电力电子技术18(精)

哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术18.1电力电子技术直流－直流开关型变换器(5)5.5全桥DC－DC变换器•DC-DC开关型变换器的输出特性。•前面学习的三种变换器均只能工作在单象限，不能实现电能的双向流动。VoⅠⅡⅢⅣIoVdBUCKBOOSTBUCK-BOOST•利用基本变换器的组合构成复合型变换器，以实现可逆运行方式。哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术18.2电力电子技术直流－直流开关型变换器(5)电流可逆斩波电路(半桥可逆斩波电路）•V1和VD1构成降压斩波电路，负载吸收电能，输出特性位于第1象限。•V2和VD2构成升压斩波电路，负载输出电能，输出特性位于第2象限。•负载电流可正可负，但电压只能是一种极性，故其输出特性位于第1象限和第2象限（或3和4象限）•电路结构：降压斩波电路与升压斩波电路组合。VoⅠⅡⅢⅣIo电流可逆斩波器电流可逆斩波器哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术18.3电力电子技术直流－直流开关型变换器(5)桥式可逆斩波电路（全桥DC－DC变换器）•桥式可逆斩波电路——两个电流可逆斩波电路组合起来，分别向负载提供正向和反向电压。•V4保持通时，左桥臂为电流可逆斩波电路，向负载提供正电压，可使输出特性位于第1、2象限。•V2保持通时，右桥臂为电流可逆斩波电路，向负载提供负电压，可使输出特性位于第3、4象限。VoⅠⅡⅢⅣIo全桥变换器（左桥臂）全桥变换器（右桥臂）哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术18.4电力电子技术直流－直流开关型变换器(5)5.5.1全桥DC－DC变换器的基本工作原理•全桥变换器包括两个桥臂，A和B。•每个桥臂由两个开关及其反并联的二极管组成。开关代表某种全控型电力电子器件，所以是单向导电。哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术18.5电力电子技术直流－直流开关型变换器(5)每桥臂中两个开关的控制规律互补开关方式：一个开关闭合，另一个开关断开。•理想情况下，两个开关不会同时断开。而实际应用中，在两个开关切换的瞬间，它们均断开，以避免因桥臂直通而造成直流电源瞬间短路。这段时间称为空白时间或死区时间。•互补开关方式的优点是：同一桥臂的上下两个开关不会断开，这样可保证负载电流是连续的。•当电流连续时，变换器的输出电压仅由开关状态所决定。•概念区分：开关闭合时，是否能够导通与负载电流方向有关。当负载电流与开关导电方向相反，则反并联的二极管导通，而开关虽闭合却不导通。哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术18.6电力电子技术直流－直流开关型变换器(5)变换器的输出电压ANdvV•TA+闭合，TA-断开时0ANv•TA-闭合，TA+断开时•桥臂A的平均输出电压AA0(donoffANdAsVttVVDDTT为导通占空比）•同理，桥臂B的平均输出电压(BNdBBBVVDDT为导通占空比）•所以，变换器总的输出电压与输出电流的方向无关oANBNVVV哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术18.7电力电子技术直流－直流开关型变换器(5)变换器的控制方式•双极性PWM控制：负载电压的极性正负变化。•单极性PWM控制：负载电压的极性不变化。哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术18.8电力电子技术直流－直流开关型变换器(5)5.5.2双极性PWM控制方式•双极性PWM控制方式下，器件的控制规律•开关分成两对：P1（TA+,TB-）和P2（TB+,TA-）•一对中的两个开关同时闭合或断开。•两对开关总是一对闭合，另一对断开。（互补）哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术18.9电力电子技术直流－直流开关型变换器(5)•开关控制信号的产生方法（控制信号与三角波比较）P1,driveP2,drive1controltrivvPon2controltrivvPon哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术18.10电力电子技术直流－直流开关型变换器(5)•输出电压VoP1,driveP2,drive•P1占空比D1•P2占空比D2＝1－D11(21)oANBNdVVVDV1ANdVDV21(1)BNddVDVDV•Vo在＋Vd和－Vd之间跳变，故称双极性控制。哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术18.11电力电子技术直流－直流开关型变换器(5)•控制关系（控制信号与平均输出电压的关系）P1,driveP2,drive1(21)ˆdodcontrolcontroltriVVDVvkvV1ˆ4controlstrivTtV1122onsttT11(1)ˆ2onscontroltritDTvV控制信号与平均输出电压是线性关系10~oddDVVV在～1间变化时，可在-＋间连续调节哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术18.12电力电子技术直流－直流开关型变换器(5)•输出电流连续，在一个周期内可正负变化。•Io0,电能流向：Vd→Vo；Io0,电能流向：Vo→Vd哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术18.13电力电子技术直流－直流开关型变换器(5)5.5.3单极性PWM控制方式•为改善输出电压的波形（降低脉动），可设法使输出电压在一个开关周期内变为单极性。•A，B两个桥臂需单独控制。哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术18.14电力电子技术直流－直流开关型变换器(5)•开关控制信号的产生方法（双控制信号与三角波比较）controltriAvvToncontroltriBvvTon1(21)ˆoddcontroltriVDVVvVvo=0单极性/2sT哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术18.15电力电子技术直流－直流开关型变换器(5)•单极性与双极性PWM控制的比较•单极性控制下输出电压的频率（2fs)比双极性控制时提高了1倍。（在器件开关频率fs相同的情况下）。因此该控制方式也称为单极倍频方式。•单极性控制下输出电压的脉动幅度（Vd）比双极性控制时降低了1倍。•总之，单极性控制下输出电压的频率高、脉动小，有利于滤波器的设计。哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术18.16电力电子技术直流－直流开关型变换器(5)本章总结5.1直流－直流变换器的控制原理5.2降压（BUCK）变换器电路结构和基本原理，连续导通的工作模式，断续导通工作模式，输出电压的脉动率。5.3升压（BOOST）变换器电路结构和基本原理，连续导通的工作模式，断续导通工作模式，寄生元件的影响，输出电压的脉动率。5.4BUCK－BOOST变换器5.5全桥DC－DC变换器基本工作原理，双极性PWM控制方式，单极性PWM控制方式。1.本章内容哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术18.17电力电子技术直流－直流开关型变换器(5)DC－DC开关型变换器通过对器件导通占空比的控制来调节输出电压的平均值。升压和降压变换器为最基本的变换电路。电流连续和断续时工作特性不同。BUCK－BOOST变换器是一种由基本变换器组成的复合型变换器，可实现变压比的任意调节。类似的复合型变换器还有其它的类型，如CUK变换器等。上述三种变换器只能工作于Vo-Io平面中的一个象限。全桥变换器，也是一种复合型变换器，可工作于全部4个象限，能实现可逆运行，使电能双向流动。2.本章概要哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术18.18电力电子技术直流－直流开关型变换器(5)1)直流－直流变换器的三种控制方式，PWM控制信号的生成方法。2）降压（BUCK）变换器降压（BUCK）变换器的电路结构。稳态电路中电感和电容上电压、电流的特点。连续导通模式时的工作原理：电路工作过程分析，变压比公式的推导，电路参数的计算。断续导通模式时的工作原理：临界电流的概念和计算，断续导通模式下变压比的特点。输出电压的脉动率的概念和计算。3.本章复习重点哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术18.19电力电子技术直流－直流开关型变换器(5)3）升压变换器升压变换器的电路结构。连续导通模式时的工作原理：电路工作过程分析，变压比公式的推导，电路参数的计算。断续导通模式时的工作原理：临界电流的计算，断续导通模式下变压比的特点,升压变换器工作在断续导通模式时的特殊要求。寄生元件的影响。输出电压的脉动率的计算。4）BUCK－BOOST变换器BUCK－BOOST变换器的电路结构。连续导通模式时的工作原理：电路工作过程分析，变压比公式的推导。哈尔滨工业大学电气工程系文件:电力电子技术18.20电力电子技术直流－直流开关型变换器(5)5）全桥DC－DC变换器可逆斩波电路的种类和特点。全桥DC－DC变换器的基本工作原理：电路结构，桥臂的控制规律，变换器的控制方式。双极性PWM控制方式：器件的控制规律，开关控制信号的产生方法，电路工作过程分析，平均输出电压公式的推导。单极性PWM控制方式：开关控制信号的产生方法，电路工作过程分析，平均输出电压的公式。与双极性PWM控制相比，单极性PWM控制的优点。第5章习题结束