电力电子第3章(修改).pptx
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电力电子应用技术第三章
3.1 单相桥式有源逆变电路
3.1 单相桥式有源逆变电路
3.1 单相桥式有源逆变电路
3.1 单相桥式有源逆变电路
3.1 单相桥式有源逆变电路
3.1 单相桥式有源逆变电路
3.1 单相桥式有源逆变电路
3.1 单相桥式有源逆变电路
3.1 单相桥式有源逆变电路
3.1 单相桥式有源逆变电路
实验二 安装测试三相半波有源逆变电路
实验二 安装测试三相半波有源逆变电路
实验二 安装测试三相半波有源逆变电路
实验一 安装测试单相桥式有源逆变电路
实验一 安装测试单相桥式有源逆变电路
实验一 安装测试单相桥式有源逆变电路
实验一 安装测试单相桥式有源逆变电路
实验一 安装测试单相桥式有源逆变电路
实验二 安装测试三相半波有源逆变电路
实验二 安装测试三相半波有源逆变电路
实验二 安装测试三相半波有源逆变电路
3.1 单相桥式有源逆变电路
3.1 单相桥式有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.3 有源逆变电路的应用
3.3 有源逆变电路的应用
3.3 有源逆变电路的应用
3.3 有源
3.1 单相桥式有源逆变电路
3.1 单相桥式有源逆变电路
3.1 单相桥式有源逆变电路
3.1 单相桥式有源逆变电路
3.1 单相桥式有源逆变电路
3.1 单相桥式有源逆变电路
3.1 单相桥式有源逆变电路
3.1 单相桥式有源逆变电路
3.1 单相桥式有源逆变电路
实验二 安装测试三相半波有源逆变电路
实验二 安装测试三相半波有源逆变电路
实验二 安装测试三相半波有源逆变电路
实验一 安装测试单相桥式有源逆变电路
实验一 安装测试单相桥式有源逆变电路
实验一 安装测试单相桥式有源逆变电路
实验一 安装测试单相桥式有源逆变电路
实验一 安装测试单相桥式有源逆变电路
实验二 安装测试三相半波有源逆变电路
实验二 安装测试三相半波有源逆变电路
实验二 安装测试三相半波有源逆变电路
3.1 单相桥式有源逆变电路
3.1 单相桥式有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.2 三相有源逆变电路
3.3 有源逆变电路的应用
3.3 有源逆变电路的应用
3.3 有源逆变电路的应用
3.3 有源
电力电子技术第3章(313.23)1精品PPT课件
当a = 0°时，整流输出直流电压平均值最大，用Ud0
表示，Ud=Ud0=0.45 U2 ；
当a =π时，Ud = 0 ；
输出直流电压平均值围0 ~ π 。
3.2.1单相可控整流电路 ②输出电流平均值
IdU Rd0.45U R2.1c2osa
+ q
f) 0
2p
wt
wt +
wt
wt
wt
图3.4 电感负载的单相半波 可控整流电路及其波形
3.2.1单相可控整流电路
求得在一般情况下的控制特性，可以建立晶闸管 导通时的电压平衡微分方程，求解在一定φ值情况
下，控制角a与导通角θ的关系。
当R为一定值，L越大，导通角θ越大。其平均 值Ud越接近零，输出的直流电流平均值也越小， 负载上得不到所需的功率。
第三章 AC/DC变换技术
交流电能（AC）转换为直流电能（DC）的过程称为 整流，完成整流过程的电力电子变换电路称为整流电 路。
本章主要内容 重点掌握整流电路的结构形式及其工作原理 重点掌握整流电路的工作波形 重点掌握整流电路的数学关系以及设计方法 熟悉变压器漏抗对整流电路的影响 掌握整流电路的谐波和功率因数分析 了解新型的PWM整流电路。
路转移的过程称为换流，也称换相。 ⑧自然换相点：当电路中可控元件全部由不可控
元件代替时，各元件的导电转换点，成为自然 换相点。
3.2.1单相可控整流电路
（3）基本数量关系 ①输出直流电压平均值
p ω tω t) p a a U d 2 1a p2 U 2 s i nd ( 2 2 U 2 ( 1 c o s) 0 .4 5 U 2 1 c 2 o s
③晶闸管电流平均值 流过晶闸管的电流等于负载电流，即：
表示，Ud=Ud0=0.45 U2 ；
当a =π时，Ud = 0 ；
输出直流电压平均值围0 ~ π 。
3.2.1单相可控整流电路 ②输出电流平均值
IdU Rd0.45U R2.1c2osa
