第5章直流直流变流电路 5.1基本斩波电路 5.2复合斩波电路和多相多重斩波电路 5.3带隔离的直流直流变流电路 本章小结 机械电气工程学院电气教研室 电力电子技术
第5章 直流直流变流电路 5.1 基本斩波电路 5.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路 5.3 带隔离的直流直流变流电路 本章小结
引言 直流-直流变流电路(DC/DC Converter)包括直接直流变 流电路和间接直流变流电路。 ■直接直流变流电路 ◆也称斩波电路(DC Chopper) ◆功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。 ◆一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输 入与输出之间不隔离。 ■间接直流变流电路 ◆在直流变流电路中增加了交流环节。 ◆在交流环节中通常采用变压器实现输， 因此也称为直一交一直电路。 机械电气工程学院电气教研室 2/44 电力电子技术
2/44 引言 ■直流-直流变流电路（DC/DC Converter）包括直接直流变 流电路和间接直流变流电路。 ■直接直流变流电路 ◆也称斩波电路（DC Chopper）。 ◆功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。 ◆一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输 入与输出之间不隔离。 ■间接直流变流电路 ◆在直流变流电路中增加了交流环节。 ◆在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离， 因此也称为直—交—直电路
-12V 220V DC/DC 变换器 +12V 整流 Ua300V 0 +5V 滤波 50Hz 3.3V/1.8V 供CPU用 PC电源的结构框图 机械电气工程学院电气教研室 3/44 电力电子技术
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◆斩波电路有三种控制方式 r脉冲宽度调制(PWM)：T不变，改变tn。 r频率调制：ton不变，改变T。 固定斩波电路导通时间，改变斩波周期T来改变导通比的控制方 式。这种方式的实现电路比较简单，但由于斩波频率变化，消除开关电路 谐波的滤波器较难设计。 r混合型：tm和T都可调，改变占空比 机械电气工程学院电气教研室 4/44 电力电子技术
4/44 ◆斩波电路有三种控制方式 ☞脉冲宽度调制（PWM）：T不变，改变ton。 ☞频率调制：ton不变，改变T。 固定斩波电路导通时间 ，改变斩波周期 T 来改变导通比 的控制方 式。这种方式的实现电路比较简单，但由于斩波频率变化，消除开关电路 谐波的滤波器较难设计。 ☞混合型：ton和T都可调，改变占空比
5.1.0直流斩波电路的基本控制方式 图5-1脉宽控制方式 控制波形 由于斩波电路开关频率固定，所以这种控制方式下为消 除开关电路谐波所用滤波器的设计提供了方便。U。为直流电 压控制信号，其大小代表期望的斩波电路输出电压平均值 5/21 机械电气工程学院电气教研室 电力电子技术
5/21 图5-1 脉宽控制方式 控制波形 由于斩波电路开关频率固定，所以这种控制方式下为消 除开关电路谐波所用滤波器的设计提供了方便。 为直流电 压控制信号，其大小代表期望的斩波电路输出电压平均值 5.1.0 直流斩波电路的基本控制方式
5.1基本斩波电路 5.1.1降压斩波电路 5.1.2升压斩波电路 机械电气工程学院电气教研室 6/44 电力电子技术
6/44 5.1 基本斩波电路 5.1.1 降压斩波电路 5.1.2 升压斩波电路
5.1.1降压斩波电路 个VD 图国51降压斩波电路的原理图野波形a)电路图 ■降压新波电路(Buck Chopper) ◆电路分析 ©使用一个全控型器件V,图中为IGBT,若采用晶闻闸管， 需设置使晶闸管关断的辅助电路。 设置了续流二极管VD,在V关断时给负载中电感电流 提供通道。通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小. ©主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机 或带蓄电池负载等，后两种情况下负载中均会出现反电动势， 如图中Em所示。 机械电气工程学院电气教研室 7/44 电力电子技术
7/44 5.1.1 降压斩波电路 图5-1 降压斩波电路的原理图及波形 a）电路图 ■降压斩波电路（Buck Chopper） ◆电路分析 ☞使用一个全控型器件V，图中为IGBT，若采用晶闸管， 需设置使晶闸管关断的辅助电路。 ☞设置了续流二极管VD，在V关断时给负载中电感电流 提供通道。通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小. ☞主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机 或带蓄电池负载等，后两种情况下负载中均会出现反电动势， 如图中Em所示。 ★
5.1.1降压斩波电路 降压斩波电路（Buck Em Chopper) ◆工作原理 a)l O时刻驱动V导通， 电源E向负载供电，负载电 on 压u,=E,负载电流in按指数 曲线上升。 r仁t时控制V关断， 二极管VD续流，负载电压 u近似为零，负载电流呈 E 指数曲线下降。 机核电气工程专院电气表密51降压斩波电将的原理图及波形 8/44 电力电子技术a)电路图b)电流连续时的波形 )电流断续时的波形
8/44 5.1.1 降压斩波电路 图5-1 降压斩波电路的原理图及波形 a）电路图 b）电流连续时的波形 c）电流断续时的波形 ■降压斩波电路（Buck Chopper） ◆工作原理 ☞ t=0时刻驱动V导通， 电源E向负载供电，负载电 压uo=E，负载电流io按指数 曲线上升。 ☞ t=t1时控制V关断， 二极管VD续流，负载电压 uo近似为零，负载电流呈 指数曲线下降
5.1.1降压斩波电路 ★◆基本的数量关系 电流连续时 V负载电压的平均值为 t on (5-1) UU。= E=. ton +tor 式中，tn为V处于通态的时间，t为V处于断态的时 间，T为开关周期，a为导通占空比，简称占空比或 导通比。 V负载电流平均值为 1。 U。-Em (5-2) R 机械电气工程学院电气教研室 9/44 电力电子技术
9/44 5.1.1 降压斩波电路 ◆基本的数量关系 ☞电流连续时 √负载电压的平均值为 E E T t E t t t U on on off on o √负载电流平均值为 式中，ton为V处于通态的时间，toff为V处于断态的时 间，T为开关周期，为导通占空比，简称占空比或 导通比。 R U E I o m o (5-1) (5-2) ★
5.1.1降压斩波电路 降压斩波电路(Buck Chopper) ★◆工作原理 仁O时刻驱动V导通， a) 电源E向负载供电，负载电 压u。=E,负载电流i,按指数 曲线上升。 rt时控制小V关断， 二极管VD续流，负载电压 u近似为零，负载电流呈 指数曲线下降。 ©电流断续时，负载电压 c) u,平均值会被抬高，一般 图5-1降压斩波电路的原鞋图及波形 a)电路图b)电流连续时的波形 不希望出现电流断续的情 气工程学院电气表研宝 c)电流断转时的波形 10/44 况。 电力电子林术
10/44 5.1.1 降压斩波电路 图5-1 降压斩波电路的原理图及波形 a）电路图 b）电流连续时的波形 c）电流断续时的波形 ■降压斩波电路（Buck Chopper） ◆工作原理 ☞ t=0时刻驱动V导通， 电源E向负载供电，负载电 压uo=E，负载电流io按指数 曲线上升。 ☞ t=t1时控制V关断， 二极管VD续流，负载电压 uo近似为零，负载电流呈 指数曲线下降。 ☞电流断续时，负载电压 uo平均值会被抬高，一般 不希望出现电流断续的情 况。 ★