电力电子技术第五章总结_六种基本斩波电路对比
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电力电子技术-全书总结
电力电子技术Βιβλιοθήκη 结第七章要点： 掌握软开关的基本概念（硬开关、软开关、零电压开 关和零电流开关）； 重点掌握零电压开关准谐振电路、谐振直流环、移相 全桥型零电压开关PWM电路和零电压转换PWM电路的工作 原理。 第八章要点： 理解间接交流变流电路的工作原理、应用；理解间接 直流变流电路的类型、电路结构及应用。
电力电子技术总结
第三章要点： 重点掌握各种基本斩波电路的工作原理、输入输出关 系、电路解析方法、工作特点。 第四章要点： 重点掌握交流—交流变流电路的分类及其基本概念； 单相、三相交流调压电路的电路构成、工作原理分析，以 及单相电路在电阻负载和阻感负载时计算方法； 重点掌握交流调功电路和交流电力电子开关的基本概 念；理解晶闸管相位控制交交变频电路的电路构成、工作 原理和输入输出特性。
电力电子技术总结
第一章要点： 掌握各种主要电力电子器件的基本结构、工作原理、 基本特性和主要参数等，理解电力电子器件的驱动和保护 电路的作用。 第二章要点： 重点掌握电力电子电路按分段线性电路进行分析的基本 思想、单相整流电路和三相整流电路的原理分析与计算、各 种负载对整流电路工作情况的影响； 可控整流电路的有源逆变工作状态，重点掌握产生有源 逆变的条件、三相可控整流电路有源逆变工作状态的分析计 算、逆变失败及最小逆变角的限制等。
电力电子技术总结
第五章要点： 掌握换流的概念以及换流方式的分类； 重点掌握单相和三相电压型逆变电路的主要特点、原 理分析和计算；理解单相和三相电流型逆变电路的主要特 点、原理分析。 第六章要点： 重点掌握PWM控制的基本原理；单相桥式PWM逆变电 路中单极性和双极性控制方法分析。 重点掌握异步调制和同步调制的概念，规则采样法的概 念。 理解单相PWM整流电路的工作原理和控制方法分析。
电力电子技术基础课件：DCDC变换——斩波器
Ton
Ton
V0 =
Vs =
Vs = DVs
✓ 负载电压平均值为：
Ton Toff
Ts
✓ 负载电流平均值为：
V0 - Em
I0 =
R
② 当电流断续时
负载电压平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。
DC/DC变换——斩波器
2、降压斩波电路
iS
_
+ vL
V
iL
例题3-1
L
io
VG
如图所示的降压斩波电路，已知Vs=200V，R=10Ω，
vL
ic
VG
V
解：由于C值、L值极大，故负载电流连续，所以输出电压平均值为：
Ts
40
Vo =
Vs =
50= 133.3 (V )
Toff
40 25
输出电流平均值为：
V0
133.3
Io =
=
= 6.67 (A)
R
20
io
+
C
R
Vo
电力电子技术
DC/DC变换——斩波器
➢ 1. 概述
➢ 2. 基本斩波电路 -- 升压斩波电路的典型应用
升压斩波电路（Boost电路）
✓
升降压斩波电路
✓
Sepic电路
✓
Cuk电路
iS
+
vL
R
C
iVD
_
VD
io
iC
VG
Vo
Buck电路
L
VS
✓
VD
VS
V
+
C
Zeta电路
Boost电路
电力电子技术 第五章直流斩波 优质课件
二、连续导电模式
1、波形分析
稳态时，Vo基本恒定， IC=0，UL=0， I0=ID ， Id=IL
VG
(a)
t
TS vL
Vd
(Vd )
(b)
t
iL
TS
(Vd Vo )
忽略电路损耗，Pd=Po，即： (c) 0
(IL Id )
t
UdId=UoIo
i d ton
toff
(d) 0
t
iD
第 5章
直流变换器(DC-DC变换器 )
概述
1、直流电压的调节方式
（1）线性调节方式 通过与负载相串联的线
性元件来调节电压
损耗大、效率低
（2）开关调节方式
通过电子开关的闭 合/断开来调节电压
+
Vd
-
voi
Vo R(负载) (a)
Vd
0
Vo
t
ton
toff
TS
1 fs
(b)
图5.1 纯电阻负载的降压变换器电路图
+
UC1 UL2 C
S
-
R Uo
+
+ + L1 - +