+ q
f) 0
2p
wt
wt +
wt
wt
wt
图3.4 电感负载的单相半波 可控整流电路及其波形
3.2.1单相可控整流电路
求得在一般情况下的控制特性，可以建立晶闸管 导通时的电压平衡微分方程，求解在一定φ值情况
下，控制角a与导通角θ的关系。
当R为一定值，L越大，导通角θ越大。其平均 值Ud越接近零，输出的直流电流平均值也越小， 负载上得不到所需的功率。
第三章 AC/DC变换技术
交流电能（AC）转换为直流电能（DC）的过程称为 整流，完成整流过程的电力电子变换电路称为整流电 路。
本章主要内容 重点掌握整流电路的结构形式及其工作原理 重点掌握整流电路的工作波形 重点掌握整流电路的数学关系以及设计方法 熟悉变压器漏抗对整流电路的影响 掌握整流电路的谐波和功率因数分析 了解新型的PWM整流电路。
路转移的过程称为换流，也称换相。 ⑧自然换相点：当电路中可控元件全部由不可控
元件代替时，各元件的导电转换点，成为自然 换相点。
3.2.1单相可控整流电路
（3）基本数量关系 ①输出直流电压平均值
p ω tω t) p a a U d 2 1a p2 U 2 s i nd ( 2 2 U 2 ( 1 c o s) 0 .4 5 U 2 1 c 2 o s
③晶闸管电流平均值 流过晶闸管的电流等于负载电流，即：
电力电子课件 第3章 第二部分
3.5.1 谐波和无功功率分析基础
❖ 也可仿照式（3-61）定义无功功率，为和式（3-67）区别，采用符号
Qf，忽略电压中的谐波时有：Q f =U I 1 sin φ 1
(3-68）
❖
在非正弦情况下，S 2
P2
Q
2 f
，因此引入畸变功率D，使得：
S2
P2
Q
2 f
D2
❖
比较式（3-67）和（3-69），可得： Q 2
第 10 页
作业
P96-15 三相半波可控整流电路，反电势阻感负载，
U2=100V， R=1Ω, L=∞, LB=1mH, 求当α ＝30o, E=50V时Ud,Id与γ的数值, 并作出ud 与ivt1, ivt2波形
第 11 页
3.5 整流电路的谐波和功率因数
➢ 许多电力电子装置要消耗无功功率，会对公用电网带 来不利影响：
Q
2 f
D2
❖ 忽略电压谐波时 D
S2
P2
Q
2 f
U
I
2 n
n2
（3-69） （3-70） （3-71）
❖ 这种情况下，Q f为由基波电流所产生的无功功率，D是谐波电流产生 的无功功率。
第 21 页
3.5.2 带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分 析
Si1n.g单le相-p桥h式a全se控b整r流id电g路e fully-controlled rectifier
第 15 页
3.5.1 谐波和无功功率分析基础
1）正弦电压
u(t) 2U sin(t u )
2）非正弦电压一般满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数
狄里赫利条件：周期函数在一个周期内连续或只有有限个第一类间断点 (当 从左或右趋向于这个间断点时，函数有有限的左极限和右极限) ， 并且至多只有有限个极值点。
电力电子学-第三章
阻挡层
N区
势垒层
++
漂移(piāo yí)运动
++
扩散运动
++
内电场
8
精品资料
2.1.1 半导体PN结
P区
__
耗尽层 空间电荷区
__
++
N区
++
____ ____
+ + ++ + + ++
IF
内电场
外电场
P区
__
耗尽层 空间电荷区
__
++
N区
++
____
+ + ++
____
+ + ++
IS
内电场
外电场
2.1 电力二极管 2.2 双极结型电力晶体管BJT 2.3 晶闸管及其派生器件 2.4 门极可关断晶闸管GTO 2.5 电力场效应晶体管P－MOSFET 2.6 绝缘门极双极型晶体管IGBT 2.7 MOS控制晶闸管MCT和集成门极换流晶闸管IGCT 2.8 半导体电力开关模块和功率集成电路 PIC 2.9 本章(běn zhānɡ)小结
状态： 导通、阻断
过程：
开通、关断
17
精品资料
2.1.3 电力(diànlì)二极管
二极管开通(kāitōng)及反向恢复过程示意图
18
精品资料
2.1.3 电力(diànlì)二极管
