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1、第七章第七章 斩控调压电路斩控调压电路二.斩波器的工作原理一.概述三.直流斩波器的主要类型 及电量分析四.斩控式交流调压器直流斩波电路直流斩波电路(DC Chopper)用于将不可控直流电源变换成适合于负载要求的 可控直流电源。也称为直流电压变换器(DC/DC Converter)一般指直接将直流电直接变为另一直流电，不包括直流交流直流一.概述二二.斩波器的工作原理斩波器的工作原理tOTuotontoffURuoS+_offonoffOonOttTtuStUuST，阻断时间为阻断：，导通时间为导通：，每一周期内：设斩波周期为010DTtDon定义：占空比。实现对输出电压的控制通过调节占空比，可
2、以UDUTtUtttuonoffononO 将固定直流变成脉冲输出,调节脉冲宽度即可调节输出平均电压.斩波器的工作原理斩波器的工作原理斩波电路的电能转换与传递由电力电子开关控制，控制的主要方式为：定频调宽定宽调频调频调宽变化常数，ontT 变化常数，Tton均变化Tton,三三.直流斩波器的主要类型及电量分析直流斩波器的主要类型及电量分析1.1.主要类型主要类型按电能变换功能分为：极性反转型升压型降压型2.2.电量分析电量分析为了简化分析，假设：RCRCT元件具有理想特性：开关元件为理想开关特性，储能元件足够大，视斩波器为无损电能变换和传递的理想变流装置负载为并联模型，且时间常数 ，即稳态时端
3、电压不变采用定频调宽方式实现占空比调节升降压型1.1.降压型直流斩波器降压型直流斩波器(Buck Chopper)tOTudSLVDCiLudU+_eLRL+_IdUdU2TDTUdtOT2TDTeLiLeLiLa.a.主电路主电路加入电感L和续流二极管VD,形成直流通道，起滤波作用。b.b.工作过程分析工作过程分析线性增加为恒量，闭合时，LddLdLdoniUUUUeUdtdiLUUuttS,0线性减小为恒量，断开时，LddLdLdoniUUeUdtdiLuTttS00降压型直流斩波器降压型直流斩波器(Buck电路电路)c.数量关系数量关系TtDTDTtUud00输出电压瞬时值：ondVVt
4、UUDUK UTKD输出电压平均值：式中，称为降压型斩波器的电压变换系数LddRUI负载电流平均值：ddIUP 斩波器的传递功率：对于降压型斩波器而言，电源电流为脉动断续电流，供电方式为脉冲供电方式，但负载电流可以是连续且平稳的。降压型直流斩波器在直流电动机拖动系统中的应用降压型直流斩波器在直流电动机拖动系统中的应用2.2.升压型直流斩波器升压型直流斩波器(Boost Chopper)EVRLVDCioi1iGuo 原理图：保持输出电保持输出电压压储存电能储存电能为了实现升压变换和能量传递，在脉冲升幅斩波电路和负载之间接一逆止二极管VD。升压型直流斩波器升压型直流斩波器(Boost Chopp
5、er)升压型直流斩波器升压型直流斩波器(Boost Chopper)EVRLVDCioi1iGuoV通时，E向L充电，充电电流恒为I1，同时C的电压向负载供电，因C值很大，输出电压uo为恒值，记为Uo。设V通的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为：1 onEI tV断时，E和L共同向C充电并向负载R供电。设V断的时间为toff，则此期间电感L释放能量为：1UE I tooff 稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等：=ontEI11UE I tooff11nttTTUEEEEttTtDonoffooffoffo化简得：数量关系数量关系数量关系数量关系取值范围。不可能过大，有一定的电器元件
6、参数的限制，可以任意大，但受实际理论上电压变换系数，称为升压型斩波器的式中，输出电压平均值：VVVVOKKDKEKEDU1111RUIOO负载电流平均值：OOIUP 斩波器的传递功率：升压型斩波器电源电流为脉动电流，以上讨论中假定电流是连续的。由于逆止二极管VD的作用，电流断续时仍能实现电能变换功能。对于RC并联负载，负载电流也是脉动直流，是断续受电状态，电流中的交流成分通过电容C，直流成分通过电阻R。升压型直流斩波器升压型直流斩波器(Boost电路电路)结论结论 以上分析中，认为V通态期间因电容C的作用使得输出电压Uo不变，但实际C值不可能无穷大，在此阶段其向负载放电，Uo必然会有所下降，故