UC1 -
Ud
UL1
S
-
- L2 + UL2 C
-
R Uo
+
（a）T导通
（b）T截止
图5.17 连续导电模式下丘克变换器等效电路图
二、连续导电模式
1、波形分析
稳态时， UC1 、Uo基本恒定，IC1=0， IC2=0， UL1=0， UL2=0
U o ton D U d Ts
电力电子技术-5.1直流斩波
z EM E e ( 1 T1/ E M T TR ) (1 ) T / I 20 e e ) , (1z z R R e 1 R L
上式代入
[t 1,T]
I I 20 I10
E R
1 e
di 1 E EM t / t / L (1 / 0 t t1 i1 EIM10 eRi 1) T E E ME , T(1 Me E M) (1 ) T / E E E M I 10 e e e e dt I R d R R R R 0 T 0 . 5 T I I max R T di 2 ) i 1 ( 0 ) t / I 10 , M ( Ed ( 1 ) T / E L / RE ( t t 1 ) / t 1 E L Ri 2 Ee(1 e0M, (te1 ),) 20 i1 ( t 1 ) M t I T e e e 1 + Ii10 (1 I 20 ) 2 R R dt RR EM T RT T T
输出电压平均值为： ton E (T ton t x ) EM Uo T 负载电流平均值为：
1 (1 m)e t x ln m
电流断续时的波形
t2
t
tx<toff
e 1 m e 1
ton t x 1 m E T
1
t1
5.1.1 降压斩波的工作原理 输出电压平均值 Ua u 0 dt
T
0
t1 T
E ft 1 E E
电力电子技术---第五章
工作模式2 电感Ld中所储存的能量向 负载释放，电感中产生的自感 电动势的方向与电流方向相同， 电动机两端得到的电压Ud就是 电感产生的自感电动势。
5.2.2
升压斩波器
图5-6（a）所示为升压斩波器电路，其输出电压平均值Ud将超过电源电压U
5.2.2
升压斩波器
工作模式2
工作模式1
5.2.2
升压斩波器
5.1 直流斩波电路的工作原理
最基本的直流斩波器原理电路如图5-1所示，控制 开关器件的通断时间比就可以在输出端得到不同电压的 直流电。
图5-1
直流斩波器原理电路
5.1 直流斩波电路的工作原理
直流斩波器的控制方式：
5.1.1 时间比控制方式
1、脉冲宽度控制（也称定频调宽式PWM） 2、脉冲频率控制（也称定宽调频式PFM） 3、脉冲混合控制（即同时改变τ 和f） 5.1.2 瞬时值和平均值控制
在线圈N1上感应出来的电压数值U1为：
N1 U1 E N3
5.5.1
单管传输型变流电路
U 0 DU 2 D E K
（5-11）
在变流电路工作的一个周期中，输出电压U0的平均值为：
选择合适的变压器变比K，控制开关管的占空比D， 就可以得到所需范围的输出直流电压值。 单管传输型变流电路结构简单，控制方便，可以把 电路的工作频率做得较高，减小变压器的体积和重量。 缺点是整流变压器TR只能外加单方向的电压，铁心只能 单方向磁化，因此变压器的利用率较低；另外输出电流 脉动较大，使得滤波器容量也较大。所以单管传输型变 流电路只能用于容量较小的间接直流变流电路中。
受占空比D的控制；斩波电路工作时的电压、电流波形
见图5-10（b）所示。
5.2.4
5.2.2
升压斩波器
图5-6（a）所示为升压斩波器电路，其输出电压平均值Ud将超过电源电压U
5.2.2
升压斩波器
工作模式2
工作模式1
5.2.2
升压斩波器
5.1 直流斩波电路的工作原理
最基本的直流斩波器原理电路如图5-1所示，控制 开关器件的通断时间比就可以在输出端得到不同电压的 直流电。
图5-1
直流斩波器原理电路
5.1 直流斩波电路的工作原理
直流斩波器的控制方式：
5.1.1 时间比控制方式
1、脉冲宽度控制（也称定频调宽式PWM） 2、脉冲频率控制（也称定宽调频式PFM） 3、脉冲混合控制（即同时改变τ 和f） 5.1.2 瞬时值和平均值控制
在线圈N1上感应出来的电压数值U1为：
N1 U1 E N3
5.5.1
单管传输型变流电路
U 0 DU 2 D E K
（5-11）