有关半导体电力二极管使用特性和准则的几 个重要参数： 最大允许反向重复峰值电压 额定电流 最大允许的全周期均方根(fānggēn)正向电流 最大允许非重复浪涌电流 最大允许的PN结结温和管壳温度 结－壳、壳－散热器热阻
电子电力技术教程 第3章
上述三种变流器的工作状态可以用图3-3所示波形表示。 图中反映出随着控制角α的变化，电路分别从整流到中间状 态， 然后进入有源逆变的过程。
第3章
有源逆变电路
u d
u 10
u 20
u 10
u 20
E
D
0
t
id
0
t
(a)
ud
u10
u20
u10
u20
0
id
图 3-3 直流卷扬机系统
0
ud
u10
(b)
第3章 有源逆变电路
相对于整流而言，逆变是它的逆过程，一般习惯于称整流 为顺变，则逆变的含义就十分明显了。下面的有关分析将会说 明，整流装置在满足一定条件下可以作为逆变装置应用。即同 一套电路， 既可以工作在整流状态，也可以工作在逆变状态， 这样的电路统称为变流装置。
变流装置如果工作在逆变状态，其交流侧接在交流电网上， 电网成为负载， 在运行中将直流电能变换为交流电能并回送到 电网中去， 这样的逆变称为“有源逆变”。
第3章 有源逆变电路 在图3-1(b)中，两个电源的极性均与图3-1(a)中相反，但
还是属于两个电源同极性相连的形式。如果电源E2＞E1，则电 流方向如图，回路中的电流I
I E2 E1 R
此时，电源E2输出电能，电源E1吸收电能。 在图3-1(c)中，两 个电源反极性相连， 则电路中的电流I
I E1 E2 R
如果逆变状态下的变流装置，其交流侧接至交流负载，在 运行中将直流电能变换为某一频率或可调频率的交流电能供给 负载， 这样的逆变则称为“无源逆变”或变频电路。
第3章 有源逆变电路 3.1.2 电源间能量的变换关系
RI
RI
RI
第3章
有源逆变电路
u d
u 10
u 20
u 10
u 20
E
D
0
t
id
0
t
(a)
ud
u10
u20
u10
u20
0
id
图 3-3 直流卷扬机系统
0
ud
u10
(b)
第3章 有源逆变电路
相对于整流而言，逆变是它的逆过程，一般习惯于称整流 为顺变，则逆变的含义就十分明显了。下面的有关分析将会说 明，整流装置在满足一定条件下可以作为逆变装置应用。即同 一套电路， 既可以工作在整流状态，也可以工作在逆变状态， 这样的电路统称为变流装置。
变流装置如果工作在逆变状态，其交流侧接在交流电网上， 电网成为负载， 在运行中将直流电能变换为交流电能并回送到 电网中去， 这样的逆变称为“有源逆变”。
第3章 有源逆变电路 在图3-1(b)中，两个电源的极性均与图3-1(a)中相反，但
还是属于两个电源同极性相连的形式。如果电源E2＞E1，则电 流方向如图，回路中的电流I
I E2 E1 R
此时，电源E2输出电能，电源E1吸收电能。 在图3-1(c)中，两 个电源反极性相连， 则电路中的电流I
I E1 E2 R
如果逆变状态下的变流装置，其交流侧接至交流负载，在 运行中将直流电能变换为某一频率或可调频率的交流电能供给 负载， 这样的逆变则称为“无源逆变”或变频电路。
第3章 有源逆变电路 3.1.2 电源间能量的变换关系
RI
RI
RI
电气工程概论第三章-电力电子PPT课件
2021
电气工程概论
3.1 功率半导体器件
1. 静态特性
（1）阳极伏安特性。晶闸管的阳极伏安特性表示晶闸管阳极与
阴极之间的电压Uak与阳极电流ia 之间的关系曲线，如图3-9 所示。
2021
电气工程概论
3.1 功率半导体器件
阳极伏安特性可以划分为两个区域，第I象限为正向特性区，第 III象限为反向特性区。
2021
电气工程概论
3.1 功率半导体器件
图3-2示出了各种功率半导体器件的工作范围
2021
电气工程概论
3.1 功率半导体器件
二、大功率二极管
大功率二极管属不可控器件，在不可控整流、电感性负载回路 的续流等场合均得到广泛使用。
（一）大功率二极管的结构 大功率二极管的内部结构是一个具有P型、N型半导体、一个PN 结和阳极A、阴极K的两层两端半导体器件，其符号表示如图33(a)所示。 从外部构成看，也分成管芯和散热器两部分。一般情况下， 200A以下的管芯采用螺旋式(图3-3(b) )，200A以上则采用平板 式(图3-3(c) )。
2021
电气工程概论
第三章电力电子技术
第一节 功率半导体器件
2021
