第五章电力电子技术(DCDC)
该模式下，K1、K4导通时间短，K2、K3导 通时间长，平均电压为负。
④模式四 ——斩波电路输出正向电压，负载 电流为负，电动机反转
该模式下，K1、K4导通时间长，K2、K3导 通时间短，平均电压为正。
3、受限单极性斩波控制
在正转期间使K2、K3一直关断，让K1进 行PWM控制，K4一直导通.
在反转期间使K1、K4一直关断，让 K2进行PWM控制，K3一直导通。
输入输出波形
VT导通与关断时的等效电路
5.3.2 Cuk斩波电路
ton Uo E E toff 1
VT导通与关断时的等效电路及电流通路
5.3.3 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路 Sepic斩波电路
ton Uo E E toff 1
VT导通与关断时的等效电路及电流通路
Zeta斩波电路
ton Uo E E toff 1
VT导通与关断时的等效电路及电流通路
5.4 可逆斩波电路 几个概念： 可逆：既可正，又可负。能量可双向传递。 电流可逆：电流的方向可正可负。 能量的双向传递： 电压或电流的方向可以反向，能量可 以双向流动。 可逆斩波电路：斩波电路的电流或能量可 逆向流动。
MOSFET实际上是一个双向导电器件，以往的 应用中只利用了正向导电特性，形成了MOSFET只 能单向导电的概念。由于MOSFET存在寄生二极管， 在用作同步整流管SR时，将MOS管反接使用，即源 极S接电源正端，相当于二极管的阳极，漏极D接电 源负端，相当于二极管的阴极，当MOS管在门极信 号的作用下导通时，电流从源极S流向漏极D。 事实上，同步整流技术已经成为现代开关电源技 术的标志，凡是高水平的开关电源，必定有同步整流 技术。使用上，不再局限于5V、3.3V、2.5V、1.8V 这些低输出电压领域，12V、15V、24V也在使用同 步整流技术。
5.1 直流降压斩波电路（Buck电路）
VT导通与关断时的等效电路
负载电流断续
5.2 直流升压斩波电路（Boost 电路）
T Uo E toff
VT导通与关断时的等效电路
5.3 直流升降压斩波电路 5.3.1 升降压斩波电路 （Buck - Boost chopper）
升降压斩波电路
5.6.2 同步整流电路的基本原理
半波同步整流电路及波形图
上图中，在u1的正半波，给SR的栅极施加控制信 号ugs，则同步整流管导通，电流i由源极S流向漏极D。 在此期间，电阻R两端的电压就等于u1。在u1的负半 波，SR的栅极所施加控制信号ugs变为零，同步整流管 关断，电路断开，电阻R两端的电压变为零。到下一个 电源周期时，重复开通和关断同步整流管，则负载R上 就得到了半周期电压，从而实现了半波整流。在该电路 中，电源电压与SR的栅极控制信号是同步变化的。因 SR中存在体二极管，图中电路还会出现另一种工作状 态。即电路工作时，如果不给栅极施加控制信号，电路 仍会在电压周期的正半波由电源、电阻R、体二极管构 成回路。不过此时SR的体二极管的正向导通压降和反 向恢复时间都较大，故在这种情况下，整流过程产生的 损耗将会明显增加。这也是同步整流管的源极S接电源 正端的原因。
第三种工作方式——电流io有正有负，平均 值很小，对于电动机而言，相当于负载很小
电流io为正时，分VT1导通和关断两种情况：
电流io为负时，分VT2导通和关断两种情况：
第三种工作方式的另一种理解法—— 把VT1和VD2、VT2和VD1当作两个双向开关 双向开关： 开关电流有正有负，开关可双向导电， 更接近理想开关。 IGBT与二极管反并联可以理解为一个 开关。
5.5.1 单端正激变换器
单端变换器是在降压斩波电路中插入隔离变压 器构成的，典型的单端正激变换器如下图所示。
N1 u+
N1
N2 VD1 + u
N2
L uD +
N3 uN3 + E V
VD2
C
Uo
R
VD3
降压斩波电路
变压器有三个绕组，N1是一次绕组，N2是二次绕组， N3是复位绕组，L是输出滤波电感，C是输出滤波电容， VD1是输出整流二极管，VD2是续流二极管，VD3是复位绕 组的串联二极管。 电路中开关管V按PWM控制方式工作。V开通时，E加到 变压器原边绕组N1上，N1中电流iN1线性上升（因原边电压 恒定），变压器铁芯磁通Φ增加，在副边绕组N2中感应出上 正下负的电势，使二极管VD1导通，VD2截止，L储能，流经 其电流逐渐增大，变压器向负载提供能量。这期间，复位绕 组N3感应出负电压（下正上负），VD3截止。V关断时，变 压器原边绕组N1极性变为下正上负，副边绕组N2极性也随之 发生变化（变为下正上负），VD1关断，L的电流因不能突变 而经VD2续流，L放能，流经其电流逐渐减小。V关断期间， 变压器中储存的能量经绕组N3（极性变为上正下负）和复位 二极管VD3回馈到电源。
