间接直流变换电路PPT教学课件
电力电子技术第五章直流-直流变流电路PPT课件
(5-37) O
i
t
o
当tx<t0ff时，电路为电流断续工作状态， tx<t0ff是电流断续的条件，即
m
1 e 1 e
(5-38)
i
i
1
2
I
20
O
t
tt
t
t
on
1
x
2
t
off
T
c)
图5-3 用于直流电动机回馈能 量的升压斩波电路及其波形
c）电流断续时
16/44
5.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路
◆斩波电路有三种控制方式
☞脉冲宽度调制（PWM）：T不变，改变ton。 ☞频率调制：ton不变，改变T。 ☞混合型：ton和T都可调，改变占空比
5/44
5.1.1 降压斩波电路
■对降压斩波电路进行解析
◆基于分时段线性电路这一思想，按V处于通态和处于断态两个过程 来分析，初始条件分电流连续和断续。
◆电流连续时得出
3/44
5.1.1 降压斩波电路
■降压斩波电路（Buck Chopper）
◆电路分析
☞使用一个全控型器件V，若采用晶闸
管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。
☞设置了续流二极管VD，在V关断时
给负载中电感电流提供通道。
☞主要用于电子电路的供电电源，也
可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。
◆工作原理
☞ t=0时刻驱动V导通，电源E向负载
☞输出电流的平均值Io为
EI1 U o I o
Io
Uo R
1
E R
(5-24) (5-25)
☞电源电流I1为
I1
Uo E
Io
第2章PWM直流变换电路ppt课件
S开通后，VD处于断态，
W1绕组的电流线性增长， 电感储能增加；
S关断后，W1绕组的电 流被切断，变压器中的
磁场能量通过W2绕组和 VD向输出端释放。
VT导通期间： VT截止期间
iP(to)nU LP intonIPmi n IPmax
i2 ( T S ) N N P 2 I P m a x U L 2 to ff N N P 2 [ U L P in to n I P m in ] U L 2 0 to ff
• 按构成器件：半控型电路、全控型电路
• 按电隔离能力：绝缘型、非绝缘型电路
• 按变换级数：直接变换、间接变换电路
2.1 概述
电力电子电路的分类
• 按控制方式：相控式、频控式、斩控式、 组合式
• 按开关环境：硬开关电路、软开关电路 • 按电能流传方向：单向电路、双向电路 • 按输出电压：高压电路、低压电路 • 按电路构成：基本电路、组合电路
uC
1.求Av
根据伏秒平衡律:
i DT
T
L
(Ud U0)DTU0DPT
UdD(DDp)U0
I u L DT DpT
AV
U0 Ud
D DDP
ud u0
2.2.1 单象限降压斩波电路
电流断续状态（DCM）
2.求Dp
平均电流:
I
U0 L0
DPT
I0 1 2 I (D T D P )T 1 2 I (D D P ) 2 U L 0 0D P T (D D P )
3、电流的波动
IIdmIdMU L0 d DT
IdMId 2 IId2 U L d dD T IdmId 2 IId2 U L d dD T
《直流变换电路》课件
减小电磁干扰的措施
布局优化
合理安排电路元件的布局，减小 信号线长度，降低电磁干扰。
滤波电容的使用
在关键部位增加滤波电容，吸收高 频噪声和干扰。
接地措施
采用多点接地，降低地线电感和阻 抗，减少电磁干扰。
06
直流变换电路的应 用实例
电动车用直流变换电路
01
电动车用直流变换电路概述
电动车用直流变换电路是用于将直流电源转换为电动车所需电压的电路
将直流电能转换为交流电能，用于电 力机车、地铁等交通工具的牵引。
将交流电转换为电池所需的直流电。
02
直流变换电路的工 作原理
电压型直流变换电路
总结词
通过控制开关管通断，将输入直流电压变换成输出直流电 压的电路。
电路特点
输出电压稳定，负载调整性能好，适用于输出电压要求较 高的场合。
详细描述
电压型直流变换电路采用电感作为储能元件，通过控制开 关管的通断，实现输入直流电压的斩波或调压，从而得到 所需的输出直流电压。
THANKS
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光伏逆变器用直流变换电路的特点
光伏逆变器用直流变换电路具有高效率、高可靠性、低噪声等特点，能够有效地提高太阳 能利用率和系统的稳定性。
不间断电源用直流变换电路
不间断电源用直流变换电路概述
不间断电源用直流变换电路是用于在停电或电源故障时提供不间断电源的电路。它通常包括输入滤波器、整流器、直 流变换器和逆变器等部分。
优点
结构简单，易于实现，对输 出电压的调节快速且准确。