在变流电路工作的一个周期中，输出电压U0的平均值为：
选择合适的变压器变比K，控制开关管的占空比D， 就可以得到所需范围的输出直流电压值。 单管传输型变流电路结构简单，控制方便，可以把 电路的工作频率做得较高，减小变压器的体积和重量。 缺点是整流变压器TR只能外加单方向的电压，铁心只能 单方向磁化，因此变压器的利用率较低；另外输出电流 脉动较大，使得滤波器容量也较大。所以单管传输型变 流电路只能用于容量较小的间接直流变流电路中。
受占空比D的控制；斩波电路工作时的电压、电流波形
见图5-10（b）所示。
5.2.4
交流调压电路和直流斩波电路
电路的基本原理和应用
交流调压电路的基本原理
通过控制交流电源的相位或幅值，实现对交流负载的电压调 节。在电力系统中，交流调压电路常用于无功补偿、调节电 压幅值等。
直流斩波电路的基本原理
通过快速地开断和闭合开关，将恒定的直流电源电压斩切成 一系列的脉冲电压，再通过滤波电路得到平均值可调的直流 电压。在电动汽车、不间断电源等领域，直流斩波电路被广 泛应用于电池管理、能量回收等。
交流调压电路的原理
通过改变交流电源的 电压幅度，实现对交 流负载电压的控制。
通过改变交流电源的 频率，实现对交流负 载功率的控制。
通过改变交流电源的 相位，实现对交流负 载电流的控制。
交流调压电路的分类
1 2
相控式交流调压电路
通过控制开关元件的通断时间，实现对交流电压 的调节。
斩控式交流调压电路
总结
04
交流调压电路和直流斩波电路的重要性
高效能源转换
交流调压电路和直流斩波电路在电力电子领域中发挥着关键作用， 能够实现高效能源转换，降低能源损失。
灵活控制
这两种电路能够实现对电压、电流和功率的快速、精确控制，满 足各种不同的应用需求。
节能环保
通过优化能源转换和控制方式，交流调压电路和直流斩波电路有 助于实现节能减排，推动绿色环保发展。
01
通过周期性地开启和关闭开关，将恒定的直流电源电压斩成一 系列的脉冲电压。
02
通过改变开关的开启和关闭时间，可以调节输出电压的平均值。
斩波电路的基本工作原理是利用快速开关元件，将输入的直流
03
电压斩成幅值可变的脉冲电压序列。
直流斩波电路的分类
降压斩波电路
用于降低电源电压，常用于电机速度控制和电池充电。
电力电子技术_第五章：直流斩波
4、本章将讨论直直变换器的工作原理和稳态工作 、本章将讨论直直变换器的工作原理和 工作原理 特性，在分析过程中基于如下几点假设： 特性，在分析过程中基于如下几点假设：
电路中的开关管、二极管均为理想器件； 电路中的开关管、二极管均为理想器件； 电路中的电感、电容均为理想器件； 电路中的电感、电容均为理想器件； 直流输入电源为理想的恒压电源； 直流输入电源为理想的恒压电源； 输出电压的纹波远小于输出平均电压。 输出电压的纹波远小于输出平均电压。
ห้องสมุดไป่ตู้
5.4 丘克变换器（CUK变换器） 丘克变换器（ 变换器）
5.5 多象限直流变换器 5.6 多相多重直直变换器 5.7 带隔离变压器的直直变换器 5.8 直流斩波器的控制方式
5. 4 丘克变换器（CUK变换器） 丘克变换器（ 变换器）
一、 电路结构与工作原理 1、电路结构 、
L1、C1为能量传递元件； 为能量传递元件； L2、C2为滤波元件
C
vo=Vo
-
R(负载)
voi
V d 0
(a)
滤波电容
Vo
t
ton
TS = 1 fs
toff
(b)
图5.2 降压变换器电路图及电压波形图
是否连续， 视iL是否连续，可分为连续导电模式和不连续导电模式
二、连续导电模式
V G
1、波形分析 、
稳态时， 基本恒定， 稳态时，Uo基本恒定，IC=0， ， UL=0，Io=IL ， 忽略电路损耗， 忽略电路损耗，Pd=Po，即： UdId=UoIo
不连续图519连续电流与间断电流的临界条件025050075100025050075100常数lblblbobob1波形分析与连续导电模式相同本章内容本章内容51降压变换器buck变换器52升压变换器boost变换器53升降压变换器buckboost变换器5454丘克变换器丘克变换器cukcuk变换器变换器55多象限直流变换器56多相多重直直变换器57带隔离变压器的直直变换器58直流斩波器的控制方式丘克变换器丘克变换器cukcuk变换器变换器电路结构与工作原理1电路结构图516丘克变换器电路拓扑一电路结构与工作原理一电路结构与工作原理续充电il1增大l2增大l1下降负载由ll2下降l1是否连续可分为连续导电模式和不连续导电模式图517连续导电模式下丘克变换器等效电路图二连续导电模式二连续导电模式1波形分析稳态时基本恒定ic1l2二连续导电模式二连续导电模式续图524连续导电模式各点波形图图525不连续导电模式各点波形图二连续导电模式二连续导电模式续