电气工程概论
3.1 功率半导体器件
功率半导体器件是电力电子系统的心脏，是电力电子电路的 基础。
功率集成电路是最近10年功率半导体器件发展的一个重要趋 势，是将功率半导体开关器件与其驱动、缓冲、检测、控制和 保护等硬件集成一体，构成一个功率集成电路PIC。
2021
电气工程概论 （二）晶闸管的基本特性
3.1 功率半导体器件
通过理论分析和实验验证表明： 1) 只有当晶闸管同时承受正向阳极电压和正向门极电压时晶 闸管才能导通，两者不可缺一。 2) 晶闸管一旦导通后门极将失去控制作用，门极电压对管子 随后的导通或关断均不起作用，故使晶闸管导通的门极电压不 必是一个持续的直流电压，但必须是一个具有一定宽度和幅度 的正向脉冲电压，其脉冲宽度与晶闸管开通特性及负载性质有 关。这个脉冲常称之为触发脉冲。 3) 要使已导通的晶闸管关断，必须使阳极电流降低到某一数 值之下(晶闸管维持电流，约几十毫安)。通常通过降低阳极电 压至接近于零或施加反向阳极电压来实现。
电工学第三章三相交流电ppt课件
结论：电源 Y形联结时, 线电压Ul 3UP, 且超 前相应的相电压 30 , 三相线电压也是对称的 。
6
3.1.2 三相电路中负载的联结方法
1. 三相负载
分类
三相负载：需三相电源同时供电
负载
三相电动机等
单相负载：只需一相电源供电
照明负载、家用电器
对称三相负载：ZA=ZB= ZC
三相负载
如三相电动机
此时负载中性点N´即为 A, 因此负载各相电压为 N
UA 0 , UA 0
B
UB UB A, UB 380 V UC UC A , UC 380 V C
+
U A
iA
iC
– –
N´
–
iB
+ U C U B +
此情况下，B相和C相的电灯组由于承受电压上所加 的电压都超过额定电压（220V) ，这是不允许的。
(2) 相UA电B=流UBC=UIIICABCABCA=UUUUZZZClCAABB=AABBCCUP
A
+–
U AB
– U CA
B U+ BC C–
+
IB IC
ICA
ZCA
IAB
ZBC ZAB
IBC
相电流： 线电流：
IIAA、B、IIB、BC、IC ICA
线电流不等于相电流
20
(3) 线电流
IA IAB ICA
16
(2) A相断路
A
1) 中性线未断
B、C相灯仍承受220V N
电压, 正常工作。
2) 中性线断开
B
变为单相电路，如图(b) C 所示, 由图可求得
I UBC 380 12 .7 A RB RC 10 20
6
3.1.2 三相电路中负载的联结方法
1. 三相负载
分类
三相负载：需三相电源同时供电
负载
三相电动机等
单相负载：只需一相电源供电
照明负载、家用电器
对称三相负载：ZA=ZB= ZC
三相负载
如三相电动机
此时负载中性点N´即为 A, 因此负载各相电压为 N
UA 0 , UA 0
B
UB UB A, UB 380 V UC UC A , UC 380 V C
+
U A
iA
iC
– –
N´
–
iB
+ U C U B +
此情况下，B相和C相的电灯组由于承受电压上所加 的电压都超过额定电压（220V) ，这是不允许的。
(2) 相UA电B=流UBC=UIIICABCABCA=UUUUZZZClCAABB=AABBCCUP
A
+–
U AB
– U CA
B U+ BC C–
+
IB IC
ICA
ZCA
IAB
ZBC ZAB
IBC
相电流： 线电流：
IIAA、B、IIB、BC、IC ICA
线电流不等于相电流
20
(3) 线电流
IA IAB ICA
16
(2) A相断路
A
1) 中性线未断
B、C相灯仍承受220V N
电压, 正常工作。
2) 中性线断开
B
变为单相电路，如图(b) C 所示, 由图可求得
I UBC 380 12 .7 A RB RC 10 20
《电力电子技术》PPT 第3章
2
2
2
U
(sin
t
1 3
sin
3t
1 5
sin
5t
22
2
U
1
sin(2m 1)t
m12m 1
（3-11）
基波有效值
U1
2
2U
（3-12）
全高次波有效值
UH
U2 ds
U
2 1
U
2 0
U
2 n
n2
（3-13）
则图3-2(b)的波形为矩形波时，其直流成份和有效值可计算出 =0，U 0 =UU（ds 据本章习题1的数据），则总的有效值为
（3-1）
图3-1 正弦电压波形