缺点
对输入电压和负载变化的抑 制能力有限，可能存在较大 的电压调整率。
电流模式控制
总结词
详细描述
优点
缺点
间接直流变换电路
2、分类：
1）正激变换器：开关管导通时电源将能量直接传送至负载； 2）反激变换器：开关管导通时电源将电能转为磁能储存 在电感中，当开关管阻断时再将磁能变为电能传送到负载；
5.6 带隔离变压器的间接直流变换器
一、 正激式变换器
变换器的输出电压为： U O N 2 DU d
N1
该电路的占空比D不能超过0.5。
5.6 带隔离变压器的间接直流变换器
1、引入变压器作用：
1）能使变换器的输入电源与负载之间实现电气隔离，提高 变换器运行的安全可靠性和电磁兼容性。 2）选择变压器的变比还可匹配电源电压Ud与负载所需的输 出电压Uo ，能使直流变换器的占空比D数值适中而不至于接 近于零或接近于l。 3）能设置多个二次绕组输出几个电压大小不同的直流电压。
5.6 带隔离变压器的间接直流变换器
四、半桥式变换器
5.6 带隔离变压器的间接直流变换器
五、全桥变换电路
六、MOSFET的整流电路
5.6 带隔离变压器的间接直流变换器
二 反激式变器
反激式变换器工作在输出电流连续的状态下， 输出电压UO为：
UO N2 D Ud N1 1 D
一般情况下，反激式变换器的工作占空比D要小于0.5。
5.6 带隔离变压器的间接直流变换器
三、 推挽式变换器（属正激式变换器）
其工作占空比必须保持小于0.5。
8.2 间接直流变流电路
8.2 间接直流变流电路间接直流变流电路：先将直流逆变为交流，再整流为直流电，也称为直—交—直电路。
图8-15 间接直流变流电路的结构采用这种结构的变换原因：✧✧输出端与输入端需要隔离。
✧✧某些应用中需要相互隔离的多路输出。
✧✧输出电压与输入电压的比例远小于1或远大于1。
✧✧交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量。
工作频率高于20kHz这一人耳的听觉极限，可避免变压器和电感产生噪音。
逆变电路通常使用全控型器件，整流电路中通常采用快恢复二极管、肖特基二极管或MOSFET 构成的同步整流电路（Synchronous Rectifier ）。
间接直流变流电路分为单端(Single End)和双端(Double End)电路两大类。
✧ ✧ 单端电路：变压器中流过的是直流脉动电流，如正激电路和反激电路。
✧ ✧ 双端电路：变压器中的电流为正负对称的交流电流。
如半桥、全桥和推挽电路。
8.2.1 8.2.1正激电路电路的工作过程：✧ ✧ 开关S 开通后，变压器绕组N 1两端的电压为上正下负，与其耦合的N 2绕组两端的电压也是上正下负。
因此VD 1处于通态，VD 2为断态，电感L 的电流逐渐增长；✧ ✧ S 关断后，电感L 通过VD 2续流，VD 1关断。
S 关断后变压器的激磁电流经N 3绕组和VD 3流回电源，所以S 关断后承受的电压为。
变压器的磁心复位：开关S 开通后，变压器的激磁电流由零开始，随着时间的增加而线性i S U N N u )1(31+=的增长，直到S 关断。
为防止变压器的激磁电感饱和，必须设法使激磁电流在S 关断后到下一次再开通的一段时间内降回零，这一过程称为变压器的磁心复位。
图 8-16 正激电路的原理图o图 8-17 正激电路的理想化波形变压器的磁心复位时间为：(8-1)输出电压：✧ ✧ 输出滤波电感电流连续的情况下：S ui i ttt ton13rst t N N t(8-2)✧ ✧ 输出电感电流不连续时，输出电压U o 将高于式（8-2）的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下，。
直流变换电路教学课件PPT
保持开关周期T不
变，调节开关导通时间ton 2) 频率调制（调频型）
关周期T
保持开关导通时间ton不变，改变开
3) 混合型
ton和T都可调，占空比改变
V为通态期间，设负载电流为i1，可列出如下方程
L d i1 dt
Ri1
EM
E
设此阶段电流初值为I10， =L/R，解上式得
i1
t
I10e
E EM R
i1 ton
toff
IL
o
i2 IL
o
可控开关V处于通态时，电
源经V向电感L供电使其贮存
能量，此时电流为i1。同时， 电容C维持输出电压恒定并向
负载R供电。
V关断时，电感L中的能量
向负载释放，电流为i2。负载
t
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
t
14
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
于断态的时间为toff，则此期间电感L释放能量为(Uo-E)I1toff。
10
电路工作稳态时，一个周期T中电感L积蓄能量与释放能量相等