电力电子资料第五章
调制信号
载波
3）直流PWM控制方式：用ug对直流变换电路开关 器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等 的脉冲，如果这些脉冲的频率不变而宽度变化，经过 滤波器后就能得到大小可调的直流电压。 调节直流调制信号ur的大小，就可以改变PWM波脉冲 的宽度。 载波 调制信号
图3.7.1 PWM波形
1 、双极性电压开关PWM控制方式 开关原理：
软开关技术
• 降低开关损耗和开关噪声。
• 进一步提高开关频率。
1. 软开关及其特点
1、硬开关：
1）定义： 开关器件在其端电压不为零时开通（硬开通） ，在其电流不 为零时关断（硬关断），硬开通、硬关断统称为硬开关。 • 2）特点： • 开关的开通和关断过程伴随着电压和电流的剧烈变化。 • 产生较大的开关损耗和开关噪声。
第二节 直流斩波器基本电路
一、降压（Buck）变换电路
滤波电容 滤波电感
输入直 流电压
负载
续流二极管
导通期间（ton）：电力开关
器件导通，电感蓄能，二极管 D反偏。等效电路如图 (b)所 示 ； 器件断开，电感释能，二极管 D导通续流。等效电路如 (c) 所示；
关断期间（toff）：电力开关
由波形图(b)可以计算出输出电 压的平均值为：
总结：电感电流连续时Boost变换器的工作分为两 个阶段:
① T导通时为电感L储 能阶段，此时电源不向 负载提供能量，负载靠 储于电容C的能量维待 工作。 ② T阻断时，电源和 电感共同向负载供电， 同时给电容 C充电。
三、升降压（Buck-Boost）变换电路
1) 概述：
升降压变换电路（又称Buck-boost电路）的输出电压 平均值可以大于或小于输入直流电压，输出电压与输入电 压极性相反，其电路原理图如图所示。 它主要用于要求输出与输入电压反相，其值可大于 或小于输入电压的直流稳压电源。
载波
3）直流PWM控制方式：用ug对直流变换电路开关 器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等 的脉冲，如果这些脉冲的频率不变而宽度变化，经过 滤波器后就能得到大小可调的直流电压。 调节直流调制信号ur的大小，就可以改变PWM波脉冲 的宽度。 载波 调制信号
图3.7.1 PWM波形
1 、双极性电压开关PWM控制方式 开关原理：
软开关技术
• 降低开关损耗和开关噪声。
• 进一步提高开关频率。
1. 软开关及其特点
1、硬开关：
1）定义： 开关器件在其端电压不为零时开通（硬开通） ，在其电流不 为零时关断（硬关断），硬开通、硬关断统称为硬开关。 • 2）特点： • 开关的开通和关断过程伴随着电压和电流的剧烈变化。 • 产生较大的开关损耗和开关噪声。
第二节 直流斩波器基本电路
一、降压（Buck）变换电路
滤波电容 滤波电感
输入直 流电压
负载
续流二极管
导通期间（ton）：电力开关
器件导通，电感蓄能，二极管 D反偏。等效电路如图 (b)所 示 ； 器件断开，电感释能，二极管 D导通续流。等效电路如 (c) 所示；
关断期间（toff）：电力开关
由波形图(b)可以计算出输出电 压的平均值为：
总结：电感电流连续时Boost变换器的工作分为两 个阶段:
① T导通时为电感L储 能阶段，此时电源不向 负载提供能量，负载靠 储于电容C的能量维待 工作。 ② T阻断时，电源和 电感共同向负载供电， 同时给电容 C充电。
三、升降压（Buck-Boost）变换电路
1) 概述：
升降压变换电路（又称Buck-boost电路）的输出电压 平均值可以大于或小于输入直流电压，输出电压与输入电 压极性相反，其电路原理图如图所示。 它主要用于要求输出与输入电压反相，其值可大于 或小于输入电压的直流稳压电源。