交流电压的有效值（RMS）、平均值，波形系数和波 高系数定如下：
有效值=
最大值
2
2U U 2
平均值=
2最大值
2
2U π
0.9U
波形系数=
有效值 平均值
U 0.9U
1.11
波高系数=
最大值 有效值
2U 1.41 U
（3-2） （3-3） （3-4） （3-5）
（3-8）
在（3-8）式中， 2，f f 1设T ，t 则
a0
V0
1 T
0Tu (t )dt
1
2
02
u( )d
an
2 T
0Tu(t) cos ntdt
1
02
u( ) cos nd
bn
2 T
0Tu (t )
sin
ntdt
1
02
u(
)
sin
nd
Un
a2 n
清华大学电力电子课件第3章
a)单相半波整流电路b)单相桥式整流电路c) 单相桥式双输出电路d) 三相桥式整流电路注如何计算各路输出压的平值和有效值注：1、如何计算各电路输出电压的平均值和有效值？、若将二极管换成晶闸管试分析电路的工作情况。
电路的工作是有利的。
电路的工作是有利的规律下降。
1)带电阻负载的工作情况( Single Phase Half Wave Controlled Rectifier )1 )在分析整流电路工注意：1、在分析整流电路工作时，认为晶闸管(开关器件)为理想器件。
：图3-1 d)的图示关系( 特性曲线)在对电力电子电路进行分析时，常用曲线表示各量之间的变化规律和数量关系。
由图3-1，根据式（3-1）直流电流平均值I ：得流电流平均值d 21α+==cos d U U I 045.d21122222242παπαωωαπππ−==+∫(sin )sin U U I t d t R R 则22221παππαα+−=+sin ()(cos )d I I 整流输出电压U d 的有效值U 为：1122222242παπαωωαπππ−==+∫(sin )sin U U t d t U 1U I P πα−3.1.1 单相半波可控整流电路例：单相半波可控整流电路，负载为电阻性。
交流电源负载为电阻性交流电源U2= 220 V，要求输出直为50 V，流电压平均Ud最大输出直流平均电流Id为20 A 。
计算晶闸管的控制角α，电流有效值IT并选择晶闸管。
（）α= 45°u(i)d d udid单相桥式全控整流电路电阻负载电路的MATLAB仿真模型（）α= 45°3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路Eδ3.1.3 单相全波可控整流电路（Single Phase Full Wave Controlled Rectifier)又称单相双半波可控整流电路图3-10单相全波可控整流电路及波形u2b)OOωtRi du au b u c=0VT VT VT VTRi du au b u c=0VT VT VT VTu a ubuc由于负载电流连续，变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为：10577为：0.5773I I I ===⋅VT d d 0.3681.57I I I ==⋅VTVT(AV)d 电压峰值均为变压器二次245⋅⋅=⋅2223 2.45RM =U U U 该电路的主要缺点在于其变压器二次电流中含有应用较少。
电工电子技术第三章课件
3.3 RC电路的响应 ☆ ☆（1学时）
3.4 一阶线性电路暂态响应分析的三要素法 ☆☆☆☆（1学时） 3.5 微分电路与积分电路（0.5学时）
3.6 RL电路的响应 ☆ ☆（0.5学时）
电工与电子技术 I
Electrotechnics & Electronics
§3-1 电阻元件、电感元件与电容元件
§3-1 电阻元件、电感元件与电容元件
二、电感元件
i
+ i u
+ u _
L
电感元件 ——
实际线圈的理想化模型，假想由无阻导线绕制而成
电工与电子技术 I
Electrotechnics & Electronics
§3-1 电阻元件、电感元件与电容元件 i + i + u u _ L
电感(Inductance) —— L ？ 楞次(Lenz)定律——当变化的磁通穿过线圈时，线圈中 的感应电动势趋于产生一个电流，该电流的方向趋于阻 碍产生此感应电动势的磁通的变化。
di eL L dt
电工与电子技术 I