利用开关来表示的电流可逆斩波电路
工作原理分析 负载性质：电阻-电感-反电势 ——电流滞后电压 注意：K1、K2不能同时导通，否则电源短路。 K1导通时，或是VT1导通，或是VD2导通， 取决于电流的方向。电流为正， VT1导通，电 流为负， VD2导通。此时U0=E。能量的流向 取决于电流io的方向。 K2导通时， U0=0。电流io的方向取决于电 感中的储能情况。
总结：
受限单极性方式无论电动机正转还是 反转，都只有一只开关管处于PWM控制方 式，既减小了开关损耗又降低了上下桥臂 同时导通的机会，运行最可靠，应用最多。 缺点：负载较轻时，电动机电流小，出 现断续情况，负载平均电压提高，电动机转 速升高，机械特性变软。
5.5 带隔离变压器的DC/DC变换电路
单端反激变换器电流连续时的工作波形图
ube
O
ton T t1
toff t2 t
φ
O
t E
uN1
O
K12Uo
t
i1 I1min
O
I1max t
i2 I2max
O
I2min t
5.5.4 半桥变换器
隔离型半桥变换器电路
变压器一次侧的两个端子分别与C1、C2和全控 型器件V1、V2的中点相连；变压器二次绕组带有中 心抽头，构成全波整流电路。变压器二次绕组N2和 一次绕组N1的匝数比为K=N2／N1。设两个电容器 的容量相同，则电容器中点的电压为E／2。V1、V2 交替导通，在变压器一次侧形成幅值为E／2的交变 电压，改变V1、V2的导通占空比，就可以改变二次 侧整流电压uN2的平均值，也就改变了输出电压Uo。 为了避免上下两个开关同时导通而造成短路，每个 开关各自的占空比不能超过50%，且要留有足够的 裕量，这样就出现了二者同时关断的情况。
现代电力电子技术
第五章
DC/DC变换
DC/DC变换是干什么的？ DC/DC变换电路能将一组电参数的直流电 能变换为另一组电参数的直流电能。这些电参 数包括： 直流电幅值 直流电极性 为什么要进行DC/DC变换？ 应用DC/DC变换技术可使直流输出电压脉 动更小、纹波更低。具体：
直流传动装置——提高稳态和动态性能； 直流电源——减小体积、降低重量，提高效 率； 逆变焊机——降低体积和重量、提高电源效 率、提高焊接质量。 DC/DC变换的方法 目前主要用脉冲调制实现输出电压的控制， 方法主要有两种： 1、脉冲宽度调制（PWM）——应用较广 2、脉冲频率调制(PFM)
变换器波形图
ube
O
T/2 ube1 T
T/2 ube2 t
uN1 E/2
O
Ton u2 KE/2
O
E/2
t
t
iL
O
t
iVD3
O
t
iVD4
O
Ton
T/2
T
t
5.5.5 全桥变换器
隔离型全桥变换器电路
5.6 同步整流电路
5.6.1 同步整流电路概述 为了降低损耗提高电源效率，采用开关时间短、 输入阻抗高、导通压降低的电力MOSFET来代替二 极管完成整流。由电力MOSFET构成的、与一次侧 开关器件电压相位同步的整流电路就是同步整流电 路（SR）。用于同步整流的MOSTET要求具有双向 导电特性。同步整流管及其电路图形符号如下。
2、双极性斩波控制
使K1、K4和K2、K3成对按照PWM控制方 式交替导通，并且使K1、K2和K3、K4的导通 状态互补，避免电源短路。 四种工作模式： ① 斩波电路输出正向电压，负载电流为正 ② 斩波电路输出反向电压，负载电流为正 ③ 斩波电路输出反向电压，负载电流为负 ④ 斩波电路输出正向电压，负载电流为负
许多场合需要带隔离变压器的DC/DC变换电 路，结构如下图所示。也称直—交—直变换电路。
采用隔离型结构的电路实现DC/DC变换的原因： （1）输出端和输入端需要隔离； （2）某些应用中的多路输出之间需要隔离； （3）输出电压与输入电压的比值远小于1或者远大于 1； （4）交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压 器和滤波电感、电容的体积和重量。为了减小环境 噪声，交流环节的工作频率应高于20kHz这一人耳 的听觉极限，一般工作在几百kHz到几千kHz。 隔离型DC/DC变换电路分为： 单端（single end）电路 双端（double end）电路
5.5.3 单端反激变换器
单端反激变换器电路
i1 N1 u+ N1 E i2 VD N2 uN2 +
C
io + Uo R
变压器的一次绕组N1 与二次绕组N2的同名端相 反，C是输出滤波电容。
V
采用PWM控制方式。当全控型器件V开通 时，变压器原边绕组N1有电流流通，并有上正下 负的电压，变压器副边绕组N2的同名端耦合出同 样极性（下正上负）的电压，二极管VD截止，流 过绕组N1的电流i1线性增大，电感储存能量；当全 控型器件V关断时，电流i1变为零，二次绕组中产 生反方向的感应电势，即形成上正下负的电压，使 二极管VD导通，变压器中储存的磁场能量通过绕组 N2和二极管VD向负载释放。
