第2章PWM直流变换电路.ppt
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1、第 2 章 PWM 直流变换电路,2.1 概述 2.2 单象限无隔离电路 2.3 单象限隔离型电路 2.4 双象限电路 2.5 四象限电路 2.6 多相多重电路,2.1 概述,电力电子电路的分类,按电路作用:功率电路(主电路)、控制电路 按变换功能:交流变换电路、整流电路、直流变换电路、逆变电路 按构成器件:半控型电路、全控型电路 按电隔离能力:绝缘型、非绝缘型电路 按变换级数:直接变换、间接变换电路,2.1 概述,电力电子电路的分类,按控制方式:相控式、频控式、斩控式、组合式 按开关环境:硬开关电路、软开关电路 按电能流传方向:单向电路、双向电路 按输出电压:高压电路、低压电路 按电路构成:
2、基本电路、组合电路,2.1 概述,直流变换电路:变换直流电能参数的电路,直流变换电路的分类:,按输入输出电压:降压、升压、升降压电路 按工作范围:单象限、双象限、四象限电路 按变换级数:直接式、间接式电路 按入端滤波:电压源、电流源电路 按电路耦合:电耦合、磁耦合电路 按电路构成:基本电路、组合电路,2.1 概述,直流变换电路的基本用途: 直流调速电源 开关电源,一般应用结构,2.2.1 单象限降压斩波电路,电路结构,全控型器件 若为晶闸管,须有辅助关断电路。,续流二极管,L0和C0组成LPF,降压斩波电路(Buck Chopper),工作原理,当 时,控制信号使得T导通,D截止,向L0充磁,
3、向C0充电,当 时,T截止,D续流,U0靠C0放电和L0中电流下降维持,假设:,1.T,D均为理想器件 2.L0较大,使得在一个周期内电流连续且无内阻 3.直流输出电压U0为恒定 4.整个电路无功耗 5.电路已达稳态,2.2.1 单象限降压斩波电路,2.2.1 单象限降压斩波电路,电流连续状态 CCM,2.2.1 单象限降压斩波电路,电路分析,1.电感电流iL表达式,当,储能,当 时, 达到最大值,当 时,放能,当 时, 达到最小值,2.2.1 单象限降压斩波电路,伏秒平衡定律的证明:,电流增量:,即:,输出电压增益,输出电流平均值I0,2.2.1 单象限降压斩波电路,输出电压纹波分析,当 时
4、,电容充电,其电荷量为Q,实际上就是图 中的阴影部分的面积,在 时,阴影部分的面积为:,2.2 单象限降压斩波电路,输出电压纹波分析(续),在 时,把 代入上式得:,所以当 与 给定后,当 最大时,用 , 的最大值 为,电压纹波,保持电流连续的临界电感值,由 的图形可知,当 时, 电流处于 临界连续状态,2.2 单象限降压斩波电路,临界电感值,电流断续状态(DCM),2.2.1 单象限降压斩波电路,1.求Av,根据伏秒平衡律:,电流断续状态(DCM),2.2.1 单象限降压斩波电路,2.求Dp,平均电流:,解得:,2.2.2 单象限升压型直流变换电路,电路,工作原理,2.2.2 单象限升压型直
5、流变换电路,连续模型分析,1.直流增益Av,根据伏秒平衡律:,2.电流增益,根据无耗网络的定义:,2.2.2 单象限升压型直流变换电路,连续模型分析,3、电流的波动,升压斩波电路典型应用,一是用于直流电动机传动 二是用作单相功率因数校正(PFC)电路 三是用于其他交直流电源中,2.2.3单象限升/降压直流变换电路 (Buck-Boost),电路,输入和输出反相,工作原理:,在T导通时,D截止,电源向Ld输送能量,输出电压是靠C0的放电保持基本不变 在T/off时,D on,把存放在中的能量释放给负载和电容,2.2.3 单象限升/降压直流变换电路,连续模型的分析方法,1.电压增益,根据伏秒平衡律
6、:,1,1,1,2.2.3 单象限升/降压直流变换电路,输入电流脉动,输入电流增量: 输入电感电流的最大值:,由无耗性可知:,输出电压的脉动值,当VTon,VD off时,电容C0放电维持输出电压,2.2.4 Cuk电路,工作过程,V通时,EL1V回路和RL2CV回路有电流。 V断时,EL1CVD回路和RL2VD回路有电流。 输出电压的极性与电源电压极性相反。 电路相当于开关S在A、B两点之间交替切换。,Cuk斩波电路及其等效电路 a) 电路图 b) 等效电路,2.2.4 Cuk电路,输入电源电流和输出负载电流都是连续的,且脉动很小 电压增益 开关晶体管发射极接地 输入输出电压反向,CUK电路
7、的特点:,电压增益,电流增益:,2.2.4 Cuk电路,输出,入端电流脉动,入端:,出端:,输入电流的最大值:,输出电流的最大值:,VT电流最大值,2.2.5 Sepic电路,电路结构,Speic电路原理 V通态,EL1V回路和C1VL2回路同时导电,L1和L2贮能。 V断态,EL1C1VD负载回路及L2VD负载回路同时导电,此阶段E和L1既向负载供电,同时也向C1充电(C1贮存的能量在V处于通态时向L2转移)。 输入输出关系:,2.2.6 Zeta电路,Zeta电路原理,V处于通态期间,电源E经开关V向电感L1贮能。 V关断后,L1VDC1构成振荡回路, L1的能量转移至C1,能量全部转移至
8、C1上之后,VD关断,C1经L2向负载供电。 输入输出关系:,相同的输入输出关系。Sepic电路的电源电流和负载电流均连续,Zeta电路的输入、输出电流均是断续的。 两种电路输出电压为正极性的。,2.3 单象限隔离型电路,隔离型电路:输入与输出间有电隔离的直流变换电路 隔离型电路的分类 按功率器件控制极信号来源:他励式、自励式 按变压器绕组极性:反激式、正激式 按电路结构不同:单端、推挽、桥式等,工作过程:,S开通后,VD处于断态,W1绕组的电流线性增长,电感储能增加; S关断后,W1绕组的电流被切断,变压器中的磁场能量通过W2绕组和VD向输出端释放。,2.3.1 单端反激电路(Flyback
9、),VT导通期间:,VT截止期间,2.3.1 单端反激电路,单端反激式变换器也有三种工作状态:,1 磁通临界连续的工作情况:,2 磁通不连续的工作状态,2.3.1 单端反激电路,3 磁通连续的工作状况,2.3.1 单端反激电路,2.3.1 单端反激电路,(3)输入电压Uin与导通比D的对应关系,即是输入电压最高时,相应的导通比是最小,输入电压最低时,相应的导通比是最大。 因此,输入电压与导通比是一一对应,相互制约的。 运行中由于闭环调节,这种相互适应是自动的。但必须指出的是,由控制电路振荡器和PWM门闩电路本身固有的最大最小导通比,一定要与运行条件所需的最大最小导通比不矛盾,否则就会失调。,2
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- PWM 直流 变换 电路
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