89直流斩波

斩波电路March,2003北方交通大学电气工程学院4-1第三章直流斩波器（DC-DC变换器）•电力电子电路的四种基本形式：AC－DC、DC－AC、DC－DC、AC－AC•直流斩波器的作用：–直流电压的变换（调压）–调阻–调磁斩波电路March,2003北方交通大学电气工程学院4-2•直流斩波器的应用：–直流电机调速–直流电压变换（开关电源）–直流电压隔离斩波电路March,2003北方交通大学电气工程学院4-3•直流斩波器的分类：–根据输入、输出电压大小•降压型U0UiBuck型•升压型U0UiBoost型•升－降压型Buck-Boost型Cuk型–根据电压、电流方向•第一象限U00,I00•第二象限U00,I00•两象限•四象限斩波电路March,2003北方交通大学电气工程学院4-4•本章主要内容：–了解直流斩波器的工作原理及控制方式，掌握直流斩波器的基本电路、波形分析及电路参数计算，掌握多相多重型斩波电路、多象限斩波电路。•重点：–掌握各种斩波电路的波形分析及工作原理斩波电路March,2003北方交通大学电气工程学院4-53.1工作原理及控制方式3.1.1直流斩波器的工作原理•S－－斩波开关D－－续流二极管•S闭合：uLD=USS断开：uLD=0斩波电路March,2003北方交通大学电气工程学院4-6•负载电压平均值：•斩波开关导通比（占空比）：•01，0ULDUS•0tton:SSonLDUUTtUTtonmLDAALDSERidtdiLUtLRAtLRLDmSALDLDLDLDeIeREUimin)1(斩波电路March,2003北方交通大学电气工程学院4-7•tontT:''max)1(tLRAtLRLDmALDLDLDLDeIeREimLDAALDERidtdiL0斩波电路March,2003北方交通大学电气工程学院4-83.1.2直流斩波器的控制方式••基本控制方式：调节ton/T–定频调宽控制（PWM）T不变，调节ton–定宽调频控制（PFM）•ton不变，调节T•toff不变，调节ton和T–调频调宽混合控制SonLDUTtU斩波电路March,2003北方交通大学电气工程学院4-9•反馈控制方式：–瞬时值控制（边带控制、bang-bang控制）•当iImin时，S开通当iImax时，S关断•特点：输出电流(电压)纹波恒定响应速度快开关频率变化较大斩波电路March,2003北方交通大学电气工程学院4-10–平均值控制•电压反馈控制或电流反馈控制•当UfUr时，增加ton，U0上升当UfUr时，减小ton，U0下降•特点：开关频率固定，易于滤波，响应较慢斩波电路March,2003北方交通大学电气工程学院4-113.2直流斩波器基本电路3.2.1降压斩波器•CH导通：uLD＝US，iA上升CH关断：D导通，uLD＝0，iA下降•ULD＝US•1，ULDUS•LF、CF：输入滤波电路斩波电路March,2003北方交通大学电气工程学院4-123.2.2升压斩波器•CH导通，D截止：uCH＝0，iS上升，LF充电•CH关断，D导通：uCH＝UC，iS下降，LF放电•US＝UCH,UC＝ULD•1，ULDUSCConCHUUTtTU)1(SLDUU11斩波电路March,2003北方交通大学电气工程学院4-133.2.3第二象限斩波器•ULD0，iA0•能量从负载流向电源•电机再生制动，ULDEm•ULD＝UCH,UC＝US•01，ULDUSCCHUU)1(SLDUU)1(斩波电路March,2003北方交通大学电气工程学院4-143.2.4A型两象限斩波器•电动状态：CH2始终关断，CH1、D1交替导通，ULDEm，iA0。•再生状态：CH1始终关断，CH2、D2交替导通，ULDEm，iA0。•ULD0，iA可正可负，位于第一、二象限•能量双向流动斩波电路March,2003北方交通大学电气工程学院4-153.2.5B型两象限斩波器•电动状态：CH2始终导通，D2始终截止，CH1、D1交替导通，与降压斩波器相同，ULDEm0，iA0。•再生状态：CH1始终关断，D1始终导通，CH2、D2交替导通，类似于第二象限斩波器ULD0，Em0，[ULD][Em]，iA0。•iA0，ULD可正可负，位于第一、四象限。•其他控制方式：CH1、CH2同时导通或交替导通。斩波电路March,2003北方交通大学电气工程学院4-163.2.6四象限斩波器•CH1、D1＋CH4、D4＝B型两象限斩波器iA0，ULD可正可负，位于第一、四象限。•CH2、D2＋CH3、D3＝B型两象限斩波器（左右翻转）iA0，ULD可正可负，位于第二、三象限。•组合后IA、ULD极性均可变，电机可四象限运行。•多种控制方法斩波电路March,2003北方交通大学电气工程学院4-17六种基本电路总结•除第二种（升压斩波器）外，其余均为降压斩波器。•降压斩波器的输出电压波形为脉冲列，脉冲幅值等于输入电压，因此输出小于输入。•输出电压、电流的方向与斩波开关的位置和方向有关。•多象限斩波器是由多个单象限斩波器组成，分别承担各自象限内的电压和电流。斩波电路March,2003北方交通大学电气工程学院4-18六种基本电路总结（续）•斩波器的负载可以是直流电动机，也可以是其他负载。•电动机负载在电动状态时ULDEm，在再生状态时，ULDEm。•在非电动机负载时，为使输出电压恒定，也需要平波电抗器Ld。•输入滤波电路的作用：减小输入电流谐波含量。输出滤波电路的作用：减小输出电压谐波含量。斩波电路March,2003北方交通大学电气工程学院4-193.5斩波器的电路分析•输出滤波电路（Ld）的作用：–减小输出电压、电流谐波含量。（减小纹波、脉动系数）斩波电路March,2003北方交通大学电气工程学院4-20•输出滤波参数对电路的影响：•当=0.5时，IA=IAmaxTLUIILDSAA)1(22min_TILUIIKALDSAA)1(25.0SmSALDUEUdtdiL)1(TLUILDSA)1(斩波电路March,2003北方交通大学电气工程学院4-21•LLD增加，IA、IAmin、K减小。•T减小，即斩波频率f提高，IA、IAmin、K减小。•IA一定时，提高f可以减小所需Ld。•DC－DC变换器向高频化发展。斩波电路March,2003北方交通大学电气工程学院4-22•输入滤波电路（LF、CF）的作用：–减小输入电流谐波含量。•输入滤波参数对电路的影响：00CHSII11CHCLCLLSIZZZZZI12121141CHFFSICLfItfIIiCHCHCH1102sin2斩波电路March,2003北方交通大学电气工程学院4-23••减小IS1的方法：–增加滤波电感LF–增加滤波电容CF–提高斩波频率f1（高频化）12121141CHFFSICLfI斩波电路March,2003北方交通大学电气工程学院4-243.6多相多重斩波电路•减小输入、输出脉动：–提高开关频率f–采用多相多重电路•多相－－从电源侧看多重－－从负载侧看•二相二重斩波器（图a）•二相一重斩波器（图b）斩波电路March,2003北方交通大学电气工程学院4-25•二相二重斩波器–CH1、CH2并联运行–触发脉冲互差T/2–iS、iA的脉动频率为2fCH•脉动频率提高，脉动率减小