④模式四 ——斩波电路输出正向电压，负载 电流为负，电动机反转
该模式下，K1、K4导通时间长，K2、K3导 通时间短，平均电压为正。
3、受限单极性斩波控制
在正转期间使K2、K3一直关断，让K1进 行PWM控制，K4一直导通.
在反转期间使K1、K4一直关断，让 K2进行PWM控制，K3一直导通。
输入输出波形
VT导通与关断时的等效电路
5.3.2 Cuk斩波电路
ton Uo E E toff 1
VT导通与关断时的等效电路及电流通路
5.3.3 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路 Sepic斩波电路
ton Uo E E toff 1
VT导通与关断时的等效电路及电流通路
Zeta斩波电路
ton Uo E E toff 1
VT导通与关断时的等效电路及电流通路
5.4 可逆斩波电路 几个概念： 可逆：既可正，又可负。能量可双向传递。 电流可逆：电流的方向可正可负。 能量的双向传递： 电压或电流的方向可以反向，能量可 以双向流动。 可逆斩波电路：斩波电路的电流或能量可 逆向流动。
MOSFET实际上是一个双向导电器件，以往的 应用中只利用了正向导电特性，形成了MOSFET只 能单向导电的概念。由于MOSFET存在寄生二极管， 在用作同步整流管SR时，将MOS管反接使用，即源 极S接电源正端，相当于二极管的阳极，漏极D接电 源负端，相当于二极管的阴极，当MOS管在门极信 号的作用下导通时，电流从源极S流向漏极D。 事实上，同步整流技术已经成为现代开关电源技 术的标志，凡是高水平的开关电源，必定有同步整流 技术。使用上，不再局限于5V、3.3V、2.5V、1.8V 这些低输出电压领域，12V、15V、24V也在使用同 步整流技术。
5.1 直流降压斩波电路（Buck电路）
VT导通与关断时的等效电路
负载电流断续
5.2 直流升压斩波电路（Boost 电路）
T Uo E toff
VT导通与关断时的等效电路
5.3 直流升降压斩波电路 5.3.1 升降压斩波电路 （Buck - Boost chopper）
升降压斩波电路
5.6.2 同步整流电路的基本原理
半波同步整流电路及波形图
上图中，在u1的正半波，给SR的栅极施加控制信 号ugs，则同步整流管导通，电流i由源极S流向漏极D。 在此期间，电阻R两端的电压就等于u1。在u1的负半 波，SR的栅极所施加控制信号ugs变为零，同步整流管 关断，电路断开，电阻R两端的电压变为零。到下一个 电源周期时，重复开通和关断同步整流管，则负载R上 就得到了半周期电压，从而实现了半波整流。在该电路 中，电源电压与SR的栅极控制信号是同步变化的。因 SR中存在体二极管，图中电路还会出现另一种工作状 态。即电路工作时，如果不给栅极施加控制信号，电路 仍会在电压周期的正半波由电源、电阻R、体二极管构 成回路。不过此时SR的体二极管的正向导通压降和反 向恢复时间都较大，故在这种情况下，整流过程产生的 损耗将会明显增加。这也是同步整流管的源极S接电源 正端的原因。
第三种工作方式——电流io有正有负，平均 值很小，对于电动机而言，相当于负载很小
电流io为正时，分VT1导通和关断两种情况：
电流io为负时，分VT2导通和关断两种情况：
第三种工作方式的另一种理解法—— 把VT1和VD2、VT2和VD1当作两个双向开关 双向开关： 开关电流有正有负，开关可双向导电， 更接近理想开关。 IGBT与二极管反并联可以理解为一个 开关。
5.5.1 单端正激变换器
单端变换器是在降压斩波电路中插入隔离变压 器构成的，典型的单端正激变换器如下图所示。
N1 u+
N1
N2 VD1 + u
N2
L uD +
N3 uN3 + E V
VD2
C
Uo
R
VD3
降压斩波电路
变压器有三个绕组，N1是一次绕组，N2是二次绕组， N3是复位绕组，L是输出滤波电感，C是输出滤波电容， VD1是输出整流二极管，VD2是续流二极管，VD3是复位绕 组的串联二极管。 电路中开关管V按PWM控制方式工作。V开通时，E加到 变压器原边绕组N1上，N1中电流iN1线性上升（因原边电压 恒定），变压器铁芯磁通Φ增加，在副边绕组N2中感应出上 正下负的电势，使二极管VD1导通，VD2截止，L储能，流经 其电流逐渐增大，变压器向负载提供能量。这期间，复位绕 组N3感应出负电压（下正上负），VD3截止。V关断时，变 压器原边绕组N1极性变为下正上负，副边绕组N2极性也随之 发生变化（变为下正上负），VD1关断，L的电流因不能突变 而经VD2续流，L放能，流经其电流逐渐减小。V关断期间， 变压器中储存的能量经绕组N3（极性变为上正下负）和复位 二极管VD3回馈到电源。
