1、第五章 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. 复合斩波电路和多重多相斩波电路,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(输入输出用脉冲变压器隔离),一. 概述,二. 斩波器的工作原理,二. 斩波器的工作原理,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：,U,脉冲宽度调制PWM,
2、开关元件具有理想的开关特性，储能元件足够大。斩波器为无损电能变换器。负载为RC并联模型，时间常数 即稳态时端电压不变 (4) 采用定频调宽方式实现占空比调节,三. 直流斩波器的主要类型及电量分析,1.主要类型,按电能变换功能分为：,2.电量分析,为了简化分析，假设：,升降压型,1.降压型直流斩波器(Buck Chopper),a.主电路,(1)为了降低输出纹波，加入电感L和电容C滤波。VD为续流二极管。 (2)电路工作中通过电感的电流iL是否连续取决于S的开关频率和L,C的数值. (3)假设开关频率和L、C的数值都很大，电路稳态工作时iL连续，Ud值为定值,1.降压型直流斩波器(Buck Ch
3、opper),b.工作过程分析,降压型直流斩波器(Buck电路),c. 数量关系,降压型直流斩波器(Buck电路),c. 数量关系,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,2.升压型直流斩波器(Boost Chopper),a 主电路,保持输出电压,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。,假设L和C值很大。 V导通时，电源E向电感L充电，电流恒定I1，电容C向负载R供电，输出电压Uo恒定。 V处于关断时，电源E和电感L同时向电容C充电，并
4、向负载提供能量。,2.升压型直流斩波器(Boost Chopper),b 工作原理,升压型直流斩波器(Boost Chopper),升压型直流斩波器(Boost Chopper),V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：,V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：,c 数量关系,升压型直流斩波器(Boost Chopper),稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等：,化简得：,数量关系,=,升压型直流斩波器(Boost Cho
5、pper),数量关系,升压型直流斩波器(Boost Chopper),数量关系,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。,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，故实际输出电压会略低。,升压型直流斩波器(Boost Chopper),升压型直流斩波器在直流电动机拖动系统中的应用,3.极性反转型斩波器(Buck-Boost电
6、路),a 主电路,又称为升降压型斩波器,极性反转型斩波器(Buck-Boost电路),b 基本工作原理,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。,uL = E,uL = - uo,极性反转型斩波器(Buck-Boost电路),极性反转型斩波器(Buck-Boost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,所以输出电压为：,数量关系,V处于通态期间 uL = E,V处于断态期间 uL = - uo,极性反转
7、型斩波器(Buck-Boost电路),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 1时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路。,极性反转型斩波器(Buck-Boost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I1和I2，当电流脉动足够小时，有,由上两式可得：,结论,其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。,降压斩波器,升压斩波器,升降压斩波器,4. 丘克电路(Cuk电路),Cuk斩波电路,电容为电场储能元件，也可以构成直流斩波器，实现能量的储存与传递，实现直流电能的斩波变换。这种电路称为丘克电路
8、，可以获得稳定的输出电流。,4. 丘克电路(Cuk电路),图 Cuk斩波电路及其等效电路 a） 电路图 b） 等效电路,V通时，EL1V回路和RL2CV回路分别流过电流。,V断时，EL1CVD回路和RL2VD回路分别流过电流 输出电压的极性与电源电压极性相反。,等效电路如图(b)所示，相当于开关S在A、B两点之间交替切换。,丘克电路(Cuk电路),稳态时电容C的电流在一周期内的平均值应为零，也就是其对时间的积分为零，即:,在图(b)的等效电路中，开关S合向B点时间即V处于通态的时间ton，则电容电流和时间的乘积为I2ton。开关S合向A点的时间为V处于断态的时间toff，则电容电流和时间的乘积
9、为I1 toff。,丘克电路(Cuk电路),稳态时电容C的电流在一周期内的平均值应为零，也就是其对时间的积分为零，即:,从而可得:,丘克电路(Cuk电路),同理可得出输出电压Uo与电源电压E的关系：,上述输入输出关系与升降压斩波电路时的情况相同。,优点:输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波。,直流斩波器分析几点注意,L和C的值都很大，保证C两端的电压基本不变，过L的电流基本不变。 关系推导分析时将其过L电流和C两端电压两者都视为常定值，实际工作时有小的脉动 电路工作时分析的是稳态，L与C中已经储存了一定量的能量。在一个周期内两者从电源吸收的能量等于释放的
10、能量。 分析时所有的元件都是无损耗元件，电源提供的能量都被负载消耗,降压斩波器,升压斩波器,升降压斩波器,升降压斩波器,Cuk斩波电路,升降压斩波器,PWM控制，uc载波，uk调制波ukuc时V导通,四. 复合斩波电路和多重多相斩波电路,1 电流可逆斩波电路 2 桥式可逆斩波电路 3 多相多重斩波电路,复合斩波电路降压斩波电路和升压斩波电路组合构成 多相多重斩波电路相同结构的基本斩波电路组合构成,斩波电路用于拖动直流电动机时，常要使电动机既可电动运行，又可再生制动。 降压斩波电路能使电动机工作于第1象限。 升压斩波电路能使电动机工作于第2象限。 电流可逆斩波电路：降压斩波电路与升压斩波电路组合
11、。此电路电动机的电枢电流可正可负，但电压只能是一种极性，故其可工作于第1象限和第2象限。,1、电流可逆斩波电路,正向电动,反向电动,正向回馈,转速反向,正向能耗,反向能耗,电枢反接,反向回馈,Ia/T,n,降压斩波电路,升压斩波电路,复合斩波电路,电路结构,a) 电路图,V1和VD1构成降压斩波电路，电动机为电动运行，工作于第1象限。 V2和VD2构成升压斩波电路，电动机作再生制动运行，工作于第2象限。 必须防止V1和V2同时导通而导致的电源短路。,电流可逆斩波电路及波形,1、电流可逆斩波电路,a) 电路图,工作过程（三种工作方式),第3种工作方式：一个周期内交替地作为降压斩波电路和升压斩波电
12、路工作。 当一种斩波电路电流断续而为零时，使另一个斩波电路工作，让电流反方向流过，这样电动机电枢回路总有电流流过。 电路响应很快。,电流可逆斩波电路及波形,1、电流可逆斩波电路,桥式可逆斩波电路两个电流可逆斩波电路组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压。,桥式可逆斩波电路,使V4保持通时，等效为图所示的电流可逆斩波电路，提供正电压，可使电动机工作于第1、2象限。 使V2保持通时，V3、VD3和V4、VD4等效为又一组电流可逆斩波电路，向电动机提供负电压，可使电动机工作于第3、4象限 。,2、桥式可逆斩波电路,3 多相多重斩波电路,3相3重降压斩波电路,电路结构：相当于由3个降压斩波电路单元并
13、联而成。,总输出电流为 3 个斩波电路单元输出电流之和，其平均值为单元输出电流平均值的3倍，脉动频率也为3倍。 总的输出电流脉动幅值变得很小 。 所需平波电抗器总重量大为减轻。 总输出电流最大脉动率（电流脉动幅值与电流平均值之比）与相数的平方成反比。,图7-9 3相3重斩波电路及其波形,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，本章的重点是，理解降压斩波电路、升压斩波电路和升降压电路的工作原理，掌握这两种电路的输入输出关系、电路解析方法、工作特点.另外还简要介绍了多重斩波电路基本工作原理.,第5章 小结,
