第3章直流斩波电路0.ppt
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1、1,螺栓型晶闸管,晶闸管模块,平板型晶闸管外形及结构,第3章 直流斩波电路,2,第3章 直流斩波电路,3.1 基本斩波电路 3.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路 本章小结,3,第3章 直流斩波电路引言,直流斩波电路(DC Chopper) 将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。 也称为直流-直流变换器(DC/DC Converter)。 一般指直接将直流电变为另一直流电,不包括直流交流直流。,电路种类 6种基本斩波电路:降压斩波电路、升压斩波电路、 升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。 复合斩波电路不同结构基本斩波电路组合。 多相多重斩波电路相同结构基
2、本斩波电路组合。,4,3.1 基本斩波电路,3.1.1 降压斩波电路 3.1.2 升压斩波电路 3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路 3.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路,5,3.1.1 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,负载出现的反电动势,典型用途之一是拖动直流电动机,也可带蓄电池负载。,降压斩波电路(Buck Chopper),6,工作原理,图3-1 降压斩波电路得原理图及波形,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
3、载电流呈指数曲线下降。 通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。 动画演示。,7,3.1.1 降压斩波电路,数量关系,电流连续,负载电压平均值:,(3-1),(3-2),tonV通的时间 toffV断的时间 a-导通占空比,电流断续,Uo被抬高,一般不希望出现。,负载电流平均值:,8,3.1.1 降压斩波电路,斩波电路三种控制方式 T不变,变ton 脉冲宽度调制(PWM)。 ton不变,变T 频率调制。 ton和T都可调,改变占空比混合型。,此种方式应用最多,第2章2.1节介绍过:电力电子电路的实质上是分时段线性电路的思想。 基于“分段线性”的思想,对降压斩波电路进行解析。 分V处于通态和处
4、于断态 初始条件分电流连续和断续,9,同样可以从能量传递关系出发进行的推导,由于L为无穷大,故负载电流维持为Io不变,电源只在V处于通态时提供能量,为,在整个周期T中,负载消耗的能量为,输出功率等于输入功率,可将降压斩波器看作直流降压变压器。,一周期中,忽略损耗,则电源提供的能量与负载消耗的能量相等。,10,负载电流断续的情况:,I10=0,且t=tx时,i2=0,(3-16),电流断续的条件:,(3-17),11,升压斩波电路(Boost Chopper),保持输出电压,储存电能,电路结构,1) 升压斩波电路的基本原理,12,3.1.2 升压斩波电路,工作原理,假设L和C值很大。 V处于通态
5、时,电源E向电感L充电,电流恒定I1,电容C向负载R供电,输出电压Uo恒定。 V处于断态时,电源E和电感L同时向电容C充电,并向负载提供能量。 动态演示。,图3-2 升压斩波电路及工组波形,a) 电路图,b) 波形,13,数量关系,设V通态的时间为ton,此阶段L上积蓄的能量为 设V断态的时间为toff,则此期间电感L释放能量为 稳态时,一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等:,(3-21),(3-20),化简得:,T/toff1,输出电压高于电源电压,故为升压斩波电路。,14,电压升高得原因:电感L储能使电压泵升的作用 电容C可将输出电压保持住,如果忽略电路中的损耗,则由电源提供的能量仅由负载
6、R消耗,即 : 。 (3-24) 与降压斩波电路一样,升压斩波电路可看作直流变压器。,输出电流的平均值Io为:,(3-25),电源电流的平均值Io为:,(3-26),15,3.1.2 升压斩波电路,2) 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,t,t,T,E,i,O,O,b),a),i,1,i,2,I,10,I,20,I,10,t,on,t,off,u,o,图3-3 用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形 a) 电路图 b) 电流连续时 c) 电流断续时,用于直流电动机传动 再生制动时把电能回馈给直流电源。 电动机电
7、枢电流连续和断续两种工作状态。 直流电源的电压基本是恒定的,不必并联电容器。 动画演示。,16,数量关系,该式表明,以电动机一侧为基准看,可将直流电源电压看作是被降低到了 。,17,3.1.2 升压斩波电路,如图3-3c,当电枢电流断续时:,当t=0时刻i1=I10=0,令式(3-31)中I10=0即可求出I20,进而可写出 i2的表达式。 另外,当t=t2时,i2=0,可求得i2持续的时间tx,即,图3-3 用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形,-电流断续的条件,18,3.1.3升降压斩波电路和Cuk斩波电路,升降压斩波电路 (buck -boost Chopper),电路结构,19
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