利用开关来表示的电流可逆斩波电路
工作原理分析 负载性质：电阻-电感-反电势 ——电流滞后电压 注意：K1、K2不能同时导通，否则电源短路。 K1导通时，或是VT1导通，或是VD2导通， 取决于电流的方向。电流为正， VT1导通，电 流为负， VD2导通。此时U0=E。能量的流向 取决于电流io的方向。 K2导通时， U0=0。电流io的方向取决于电 感中的储能情况。
总结：
受限单极性方式无论电动机正转还是 反转，都只有一只开关管处于PWM控制方 式，既减小了开关损耗又降低了上下桥臂 同时导通的机会，运行最可靠，应用最多。 缺点：负载较轻时，电动机电流小，出 现断续情况，负载平均电压提高，电动机转 速升高，机械特性变软。
5.5 带隔离变压器的DC/DC变换电路
单端反激变换器电流连续时的工作波形图
ube
O
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φ
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uN1
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K12Uo
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i1 I1min
O
I1max t
i2 I2max
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5.5.4 半桥变换器
隔离型半桥变换器电路
变压器一次侧的两个端子分别与C1、C2和全控 型器件V1、V2的中点相连；变压器二次绕组带有中 心抽头，构成全波整流电路。变压器二次绕组N2和 一次绕组N1的匝数比为K=N2／N1。设两个电容器 的容量相同，则电容器中点的电压为E／2。V1、V2 交替导通，在变压器一次侧形成幅值为E／2的交变 电压，改变V1、V2的导通占空比，就可以改变二次 侧整流电压uN2的平均值，也就改变了输出电压Uo。 为了避免上下两个开关同时导通而造成短路，每个 开关各自的占空比不能超过50%，且要留有足够的 裕量，这样就出现了二者同时关断的情况。
现代电力电子技术
第五章
DC/DC变换
DC/DC变换是干什么的？ DC/DC变换电路能将一组电参数的直流电 能变换为另一组电参数的直流电能。这些电参 数包括： 直流电幅值 直流电极性 为什么要进行DC/DC变换？ 应用DC/DC变换技术可使直流输出电压脉 动更小、纹波更低。具体：
直流传动装置——提高稳态和动态性能； 直流电源——减小体积、降低重量，提高效 率； 逆变焊机——降低体积和重量、提高电源效 率、提高焊接质量。 DC/DC变换的方法 目前主要用脉冲调制实现输出电压的控制， 方法主要有两种： 1、脉冲宽度调制（PWM）——应用较广 2、脉冲频率调制(PFM)
变换器波形图
ube
O
T/2 ube1 T
T/2 ube2 t
uN1 E/2
O
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O
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O
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O
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iVD4
O
Ton
T/2
T
t
5.5.5 全桥变换器
隔离型全桥变换器电路
5.6 同步整流电路
5.6.1 同步整流电路概述 为了降低损耗提高电源效率，采用开关时间短、 输入阻抗高、导通压降低的电力MOSFET来代替二 极管完成整流。由电力MOSFET构成的、与一次侧 开关器件电压相位同步的整流电路就是同步整流电 路（SR）。用于同步整流的MOSTET要求具有双向 导电特性。同步整流管及其电路图形符号如下。
2、双极性斩波控制
使K1、K4和K2、K3成对按照PWM控制方 式交替导通，并且使K1、K2和K3、K4的导通 状态互补，避免电源短路。 四种工作模式： ① 斩波电路输出正向电压，负载电流为正 ② 斩波电路输出反向电压，负载电流为正 ③ 斩波电路输出反向电压，负载电流为负 ④ 斩波电路输出正向电压，负载电流为负
许多场合需要带隔离变压器的DC/DC变换电 路，结构如下图所示。也称直—交—直变换电路。