Electrotechnics & Electronics
§3-1 电阻元件、电感元件与电容元件
u与 i 的关系？
ψ
i +
eL
+
u
_ i
u eL 0
+ u
eL
+
L
di u eL L dt
电工与电子技术 I
Electrotechnics & Electronics
介质的介电常数 两极板间距离 极板面积
（ 米2 ）
电工与电子技术 I
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✓ 关断期间（toff）：电力 开关器件断开，电感释能 ，二极管D导通续流。等 效电路如3.2.1(c)所示；
IO
Ud UO
Id
1 D
Id
图3.2.1 降压电路及其波形图
3.2.1 电感电流连续时工作特性
Buck变换器有两种可能的运行工况：
（1）电感电流连续模式 CCM(Continuous Current Mode)： 指电感电流在整个开关周期中都不为零； （2）电感电流断流模式 DCM（Discontinuous Current Mode）： 指在开关管T阻断期间内经二极管续流的电感电流已降为零。
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7
直流变换电路的工作原理 降压变换电路 升压变换电路 升降压变换电路 库克变换电路 带隔离变压器的直流变换器 直流变换电路的PWM控制技术
3.2 降压变换电路
原理图
输入 直流电
压
滤波电感
滤波电容
负载
续流二极管
3.2 降压变换电路
✓ 导通期间（ton ）：电力开 关器件导通，电感蓄能， 二极管D反偏。等效电路 如图3.2.1 (b)所示 ；
✓ 外特性从线形到非线形的转 折点由临界负载电流确定。
滤波
滤波器电抗对谐波的阻抗为： ωL 滤波器电容对谐波的阻抗为：1/ωC
由于输出电压波形的周期是变化的，因此输出谐 波的频率也是变化的，这使得滤波器的设计比较 困难，输出谐波干扰严重，一般很少采用。 ② 脉宽调制(PWM)工作方式： 即维持TS不变，改变。在这种调压方式中， 输出电压波形的周期是不变的，因此输出谐波的 频率也不变，这使得滤波器的设计容易。
第3章 直流变换电路
第3章 直流变换电路
1、定义：
利用电力开关器件周期性的开通与关断来改变输出电压 的大小，将直流电能转换为另一固定电压或可调电压的直流 电能的电路称为直流变换电路。(开关型DC/DC变换电路/斩 波器)。
2、分类：
按稳压控制方式:脉冲宽度调制(PWM)、脉冲频率调制、 (PFM)直流变换电路。
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7
直流变换电路的工作原理 降压变换电路 升压变换电路 升降压变换电路 库克变换电路 带隔离变压器的直流变换器 直流变换电路的PWM控制技术
3.1 直流变换电路的工作原理
❖ 工作原理：图中S是可控开关，R为纯 阻性负载。在时间内当开关S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。
输出电压平均值的改变：因为D是0～ 1之间变化的系数，因此在D的变化范 围内输出电压UO总是小于输入电压Ud ，改变D值就可以改变其大小。 占空比的改变：通过改变ton 或TS来实 现。
图3.1.1 基本的斩波器电路 及其负载波形
3.1 直流变换电路的工作原理
直流变换电路的常用工作方式主要有两种： ① 脉冲频率调制(PFM)工作方式： 即维持不变，改变TS。在这种调压方式中，
按变换器的功能:降压变换电路(Buck)、升压变换电路 (Boost)、升降压变换电路(Buck-Boost)、库克变换电路(Cuk) 和全桥直流变换电路。
3、隔离方式：
在直流开关稳压电源中直流变换电路常常采用变压器实 现电隔离，而在直流电机的调速装置中可不用变压器隔离。
第3章 直流变换电路
I0Kmi VS 8Lf
3. Buck变换器输出电压外特性
✓ 变换器的变压比（或输出电 压）与占空比和负载电流的 函数关系称为外特性。
✓ 电感电流连续时，变压比等 于占空比，输出电压与负载 电流无关。控制特性是线性 的。
✓ 在电感电流断流的情况下， 变压比M为(3-21)式，控制特 性是非线性的。
1.电流连续时只有两种开关状态
(1) 开关状态1：T管导通,D管阻断