EI1ton (Uo E)I1toff
化简得
Uo
ton toff toff
E
T toff
E
式中，T/toff>1，输出电压高于电源电压，该电路为升压斩波电路
T/toff表示升压比，改变输出电压Uo的大小，升压比的倒数b = toff /T,
T
0 uL d t 0
当V处于通态期间时，uL=E；而当V处于断态期间时，uL=-uo
E tonon toff
E ton T ton
第3章 直流变换电路 工学硕士电力电子技术课件
2IOM f
2IOM f
UI
注意：
开关频率越高，滤波电感越小；但受电路开关时间限制；
负载电流变化范围大，最小电流很小时，L值太大，功率密 度降低；
2、滤波电容C的选择 开关频率越高，滤波电容越小； 电容C越大，输出电压越恒定；但体积和成本将增加。 实际选择时要根据容许的输出电压脉动量来确定。
UO
Q C
按直流电源与负载间能量传递关系：无变压器隔离 有变压器隔离。
斩波电路的种类很多，最基本的有升压和降压斩波电路。
作用：（1）调压、调功和调阻抗； （2）抑制网侧的谐波电流。
应用：直流电动机调速和开关电源等。
1. 理想条件 （1）电力电子器件在开关状态时为理想器件，即开关时间
为零，无损耗； （2）输入电压UI保持不变，在稳态时输出直流电压的平均
0 uL
UI 0
Toff
Ton
TS
t
ILmax
ILmin t
ILmax ILmin
t ILmax
ILmin t
UO-UI
t
Ton
TS
可见，升压斩波电路在电流连续时，变压比只与占空比有关， 而与负载无关。
电感电流的平均值等于输入电流的平均值
II
IL
1 1 D
IO
流过VD的电流平均值等于负载电流的平均值
临界电流为
IOK
1 D 2Lf
UO
(1 D)IOKmo
标幺值
I O* K
IOK IOKmo
1 D 1 M
M UO M D 1 - IOK / IOKmo 1 - IO*K
1.0 D UI
D=1.0
M UO
0.9
电力电子技术课件-10-DCDC变换器
t off
L I L UO
根据式(3.2.4)、(3.2.5)可求出开关周期ＴS为
TS1ftontoffUO (IU LdLU dUO）
ILU O (U fdL dU U O)U dD (f1 LD )
流 可一 得上周式期中内△的I平L为均流值过与电负感载电电流流的IO峰相－等峰,即值同,最时大代为入I关2,最系小式为△II1L。= 电I2－感I电1
IOBU2dLTOS D(1D)
式中IOB为电感电流临界连续时的负载电流平均值。
总结:临界负载电流 IOB与输入电压Ud、电感L、开关频率f以及开关管T 的占空比D都有关。
当实际负载电流Io＞ IOB时,电感电流连续;
当实际负载电流Io = IOB时,电感电流处于连续（有断流临界点）;
当实际负载电流Io ＜IOB时,电感电流断流;
I0
I2
2
I1
(3.2.8)
I1I0U2dLTS D(1D)
2021/5/4
10
4.1.1 Buck变换器
电感电流iL临界连续状态:
变换电路工作在临界连续状态时,即有I1=0,由
I1I0U2dLTS D(1D)
可得维持电流临界连续的电感值L0为:
Lo
UdTS 2I0B
D(1D)
即电感电流临界连续时的负载电流平均值为 :
2021/5/4
基本的斩波器电路及 其负载波形
3
4.1 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:
即维持导通时间不变,改变工作周期。在这种调 压方式中,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。
机工社2023电力电子技术 第6版教学课件第5章 直流直流变换电路
开关周期开始时刻的电容电压值相等。故式(5-1)中uC(TS) = uC(0)，所以电容
电流在一个开关周期内的平均值Ic = 0。
5-7
5.1 直接直流变流电路
5.1.1 降压斩波电路 5.1.2 升压斩波电路 5.1.3 升降压斩波电路 5.1.4 丘克斩波电路 5.1.5 多重斩波电路
5-8
5.1.1 降压斩波电路
5-20
5.1.3 升降压斩波电路
数量关系
电感电压在一个周期的平均值UL可以表示为
UL
U iton
U otoff Ts
由伏秒平衡，UL=0，可得
Uo D Ui 1 D
（5-6）
等式右边的负号表示升降压电路的输出电压与输入电压极性相反，其数 值既可以高于其输入电压，也可以低于输入电压。
S Ui
5-5
5.1 直接直流变流电路
伏秒平衡
电感两端电压在一个开关周期内的平均值：
其中： 可得：
1
UL Ts
TS 0
uL
(t
)
d
t
uL
(t)
L
d
iL (t) dt
U L
1 Ts
TS L d iL (t) d t 0 dt
1
Ts
TS 0
L
d
iL
(t
)