采用隔离型结构的电路实现DC/DC变换的原因： （1）输出端和输入端需要隔离； （2）某些应用中的多路输出之间需要隔离； （3）输出电压与输入电压的比值远小于1或者远大于 1； （4）交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压 器和滤波电感、电容的体积和重量。为了减小环境 噪声，交流环节的工作频率应高于20kHz这一人耳 的听觉极限，一般工作在几百kHz到几千kHz。 隔离型DC/DC变换电路分为： 单端（single end）电路 双端（double end）电路
5.5.3 单端反激变换器
单端反激变换器电路
i1 N1 u+ N1 E i2 VD N2 uN2 +
C
io + Uo R
变压器的一次绕组N1 与二次绕组N2的同名端相 反，C是输出滤波电容。
V
采用PWM控制方式。当全控型器件V开通 时，变压器原边绕组N1有电流流通，并有上正下 负的电压，变压器副边绕组N2的同名端耦合出同 样极性（下正上负）的电压，二极管VD截止，流 过绕组N1的电流i1线性增大，电感储存能量；当全 控型器件V关断时，电流i1变为零，二次绕组中产 生反方向的感应电势，即形成上正下负的电压，使 二极管VD导通，变压器中储存的磁场能量通过绕组 N2和二极管VD向负载释放。
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第五章直流交流(DCAC)变换.
第五章直流—交流（DC—AC）变换5.1 逆变电路概述5.1.1 晶闸管逆变电路的换流问题DC—AC变换原理可用图5-1所示单相逆变电路来说明，其中晶闸管元件VT1、VT4，VT2、VT3成对导通。
当VT1、VT4导通时，直流电源E通过VT1、VT4向负载送出电流，形成输出电压左（+）、右（-），如图5-1（a）所示。
当VT2、VT3导通时，设法将VT1、VT4关断，实现负载电流从VT1、VT4向VT2、VT3的转移，即换流。
换流完成后，由VT2、VT3向负载输出电流，形成左（-）、右（+）的输出电压，如图5-1（b）所示。
这两对晶闸管轮流切换导通，则负载上便可得到交流电压，如图5-1（c）波形所示。
控制两对晶闸管的切换导通频率就可调节输出交流频率，改变直流电压E的大小就可调节输出电压幅值。
输出电流的波形、相位则决定于交流负载的性质。
图5-1 DC—AC变换原理要使逆变电路稳定工作，必须解决导通晶闸管的关断问题，即换流问题。
晶闸管为半控器件，在承受正向电压条件下只要门极施加正向触发脉冲即可导通。
但导通后门极失去控制作用，只有使阳极电流衰减至维持电流以下才能关断。
常用的晶闸管换流方法有：（1）电网换流（2）负载谐振式换流（3）强迫换流5.1.2 逆变电路的类型逆变器的交流负载中包含有电感、电容等无源元件，它们与外电路间必然有能量的交换，这就是无功。
由于逆变器的直流输入与交流输出间有无功功率的流动，所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求。
在交—直—交变频电路中，直流环节的储能元件往往被当作滤波元件来看待，但它更有向交流负载提供无功功率的重要作用。
根据直流输入储能元件类型的不同，逆变电路可分为两种类型：图5-4 电压源型逆变器图5-5 无功二极管的作用1．电压源型逆变器电压源型逆变器是采用电容作储能元件，图5-4为一单相桥式电压源型逆变器原理图。
电压源型逆变器有如下特点：1）直流输入侧并联大电容C用作无功功率缓冲环节（滤波环节），构成逆变器低阻抗的电源内阻特性（电压源特性），即输出电压确定，其波形接近矩形，电流波形与负载有关，接近正弦。
电力电子技术第五章直流-直流变流电路PPT课件
(5-37) O
i
t
o
当tx<t0ff时，电路为电流断续工作状态， tx<t0ff是电流断续的条件，即
m
1 e 1 e
(5-38)
i
i
1
2
I
20
O
t
tt
t
t
on
1
x
2
t
off
T
c)
图5-3 用于直流电动机回馈能 量的升压斩波电路及其波形
c）电流断续时
16/44
5.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路
◆斩波电路有三种控制方式
☞脉冲宽度调制（PWM）：T不变，改变ton。 ☞频率调制：ton不变，改变T。 ☞混合型：ton和T都可调，改变占空比
5/44
5.1.1 降压斩波电路
■对降压斩波电路进行解析
◆基于分时段线性电路这一思想，按V处于通态和处于断态两个过程 来分析，初始条件分电流连续和断续。
◆电流连续时得出
3/44
5.1.1 降压斩波电路
■降压斩波电路（Buck Chopper）
◆电路分析
☞使用一个全控型器件V，若采用晶闸
管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。
☞设置了续流二极管VD，在V关断时
