文档介绍：第3章直流变换电路
1、定义:
利用电力开关器件周期性的开通与关断来改变输出电压的大小,将直流电能转换为另一固定电压或可调电压的直流电能的电路称为直流变换电路。(开关型DC/DC变换电路/斩波器)。
2、分类:
按稳压控制方式:脉冲宽度调制(PWM)、脉冲频率调制、(PFM)直流变换电路。
按变换器的功能:降压变换电路(Buck)、升压变换电路(Boost)、升降压变换电路(Buck-Boost)、库克变换电路(Cuk)和全桥直流变换电路。
3、隔离方式:
在直流开关稳压电源中直流变换电路常常采用变压器实现电隔离,而在直流电机的调速装置中可不用变压器隔离。
直流变换电路的工作原理
降压变换电路
升压变换电路
升降压变换电路
库克变换电路
带隔离变压器的直流变换器
直流变换电路的PWM控制技术
第3章直流变换电路
直流变换电路的工作原理
工作原理:图中S是可控开关,R为纯阻性负载。在时间内当开关S接通时,电流经负载电阻R流过, R两端就有电压;在时间内开关T断开时, R中电流为零,电压也变为零。
电路中开关的占空比
TS为开关T的工作周期,ton为导通时间。
由波形图可得到输出电压平均值为
若认为开关T无损耗,则输入功率为
式()中Ud为输入直流电压。
输出电压平均值的改变:因为D是0~1之间变化的系数,因此在D的变化范围内输出电压UO总是小于输入电压Ud,改变D值就可以改变其大小。
占空比的改变:通过改变ton 或TS来实现。
基本的斩波器电路
及其负载波形
(. 2)
()
()
直流变换电路的常用工作方式主要有两种:
①脉冲频率调制(PFM)工作方式:
即维持不变,改变TS。在这种调压方式中,由于输出电压波形的周期是变化的,因此输出谐波的频率也是变化的,这使得滤波器的设计比较困难,输出谐波干扰严重,一般很少采用。
②脉宽调制(PWM)工作方式:
即维持TS不变,改变。在这种调压方式中,输出电压波形的周期是不变的,因此输出谐波的频率也不变,这使得滤波器的设计容易。
直流变换电路的工作原理
降压变换电路
原理图
续流二极管
全控型电力器件
输入直流电压
滤波电感
滤波电容
负载
降压变换电路
导通期间(ton ):电力开关器件导通,电感蓄能,二极管D反偏。
(b)所示;
关断期间(toff):电力开关器件断开,电感释能,二极管D导通续流。(c)所示;
(b)可以计算出输出电压的平均值为:
降压电路及其波形图
()
忽略器件功率损耗,即
输入输出电流关系为:
电感中的电流iL是否连续,取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值。
降压变换电路
电感电流波形图
Buck变换器的可能运行情况:
电感电流连续模式
电感电流临界
连续状态
电感电流断流模式
降压变换电路
()
1)电感电流iL连续模式:
在ton期间:电感上的电压为
由于电感L和电容C无损耗,因此iL从I1线性增长至I2,上式可以写成
式中△IL=I2-I1为电感上电流的变化量,UO为输出电压的平均值。
降压变换电路
()
()
()
()
()
1)电感电流iL连续模式:
在toff期间:假设电感中的电流iL从I2线性下降到I1,则有
根据式()、()可求出开关周期TS为
上式中△IL为流过电感电流的峰-峰值,最大为I2,最小为I1。电感电流一周期内的平均值与负载电流IO相等,即将式()、()同时代入关系式△IL= I2-I1可得