电力电子第3章(修改).pptx
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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。
✓ 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 ；
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。
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)
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 。
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
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
Байду номын сангаас
临界连续时：
IL
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
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，
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
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
✓ 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
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。
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。
✓ 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 ；
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。
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)
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 。
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
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
Байду номын сангаас
临界连续时：
IL
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
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，
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
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
✓ 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
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。