【正文】 電氣自動化教研室 第 5章 直流直流變流電路 基本斬波電路 復合斬波電路和多相多重斬波電路 帶隔離的直流直流變流電路 本章小結(jié) 電氣自動化教研室 2/60 引言 ■ 直流 直流變流電路（ DC/DC Converter）包括 直接直流變流電路 和 間接直流變流電路 。 ■ 直接直流變流電路 ◆ 也稱 斬波電路（ DC Chopper） 。 ◆ 功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電。 ◆ 一般是指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟?，這種情況下輸入與輸出之間不隔離。 ■ 間接直流變流電路 ◆ 在直流變流電路中增加了 交流環(huán)節(jié) 。 ◆ 在交流環(huán)節(jié)中通常采用變壓器實現(xiàn)輸入輸出間的隔離，因此也稱為直 — 交 — 直電路。 電氣自動化教研室 3/60 基本斬波電路 降壓斬波電路 升壓斬波電路 升降壓斬波電路和 Cuk斬波電路 Sepic斬波電路和 Zeta斬波電路 電氣自動化教研室 4/60 降壓斬波電路 圖 51 降壓斬波電路的原理圖及波形 a）電路圖 b）電流連續(xù)時的波形 c）電流斷續(xù)時的波形 ■ 降壓斬波電路（ Buck Chopper） ◆ 電路分析 ? 使用一個 全控型器件 V，圖中為 IGBT，若采用晶閘管，需設(shè)置使晶閘管關(guān)斷的輔助電路。 ? 設(shè)置了 續(xù)流二極管 VD，在 V關(guān)斷時給負載中電感電流提供通道。 ? 主要用于電子電路的供電電源，也可拖動直流電動機或帶蓄電池負載等，后兩種情況下負載中均會出現(xiàn) 反電動勢 ，如圖中 Em所示。 ◆ 工作原理 ? t=0時刻驅(qū)動 V導通 ，電源 E向負載供電，負載電壓 uo=E，負載電流 io按指數(shù)曲線上升。 ? t=t1時控制 V關(guān)斷 ，二極管 VD續(xù)流，負載電壓 uo近似為零 ，負載電流呈指數(shù)曲線下降，通常串接較大電感 L使負載電流連續(xù)且脈動小。 電氣自動化教研室 5/60 降壓斬波電路 ◆ 基本的數(shù)量關(guān)系 ? 電流連續(xù)時 √負載電壓的平均值為 EETtEtt tEdTU onof fonontoon ?? ????? ?01√負載電流平均值為 式中， ton為 V處于通態(tài)的時間， toff為 V處于斷態(tài)的時間， T為開關(guān)周期，?為導通占空比，簡稱占空比或?qū)ū龋?duty ratio）。 REUI moo??? 電流斷續(xù)時，負載電壓 uo平均值會被抬高，一般不希望出現(xiàn)電流斷續(xù)的情況。 ◆ 斬波電路有三種控制方式 ? 脈沖寬度調(diào)制（ PWM） ： T不變，改變 ton。 ? 頻率調(diào)制 ： ton不變，改變 T。 ? 混合型 ： ton和 T都可調(diào)，改變占空比 (51) (52) 電氣自動化教研室 6/60 降壓斬波電路 ■ 對降壓斬波電路進行解析 ◆ 基于 分時段線性電路 這一思想，按 V處于 通態(tài) 和處于 斷態(tài) 兩個過程來分析，初始條件分 電流連續(xù) 和 斷續(xù) 。 ◆ 負載電流連續(xù)時 器件 V處于 通態(tài)期間 ，設(shè)負載電流為 i1，可列出如下方程： EERitiL ??? M11dd（ 53） 電氣自動化教研室 7/60 設(shè)此階段電流初值為 I10， ?=L/R，解上式得 V斷態(tài)期間 ，設(shè)負載電流為 i2，可列出如下方程： 設(shè)此階段電流初值為 I20，解上式得： 當電流連續(xù)時，有： ???????? ???? ?? ?? tt eREEeIi 1101M0dd 22 ??? MERitiL???????? ??? ?? ?? tt eREeIi 1202 M)( 2210 tiI ?)( 1120 tiI ?（ 55） （ 54） （ 56） （ 57） （ 58） 降壓斬波電路 電氣自動化教研室 8/60 降壓斬波電路 REmeeREREeeI mTt???????? ????????????????1111//101?????REmeeREREeeI mTt???????? ?????????????????????????1111//201式中， ， ， ， ， I10和 I20分別是負載電流瞬時值的最小值和最大值。 ?? /T? EEm m /? ???? ??????????????? TTtt 11 /把式（ 59）和式（ 510）用泰勒級數(shù)近似，可得 ? ?oIREmII ???? ?2022平波電抗器 L為無窮大，此時負載電流最大值、最小值均等于平均值。 (59) (510) (511) RL /??即 V進入 通態(tài)時的電流初值 就是 V在 斷態(tài)階段結(jié)束時的電流值 ，反過來， V進入斷態(tài)時的電流初值就是 V在通態(tài)階段結(jié)束時的電流值。 由式（ 54）、（ 56）、（ 57）、（ 58）得出 ： 電氣自動化教研室 9/60 降壓斬波電路 ◆ (511)所示的關(guān)系還可從能量傳遞關(guān)系簡單地推得，一個周期中，忽略電路中的損耗，則 電源提供的能量與負載消耗的能量相等 ，即 TIETRItEI omoono ?? 2則 REEI mo?? ?假設(shè)電源電流平均值為 I1，則有 ooon IITtI ???1其值小于等于負載電流 Io，由上式得 ooo IUEIEI ?? ?1即輸出功率等于輸入功率，可將降壓斬波器看作直流降壓變壓器。 (512) (513) (514) (515) 電氣自動化教研室 10/60 降壓斬波電路 11??????eem? ?11 ??? ??? eme◆ 電流 斷續(xù) 時有 txtoff，即有 ? ? ????????? ???? ????? eeemem TtT on11(516) ? ?ontTmem ???????? ?? ? ??? 11ln據(jù)此，可得出電流斷續(xù)的條件為 (517) 電氣自動化教研室 11/60 降壓斬波電路 負載 電流斷續(xù) 工作情況下 ， 輸出電壓平均值為 EmTttTEttTEtdtEE d tTUxonmxonont Tttmoononx???????????? ?????????????? ??? ? ?1)(10?負載電流平均值為 REmTttREUtitiTI xonmot tttoon xonon?????? ??????????? ?? ? ? ? ?0 21 dd1(518) (519) 電氣自動化教研室 12/60 降壓斬波電路 ■ 例 51 在圖 51a所示的降壓斬波電路中，已知 E=200V， R=10Ω， L值極大， Em=30V， T=50μs， ton=20?s,計算輸出電壓平均值 Uo，輸出電流平均值 Io。 解：由于 L值極大，故負載電流連續(xù)，于是輸出電壓平均值為 輸出電流平均值為 )(8050 20220on VETtU o ????)(510 3080 mo AR EUI o ???? 電氣自動化教研室 13/60 降壓斬波電路 ■ 例 52 在圖 51a所示的降壓斬波電路中， E=100V， L=1mH， R=，Em=10V， 采用脈寬調(diào)制控制方式， T=20?s， 當 ton=5?s時，計算輸出電壓平均