给负载中电感电流提供通道。
☞主要用于电子电路的供电电源，也
可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。
◆工作原理
☞ t=0时刻驱动V导通，电源E向负载
☞输出电流的平均值Io为
EI1 U o I o
Io
Uo R
1
E R
(5-24) (5-25)
☞电源电流I1为
I1
Uo E
Io
(2024年)电力电子技术完整版全套PPT电子课件
实验报告撰写与答辩
讲解实验报告的撰写要求和答辩技巧 ，提高学生的综合素质和能力。
36
08
电力电子技术应用案例
2024/3/26
37
新能源发电系统中电力电子技术应用
光伏发电系统
最大功率点跟踪（MPPT ）技术、逆变器并网技术 、孤岛检测与保护技术等 。
2024/3/26
风力发电系统
变桨距控制技术、变速恒 频技术、直驱式永磁风力 发电技术等。
2024/3/26
13
可控整流电路分析与应用
可控整流电路原理
可控整流电路通过控制触发角α的大小，实现对输出电压的调 节。
2024/3/26
可控整流电路应用
可控整流电路广泛应用于直流调速、电力拖动、电解、电镀 等领域。
14
滤波电路原理与设计方法
滤波电路原理
滤波电路是利用电容、电感等元件对交流电的频率特性进行滤波，从而得到平 滑的直流电的电路。
高性能器件选择
选用高性能的功率器件和驱动电路，提高电路的工作频率和可靠性。例如，选用低导通电阻和低栅极电荷的 MOSFET可以降低电路的导通损耗和开关损耗；选用高耐压和高电流的IGBT可以提高电路的带负载能力等 。
系统优化与热设计
对系统进行全面的优化和热设计，确保电路在高负载、高温等恶劣环境下仍能稳定可靠地工作。例如，采用 合理的散热结构和风扇控制策略可以降低电路的工作温度；采用模块化设计可以提高电路的维修性和可扩展 性等。
2024/3/26
功率场效应晶体管（Power MOSFE…
阐述Power MOSFET和IGBT的结构、特点以及在电力电子电路中的 广泛应用。
11
03
整流与滤波技术
2024/3/26
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
电力电子技术课件DCDC变换器
I0
I2
2
I1
(3.2.8)
I1I0U2dLTS D(1D)
电力电子技术课件DCDC变换器
4.1.1 Buck变换器
电感电流iL临界连续状态：
变换电路工作在临界连续状态时，即有I1=0，由 I1I0U2dLTSD(1D)
可得维持电流临界连续的电感值L0为：
Lo
UdTS 2I0B
D(1D)
即电感电流临界连续时的负载电流平均值为 ：
对于日本、美国等国家，使用60Hz工频，计取方式只需把上述的50改为 60即可。
纹波电压通常用有效值或电峰力值电子表技术示课。件DCDC变换器
4.1.1 Buck变换器
纹波电压的危害
1、容易在用设备中产生不期望的谐波，而谐波会产生较多的危害；
2、降低了电源的效率；
3、较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用设备。
✓
U 0T 1S0 TSu0(t)d TttoST n1S U(d 0 toDu ndUddttT oSn 0d)t
ü 忽略器件功率损耗，即
输入输出电流关系为：
IO
Ud UO
Id
1 DId
电力电子技术课件DCDC变换器
降压电路及其波形图
4.1.1 Buck变换器
Buck变换器的可能运行情况：
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。
电力电子技术课件DCDC变换器
4.1 直流变换电路的工作原理
❖ 工作原理：图中T是可控开关，R为纯阻性负载。在时间 内当开关T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
电力电子DC-AC逆变讲解
sin(t )
电力电子技术——DC-AC逆变
4.2.3 变压器中心抽头推挽式单相逆变电路
负载
a A * * O
1
* b B
仅二个开关T1、T2 轮流导电180度
开关管断态电压高一 倍 2VD 要输出变压器
VD
T1
D
D2
T2
变压器中心抽头推挽式单相逆变电路
适用于低压小功率、 须隔离的应用
交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源
等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。
电力电子技术——DC-AC逆变
4.0.1 逆变电路的基本工作原理
以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工 作原理