L diS dt L diL dt VS VO (3 - 6)
iL
VS
VO L
Ton
VS
VO L
D TS
VS VO Lf S
D
(3- 7)
(2) 开关状态2：T管阻断, D管导通
L diS dt VO (3 - 8)
用电感电流表达式求变压比
✓ T导通、D截止
✓ T 截止、 D导通
✓ 稳态时：
iL
V0 L
(1
D) Ts
iL
VS
V0 L
D
Ts
故有V0 M V S DVS
3.2.2 电感电流断流时工作特性
1. 三种开关状态和变压比 2. 临界负载电流 3. BUCK变换器输出电压外特性
1.三种开关状态和变压比
第三种状态 :T、D都截止。 变压比
VEO 0使V 0升高
T T M D
on
S
2. 临界负载电流
临界连续时：
IL
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
I0K
1 2
I
L
1 2
VS
V0 L
DTS
VS V0 D 2Lf
VS D(1 D) 2Lf
Vo (1 D) 2Lf
V0 const时
I0Kmo V0 2Lf
VS const时
二者的临界： 称为电感电流临界连续状态： 指开关管阻断期结束时，电感电流刚好降为零。
3.2.1 电感电流连续时工作特性
Buck变换器的可能运行情况：
电感电流连续模式
电感电流临界 连续状态
电感电流断流模式 图3.2.2 电感电流波形图 ❖ 电感中的电流iL是否连续，取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值 。
电力电子学
——电力电子变换和控制技术（第二版）
第3 章
直流/直流变换器
3 直流/直流变换器
3.1 直流/直流降压变换器（Buck DC/DC 变换器） 3.2 直流/直流升压变换器（Boost DC/DC 变换器） 3.3 直流升压－降压变换器（Boost-Buck变换器或Cuk变换器） *3.4 两象限、四象限直流/直流变换器 *3.5 多相、多重直流/直流变换器 3.6 带隔离变压器的直流/直流变换器 小结
iL
VO L
Toff
VO L
(1 D)TS
VO Lf S
(1 D)
(3 - 9)
2. 变压比、导通比的定义
变压比 ：
M V0 /VS
导通比（占空比）： D Ton / TS
Ton DTs
Toff (1 D)Ts
变压比与电路结构和导通比都有关系，它们之间 的关系可用多种方法推导。由此了解电力电子电路的 分析方法
IO
Ud UO
Id
1 D
Id
图3.2.1 降压电路及其波形图
3.2.1 电感电流连续时工作特性
Buck变换器有两种可能的运行工况：
（1）电感电流连续模式 CCM(Continuous Current Mode)： 指电感电流在整个开关周期中都不为零； （2）电感电流断流模式 DCM（Discontinuous Current Mode）： 指在开关管T阻断期间内经二极管续流的电感电流已降为零。
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7
直流变换电路的工作原理 降压变换电路 升压变换电路 升降压变换电路 库克变换电路 带隔离变压器的直流变换器 直流变换电路的PWM控制技术
3.2 降压变换电路
原理图
输入 直流电
压
滤波电感
滤波电容
负载
续流二极管
3.2 降压变换电路
✓ 导通期间（ton ）：电力开 关器件导通，电感蓄能， 二极管D反偏。等效电路 如图3.2.1 (b)所示 ；
✓ 外特性从线形到非线形的转 折点由临界负载电流确定。
滤波
滤波器电抗对谐波的阻抗为： ωL 滤波器电容对谐波的阻抗为：1/ωC
由于输出电压波形的周期是变化的，因此输出谐 波的频率也是变化的，这使得滤波器的设计比较 困难，输出谐波干扰严重，一般很少采用。 ② 脉宽调制(PWM)工作方式： 即维持TS不变，改变。在这种调压方式中， 输出电压波形的周期是不变的，因此输出谐波的 频率也不变，这使得滤波器的设计容易。
第3章 直流变换电路
第3章 直流变换电路
1、定义：
利用电力开关器件周期性的开通与关断来改变输出电压 的大小，将直流电能转换为另一固定电压或可调电压的直流 电能的电路称为直流变换电路。(开关型DC/DC变换电路/斩 波器)。
2、分类：