7、实际输出电压会略低。1REIU Ioo 如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载 消耗，即：该式表明：与降压斩波电路一样，升压斩波电路也可看成是直流升压变压器。升压型直流斩波器在直流电动机拖动系统中的应用升压型直流斩波器在直流电动机拖动系统中的应用3.3.极性反转型斩波器极性反转型斩波器(Buck-Boost电路电路)原理图：又称为升降压型斩波器极性反转型斩波器极性反转型斩波器(Buck-Boost电路电路)基本工作原理基本工作原理VDotb)ERLa)CVoti1i2uLuoILi1i2tontoffILIL 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
8、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。极性反转型斩波器极性反转型斩波器(Buck-Boost电路电路)极性反转型斩波器极性反转型斩波器(Buck-Boost电路电路)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：offoontUtEEDDEtTtEttU1ononoffono 数量关系V处于通态期间uL=EV处于断态期间uL=-uo极性反转型斩波器极性反转型斩波器(Buck-Boost电路电路)图中给出了电源电流i1和负载电流i2的波形，设两者的平均值 分别为I
9、1和I2，当电流脉动足够小时，有 offon21ttII由上式可得：2111tDIIItDoffon 结论 改变占空比D,输出电压既可以比电源电压高，也可以比 电源电压低。当0 D 1/2时为降压，当1/2 D 0,i00；在 S t +时，u0o。在i0与u0方向相反时，按上述控制规则不能形成续流回路。解决办法 在电源电压的正半周，VA2 的发射结保持正偏，在0 S t 区间有电感自感提供正向电压，使VA2 导通，形成续流回路。同理，在电源电压的负半周，VA1 的发射结保持正偏，在 S t +区间VA1 导通，形成续流回路。由图734所示输出电压和各晶体管控制信号的波形可看出，在i0、u0同
10、向区间，VA1 和VA2 斩波调压，VN1和VN2 仅在斩控过程中续流作用；在i0、u0反向区间，续流通道不起作用，由VA1 和VA2 提供负载电流通过电源的通路，u0恒与电源电压相等。2735问题2 在i0、u0反向期间，输出电压发生了畸变不能调控进一步的解决办法在正半周0 S t 区间，仍保持VA2 的发射结保持正偏，以提供负载电流通过电源的通路；同时使VA1 的发射结为零偏压,以防止同时导通现象；对VN1加斩波信号，按规律通断。在VN1 导通时，负载电流通过VN1 续流，u0=0；在VN1 关断时，负载电流通过VA2 流向电源，u0=u；在负半周 S t +区间，保持VA1 的发射结正偏
11、，VA2 发射结零偏，斩波信号加于VN2 的发射结。u0、i0同方向区间，控制方法不变3、电源端与负载端的电气隔离输入滤波器输出滤波器s1s2Zu0u2u1ui0i1i图7-36 输入与输出隔离的斩控式交流调压器主电路s3N2N1.斩控式交流调压器的电源与负载有一个公共的端子，在要求电源与负载电气隔离的场合不能直接采用。为此，在电源与负载间可以接入高频变压器来实现电气隔离.S1、S2、S3均为双向电力电子开关。电路采用互补控制方式，S1、S3同步动作，与S2互补。S1、S3闭合时S2断开；S1、S3断开时S2闭合。4、斩控式三相交流调压器ABCabc图7-38 斩控式三相交流调压器主电路原理图
12、SASBSCSCASABSBC 斩控式交流调压技术可用于三相电源调压。图738是一种三相斩控式交流调压器主电路原理图。电路中有3个用于斩控电源电压的双向电力电子开关SA、SB、SC，有3个续流开关SAB、SBC、SCA。在0tDT0期间，SA、SB、SC闭合，SAB、SBC、SCA断开，负载线电压为电源线电压。在DT0tT0期间，电力开关SA、SB、SC断开，续流开关SAB、SBC、SCA闭合，形成续流通路，负载电压均为零。ABCabcVAVBVCVN图7-39 斩控式三相交流调压器电力电子开关的构成 本章介绍了4种基本斩波电路，其中最基本的是降压斩波电路和升压斩波电路两种，对这两种电路的理解和掌握是学习本章的关键和核心，也是学习其他斩波电路的基础。因此，本章的重点重点是，理解降压斩波电路和降压斩波电路和升压斩波电路升压斩波电路的工作原理，掌握这两种电路的输入输出关系、电路解析方法、工作特点.另外还介绍了斩控式交流调压器的结构和基本工作原理.第7章 小结小结28 输出电压的波形如图730所示，波形为一列幅度按正弦规律变化的脉冲，其包络线即为电源电压波形。改变占空比可以调节脉冲宽度，达到调节输出电压有效值的目的.23