L Ts
[iL (TS
)
iL
(0)]
（5-1）
uL O
t1~t2时段：开关S关断，二极管VD 导通，电感通过VD向电容C放电，电感 电流不断减小。
t2~t3时段：t2时刻电感电流减小到 零，二极管VD关断，电感电流保持零值
，并且电感两端的电压也为零。
8.2 间接直流变流电路
8.2 间接直流变流电路间接直流变流电路：先将直流逆变为交流，再整流为直流电，也称为直—交—直电路。
图8-15 间接直流变流电路的结构采用这种结构的变换原因：✧✧输出端与输入端需要隔离。
✧✧某些应用中需要相互隔离的多路输出。
✧✧输出电压与输入电压的比例远小于1或远大于1。
✧✧交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量。
工作频率高于20kHz这一人耳的听觉极限，可避免变压器和电感产生噪音。
逆变电路通常使用全控型器件，整流电路中通常采用快恢复二极管、肖特基二极管或MOSFET 构成的同步整流电路（Synchronous Rectifier ）。
间接直流变流电路分为单端(Single End)和双端(Double End)电路两大类。
✧ ✧ 单端电路：变压器中流过的是直流脉动电流，如正激电路和反激电路。
✧ ✧ 双端电路：变压器中的电流为正负对称的交流电流。
如半桥、全桥和推挽电路。
8.2.1 8.2.1正激电路电路的工作过程：✧ ✧ 开关S 开通后，变压器绕组N 1两端的电压为上正下负，与其耦合的N 2绕组两端的电压也是上正下负。
因此VD 1处于通态，VD 2为断态，电感L 的电流逐渐增长；✧ ✧ S 关断后，电感L 通过VD 2续流，VD 1关断。
S 关断后变压器的激磁电流经N 3绕组和VD 3流回电源，所以S 关断后承受的电压为。
变压器的磁心复位：开关S 开通后，变压器的激磁电流由零开始，随着时间的增加而线性i S U N N u )1(31+=的增长，直到S 关断。
为防止变压器的激磁电感饱和，必须设法使激磁电流在S 关断后到下一次再开通的一段时间内降回零，这一过程称为变压器的磁心复位。
图 8-16 正激电路的原理图o图 8-17 正激电路的理想化波形变压器的磁心复位时间为：(8-1)输出电压：✧ ✧ 输出滤波电感电流连续的情况下：S ui i ttt ton13rst t N N t(8-2)✧ ✧ 输出电感电流不连续时，输出电压U o 将高于式（8-2）的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下，。
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2、分类：
1）正激变换器：开关管导通时电源将能量直接传送至负载； 2）反激变换器：开关管导通时电源将电能转为磁能储存 在电感中，当开关管阻断时再将磁能变为电能传送到负载；
2020/12/10
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5.6 带隔离变压器的间接直流变换器
一、 正激式变换器
变换器的输出电压为：
UO
N2 N1
DUd
该电路的占空比D不能超过0.5。
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5.6 带隔离变压器的间接直流变换器
二 反激式变换器
反激式变换器工作在输出
N2 N1
1DDUd
一般情况下，反激式变换器的工作占空比D要小于0.5。
2020/12/10
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5.6 带隔离变压器的间接直流变换器
三、 推挽式变换器（属正激式变换器）
其工作占空比必须保持小于0.5。
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5.6 带隔离变压器的间接直流变换器
四、半桥式变换器
2020/12/10
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5.6 带隔离变压器的间接直流变换器
五、全桥变换电路
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PPT教学课件
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5.6 带隔离变压器的间接直流变换器
1、引入变压器作用：
1）能使变换器的输入电源与负载之间实现电气隔离，提高
变换器运行的安全可靠性和电磁兼容性。 2）选择变压器的变比还可匹配电源电压Ud与负载所需的输
出电压Uo ，能使直流变换器的占空比D数值适中而不至于接 近于零或接近于l。
3）能设置多个二次绕组输出几个电压大小不同的直流电压。