自动化学院81、A型双象限斩波器A型双象限斩波器是指输出电流的方向可变，但输出电压极性始终为正，即电路工作在第一和第二象限。ttb)uoioiV1iD1iV2iD2电路结构V1和VD1构成降压斩波电路，电动机为电动运行，工作于第1象限。V2和VD2构成升压斩波电路，电动机作再生制动运行，工作于第2象限。必须防止V1和V2同时导通而导致的电源短路。南京工业大学自动化学院9工作过程（三种工作方式)第3种工作方式：一个周期内交替地作为降压斩波电路和升压斩波电路工作。当一种斩波电路电流断续而为零时，使另一个斩波电路工作，让电流反方向流过，这样电动机电枢回路总有电流流过。电路响应很快。南京工业大学自动化学院102、B型双象限斩波器B型双象限斩波器是指输出电压极性可变，但输出电流平均值始终为正，电路工作在第一和第四象限。电路有三种工作模式：1）两斩波器件CH1和CH2同时导通，且DUE时，负载吸收能量。2）其中一个斩波器件和一个二极管同时导通，例如CH1和VD2同时导通或CH2和VD1同时导通时，ud=0，id经这二个导通的元件续流。3）两个斩波器件CH1和CH2同时关断，两个二极管VD1和VD2同时导通，且UE时，负载放出能量。南京工业大学自动化学院113.2.5四象限斩波器桥式可逆斩波电路——两个电流可逆斩波电路组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压。使V4保持通时，等效为图3-7a所示的电流可逆斩波电路，提供正电压，可使电动机工作于第1、2象限。使V2保持通时，V3、VD3和V4、VD4等效为又一组电流可逆斩波电路，向电动机提供负电压，可使电动机工作于第3、4象限。南京工业大学自动化学院123.4多相多重斩波电路基本概念多相多重斩波电路在电源和负载之间接入多个结构相同的基本斩波电路而构成相数一个控制周期中电源侧的电流脉波数重数负载电流脉波数南京工业大学自动化学院13tOtttttttOOOOOOO1u2u3uoi1i2i3io3相3重降压斩波电路电路结构：相当于由3个降压斩波电路单元并联而成。总输出电流为3个斩波电路单元输出电流之和，其平均值为单元输出电流平均值的3倍，脉动频率也为3倍。总的输出电流脉动幅值变得很小。所需平波电抗器总重量大为减轻。总输出电流最大脉动率（电流脉动幅值与电流平均值之比）与相数的平方成反比。3相3重斩波电路及其波形南京工业大学自动化学院143.5间接直流变流电路用电力电子器件将一种直流电压先变为交流电压，再变为极性、电压值不同的另一种直流电压的变流电路，称为间接直流变流电路(亦称间接DC—DC变流器)。南京工业大学自动化学院15采用交直交电路的原因：输入与输出隔离输出之间隔离输出与输入之间电压比过大交流环节采用较高的工作频率南京工业大学自动化学院163.5.1单端正激式变换器它是由变压器T，晶体管Q，二极管D1和滤波电容C组成。此外还有磁复位绕组，磁复位二极管D2和电感续流二极管D3电路结构南京工业大学自动化学院17TON时:D1导通，传递能量TOFF时:D1截止，磁复位，D3续流实际上和降压变压器工作方式类似设那么输出电压：工作原理南京工业大学自动化学院18当Q导通时，D2截止，N3不参与能量传输当Q截止时，N3上感应电势反号，迫使二极管D2导通。将存储在铁心中的能量返回电源，使铁心复位，当Ｑ截止时，N１上的感应电势箝位于工作模态分析南京工业大学自动化学院19当Q导通时：变压器星号为正端，副边形成功率通路u2=n*ui(n=N2/N1为变比)D2反压截止D3反压截止南京工业大学自动化学院20当Q截止时：变压器星号为负端D3导通，为电感电流续流南京工业大学自动化学院21在晶体管导通时，输入电流包含负载电流折射分量i2’和磁化电流分量im磁化电流将能量储存在变压器磁芯中问题：当晶体管关断时，没有磁场泄放回路，会造成过大的电压应力，危害功率器件解决方法：变压器额外加上复位绕组N3和二极管Ｄ2变压器的磁复位南京工业大学自动化学院22优点：结构简单，控制方便，工作频率较高，变压器的体积和重量小。缺点：整流变压器TR只能外加单方向的电压，铁心只能单方向磁化，因此变压器的利用率较低；输出电流脉动较大，使得滤波器容量也较大。应用：单管传输型变流电路只能用于容量较小的间接直流变流电路中。单端正激式变换器小结南京工业大学自动化学院23同步整流正激变换器南京工业大学自动化学院24SD7559芯片结构南京工业大学自动化学院253.5.2单端反激式变换器(Flyback)电路构成一个开关管、一个变压器、一个二极管、一个电容南京工业大学自动化学院26TON时:D截止，电感储能TOFF时:D导通能量不能突变：磁通不能突变电感电流不能突变工作原理南京工业大学自动化学院27(A)电流连续:南京工业大学自动化学院28b)电流临界连续:波形南京工业大学自动化学院29(b)电流断续:波形Toff’南京工业大学自动化学院30磁通连续：Uo=DnUi/(1-D)n=N2/N1磁通断续：Uo=D2Ui2/(2fL1Io)南京工业大学自动化学院313.5.4推挽变换器南京工业大学自动化学院323.5.4半桥变换器电路结构南京工业大学自动化学院33电阻性负载：南京工业大学自动化学院34加输出整流可得到直流电压，直流输出电压纹波正比于电容C1,C2上的电压脉动。电容充放电电流=IN1/2，，IN1=Po/(ηUi/2)ΔUc=(IN1/2)(T/2)/C，，C=100Po/(ηfγUi2)南京工业大学自动化学院35全桥式变流电路3.5.4全桥变换器南京工业大学自动化学院36Q1D1C1DR1CfLDRVinQ3D3C3Q2D2C2Q4D4C4LrDR2Lf南京工业大学自动化学院37t0t1t2t3t5t6t7t8t9t10t11t12t13Q1Q3Q1Q4Q2Q4ipvAB00vDt4