S1~S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅 助电路组成。
uo
Ud S1 io 负载 S3 uo S 4 io t1 t2 t
S2 a)
b)
逆变电路及其波形举例
电力电子技术——DC-AC逆变
S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。 S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。
直流电
交流电
电力电子技术——DC-AC逆变
逆变电路最基本的工 作原理 —— 改变两 组开关切换频率，可 改变输出交流电频率。
电阻负载时，负载电流 io 和uo的波形相同，相位也 相同。
先使晶闸管电流减为零， 然后通过反并联二极管使其 加上反向电压。 也叫电流换流。
电感耦合式强迫 换流原理图
直接耦合式强迫换 流原理图
电力电子技术——DC-AC逆变
4.0.3 PWM
所谓PWM就是在所需的频率周期内，将直流电压调制成等 幅不等宽的系列交流输出电压脉冲，以达到控制频率、 电压、电流和抑制谐波的目的。
电力电子DC-AC逆变
4.0.0 引言
逆变的概念
电力电子技术——DC-AC逆变
逆变——与整流相对应，直流电变成交流电。 交流侧接电网，为有源逆变。 交流侧接负载，为无源逆变。
逆变与变频
变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。 交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组 成，后一部分就是逆变。
主要应用
各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。
负载
a A * * O
1
* b B
P
Vd 2
0 Vd 2
VD
D1 T3 ia
a
T1
D
D2
T2
T1
D3 T5
ib
D5 ic
c
推挽式单相逆变电路
b
T4 D4
T6
D6
T2
D2
Q 电压型三相桥式逆变电路
电力电子技术——DC-AC逆变
4.1.2 逆变器输出波形性能指标
(1)谐 波 系 数 n Vn / V1 HF
T 2
t
电力电子技术——DC-AC逆变
4.1.3 其他指标
逆变器的性能指标除输出波形性能指标外，还应包 括：
逆变效率
单位重量（或单位体积）输出功率
可靠性指标
逆变器输入直流电流中交流分量的数值和脉动频率 电磁干扰EMI及电磁兼容性EMC
电力电子技术——DC-AC逆变
4.2 电压型单相方波逆电路工作原理
由换流电路内电容 直接提供换流电压 通过换流电路内的 电容和电感的耦合 来提供换流电压或 换流电流 直接耦合式 强迫换流 电感耦合式 强迫换流
电力电子技术——DC-AC逆变
直接耦合式强迫换流
当晶闸管VT处于通态 时，预先给电容充电。当 S合上，就可使VT被施加 反压而关断。 也叫电压换流。 电感耦合式强迫换流
北京交通大学 电力电子技术 第05章 直流斩波器(DC-DC变换器)
ton 不变，调节 T
toff 不变，调节 ton 和 T • 调频调宽混合控制
Beijing Jiaotong University (BJTU)
反馈控制方式： 瞬时值控制（边带控制、 bang-bang控制） 当 i < Imin时，S 开通 当 i > Imax时，S 关断 特点： 输出电流(电压)纹波恒定
Uo Ts 1 U d toff 1 D
Io 1 D Id
Beijing Jiaotong University (BJTU)
5. 3 升降压变换器（BUCK--BOOST变换器）
一、电路结构与工作原理 1、电路结构 2、工作原理 S闭合，Ud向L充电，iL 增大，负载由C供电 S断开， iL通过D向C和 R供电， iL下降 Uo=0~∞
响应速度快
开关频率变化较大
Beijing Jiaotong University (BJTU)
平均值控制 电压反馈控制或电流反馈控制 当 Uf < Ur 时，增加 ton ，U0 上升 当 Uf > Ur 时，减小ton ， U0 下降 特点：开关频率固定，易于滤波，响应较慢
Beijing Jiaotong University (BJTU)
Beijing Jiaotong University (BJTU)
一、正激式（Forward）变换器
A
id
+
（一）理想单端正激式变换器
不考虑变压器激磁电抗和漏抗 1、电路结构 2、工作原理 S闭合 ：D1正偏导通， D2 反偏截止，uL>0 ，iL线性增 大； S断开：D2续流，uL<0 ，iL 线性减小。