按稳压控制方式:脉冲宽度调制(PWM)、脉冲频率调制、 (PFM)直流变换电路。
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7
直流变换电路的工作原理 降压变换电路 升压变换电路 升降压变换电路 库克变换电路 带隔离变压器的直流变换器 直流变换电路的PWM控制技术
3.1 直流变换电路的工作原理
❖ 工作原理：图中S是可控开关，R为纯 阻性负载。在时间内当开关S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。
输出电压平均值的改变：因为D是0～ 1之间变化的系数，因此在D的变化范 围内输出电压UO总是小于输入电压Ud ，改变D值就可以改变其大小。 占空比的改变：通过改变ton 或TS来实 现。
图3.1.1 基本的斩波器电路 及其负载波形
3.1 直流变换电路的工作原理
直流变换电路的常用工作方式主要有两种： ① 脉冲频率调制(PFM)工作方式： 即维持不变，改变TS。在这种调压方式中，
按变换器的功能:降压变换电路(Buck)、升压变换电路 (Boost)、升降压变换电路(Buck-Boost)、库克变换电路(Cuk) 和全桥直流变换电路。
3、隔离方式：
在直流开关稳压电源中直流变换电路常常采用变压器实 现电隔离，而在直流电机的调速装置中可不用变压器隔离。
第3章 直流变换电路
I0Kmi VS 8Lf
3. Buck变换器输出电压外特性
✓ 变换器的变压比（或输出电 压）与占空比和负载电流的 函数关系称为外特性。
✓ 电感电流连续时，变压比等 于占空比，输出电压与负载 电流无关。控制特性是线性 的。
✓ 在电感电流断流的情况下， 变压比M为(3-21)式，控制特 性是非线性的。
1.电流连续时只有两种开关状态
(1) 开关状态1：T管导通,D管阻断
L diS dt L diL dt VS VO (3 - 6)
iL
VS
VO L
Ton
VS
VO L
D TS
VS VO Lf S
D
(3- 7)
(2) 开关状态2：T管阻断, D管导通
L diS dt VO (3 - 8)
用电感电流表达式求变压比
✓ T导通、D截止
✓ T 截止、 D导通
✓ 稳态时：
iL
V0 L
(1
D) Ts
iL
VS
V0 L
D
Ts
故有V0 M V S DVS
3.2.2 电感电流断流时工作特性
1. 三种开关状态和变压比 2. 临界负载电流 3. BUCK变换器输出电压外特性
1.三种开关状态和变压比
第三种状态 :T、D都截止。 变压比
VEO 0使V 0升高
T T M D
on
S
2. 临界负载电流
临界连续时：
IL
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
I0K
1 2
I
L
1 2
VS
V0 L
DTS
VS V0 D 2Lf
VS D(1 D) 2Lf
Vo (1 D) 2Lf
V0 const时
I0Kmo V0 2Lf
VS const时
二者的临界： 称为电感电流临界连续状态： 指开关管阻断期结束时，电感电流刚好降为零。
3.2.1 电感电流连续时工作特性
Buck变换器的可能运行情况：
电感电流连续模式
电感电流临界 连续状态
电感电流断流模式 图3.2.2 电感电流波形图 ❖ 电感中的电流iL是否连续，取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值 。
电力电子学
——电力电子变换和控制技术（第二版）
第3 章
直流/直流变换器
3 直流/直流变换器
3.1 直流/直流降压变换器（Buck DC/DC 变换器） 3.2 直流/直流升压变换器（Boost DC/DC 变换器） 3.3 直流升压－降压变换器（Boost-Buck变换器或Cuk变换器） *3.4 两象限、四象限直流/直流变换器 *3.5 多相、多重直流/直流变换器 3.6 带隔离变压器的直流/直流变换器 小结
iL
VO L
Toff
VO L
(1 D)TS
VO Lf S
(1 D)
(3 - 9)
2. 变压比、导通比的定义
变压比 ：
M V0 /VS
导通比（占空比）： D Ton / TS
Ton DTs
Toff (1 D)Ts
变压比与电路结构和导通比都有关系，它们之间 的关系可用多种方法推导。由此了解电力电子电路的 分析方法