第五章电力电子技术(DCDC)资料

Uo
ton toff
E 1
E
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。
5.4.1 电流可逆斩波电路
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)
DC/DC变换电路 1、基本DC/DC变换电路——
降压、升压、升降压斩波电路和可逆斩波 电路； 2、带隔离变压器的DC/DC变换电路； 3、输出低电压的同步整流电路； 4、分布式电源。 DC/DC变换电路的特点： 1、负载侧并联电容或电势负载——稳定电压； 2、转换电路特别是升压电路中需要利用电感储
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
保持K2导通，K1关断，使K3、K4按 PWM控制方式交替导通，向电动机提供负 电压，使电动机工作在第3、4象限，即反 转电动和反转再生制动状态。
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
升降压斩波电路
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
Uo
ton toff
E
1
E
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
Uo
ton toff
E 1
E
VT导通与关断时的等效电路及电流通路
Zeta斩波电路
▪ 斩波电路的电压极性保持不变，电流既可正 又可负。——以斩波电路为直流电动机供电 为例介绍(半桥电路)。
电流可逆斩波电路可等效为降压斩波电路和 升压斩波电路的互补叠加
电路的三种工作方式：
▪ 电路总是运行于降压斩波状态，直流电动机 工作于第一象限的电动运行状态。
——参见降压斩波电路 ▪ 电路总是运行于升压斩波状态，直流电动机
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。
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。
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。
能。 3、对电阻性负载串联电感（恒流源）稳定电压。
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）
Uo
T toff
E
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）
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
许多场合需要带隔离变压器的DC/DC变换电
工作于第二象限的再升制动状态。
——参见升压斩波电路 ▪ 在一个周期内，电路在降压斩波和升压斩波
两种状态之间交替工作。
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
K2导通时， U0=0。电流io的方向取决于电 感中的储能情况。
5.4.2 桥式可逆斩波电路
桥式可逆斩波电路的等效开关电路
桥式可逆斩波电路的三种驱动控制方式 ▪ 单极性斩波控制 ▪ 双极性斩波控制 ▪ 受限单极性斩波控制
1、单极性斩波控制
保持K4导通、K3关断，使K1、K2按 PWM控制方式交替导通，电动机工作在第1、 2象限，即正转电动和再生制动状态。
① 模式一 ——斩波电路输出正向电压，负载 电流为正，电动机正转
该模式下，K1、K4导通时间长，K2、K3导 通时间短，平均电压为正。
② 模式二 ——斩波电路输出反向电压，负载 电流为正，电动机正转
该模式下，K1、K4导通时间短，K2、K3 导通时间长，平均电压为负。
③模式三 ——斩波电路输出反向电压，负载 电流为负，电动机反转
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