5. 1 降压变换器（BUCK变换器） 一、电路与工作原理 续流二极管 1、电路结构 2、工作原理
电力电子技术-第五章 AC-DC变换器2 共95页
电力电子技术
Power Electronic Technology
杨淑英 合肥工业大学电气与自动化工程学院
第5章 AC－DC变换器
基本内容
1 概述 2 不控整流电路 3 相控整流电路 4 相控有源逆变电路 5 PWM整流电路 6 同步整流电路
5.3 相控整流电路
u1
可控整 流电路
VD1
单
u2
相 交
T
i2 a
a)
u1
u2 b
VT2
ud
ud(id)
id
b)
0
uVT
1,4
c) 0 i2
d) 0
VT4
id
ud
R
t t t
VT1
VT3
数量关系
IVT
1
(
2
2U2 sint)2d(t)
R
U2 1 sin2
2R 2
I I2
1
(
2U2 sint)2d(t)
件承受的最大正向电压等于 2U 2 / 2 变压器二次侧电流波形正负半周方向
相反，波形对称，平均值为0，则直流 分量为0。不存在变压器直流磁化。
5.3.1 移相控制技术
T
i2 a
a)
u1
u2 b
VT2
ud
ud(id)
id
b)
0
uVT
1,4
c) 0 i2
d) 0
VT1
VT4
VT3
数量关系
id
0
t
u1
u2
ud R
uba
t
b
Power Electronic Technology
杨淑英 合肥工业大学电气与自动化工程学院
第5章 AC－DC变换器
基本内容
1 概述 2 不控整流电路 3 相控整流电路 4 相控有源逆变电路 5 PWM整流电路 6 同步整流电路
5.3 相控整流电路
u1
可控整 流电路
VD1
单
u2
相 交
T
i2 a
a)
u1
u2 b
VT2
ud
ud(id)
id
b)
0
uVT
1,4
c) 0 i2
d) 0
VT4
id
ud
R
t t t
VT1
VT3
数量关系
IVT
1
(
2
2U2 sint)2d(t)
R
U2 1 sin2
2R 2
I I2
1
(
2U2 sint)2d(t)
件承受的最大正向电压等于 2U 2 / 2 变压器二次侧电流波形正负半周方向
相反，波形对称，平均值为0，则直流 分量为0。不存在变压器直流磁化。
5.3.1 移相控制技术
T
i2 a
a)
u1
u2 b
VT2
ud
ud(id)
id
b)
0
uVT
1,4
c) 0 i2
d) 0
VT1
VT4
VT3
数量关系
id
0
t
u1
u2
ud R
uba
t
b
(完整word版)电力电子技术第5章直流-直流变换电路习题和答案K
一、填空题1、升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压,关键有两个原因:一是L储能之后具有使（）的作用;二是电容C可将输出电压（）住。
答：电压泵升;保持2、升压斩波电路和降压斩波电路一样,也有电流（）和（）两种工作状态。
答:连续;断续3、直流斩波电路按照输入电压与输出电压的高低变化来分类有（)斩波电路、( ）斩波电路和（）斩波电路。
答：降压；升压；升降压；二、问答题1、试说明直流斩波器主要有哪几种电路结构？试分析它们各有什么特点？答：直流斩波电路主要有降压斩波电路（Buck），升压斩波电路（Boost),升-降压斩波电路（Buck—Boost）和库克(Cuk）斩波电路。
降压斩波电路是输出电压的平均值低于输入电压的变换电路.它主要用于直流稳压电源和直流电机的调速。
升压斩波电路是输出电压的平均值高于输入电压的变换电路。
它可用于直流稳压电源和直流电机的再生制动。
升—降压变换电路是输出电压的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.主要用于要求输出与输入电压反向,其值可大于或小于输入电压的直流稳压电源。
库克电路也属升—降压型直流变换电路，但输入端电流波纹小，输出直流电压平稳，降低了对滤波器的要求。
2、简述降压斩波电路的工作原理。
输出电压电流波形。
答:0=t 时刻驱动V 导通，电源E 向负载供电，负载电压E u =0，负载电流0i 按指数曲线上升。
1t t =时控制V 关断，二极管VD 续流，负载电压0u 近似为零，负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.3、简述升压斩波电路的工作原理。
输出电流波形答：当V 处于通态时，电源E 向电感L 充电,设充电电流为i 1，L 值很大,i 1基本恒定,同时电容C 向负载供电，C 很大，使电容器电压u 0基本不变，设V 处于通态的时间为t on ，在t on 时间内,电感L 上积蓄的能量为EI 1t on ；当V 处于断态时，E 与L 同时向电容充电，并向负载R 提供能量。