电力电子基础5 1 (1)

t
IL
o
13t
升降压斩波电路
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
T
0 uL d t 0
V处于通态 uL = E
E ton Uo toff
V处于断态 uL = - uo
电感电流连续时输出电压为： Uo
ton toff
E
1
E
14
升降压斩波电路
当0<<1/2降压，当1/2<<1
+-
EM V4
VD3
b)
0 io
1
2
t
1
2
c)
0
t
29
多相多重斩波电路
多相多重斩波电路是在电源和负载之间接入多个结构相同 的基本斩波电路而构成的
相数 —— 一个控制周期中电源侧的电流脉波数 重数 —— 负载电流脉波数
当上述电路电源公用而负载为多个独立负载时，则为多相 1重斩波电路。
而当电源为多个独立电源，向一个负载供电时，则为1相 多重斩波电路。
5
降压(Buck)斩波电路
全控型器件 若为晶闸管，须 有辅助关断电路。
续流二极管
6
降压(Buck)斩波电路
变换器的工作模式 基于“分段线性”
的思想，对降压斩 波电路进行解析。
VT处于通态和处于 断态
初始条件分电流连 续和断续
7
降压(Buck)斩波电路
电流连续时 输入输出电压关系
E U0 ton U t0 off 0
升压，故称作升降压斩波电路。 也有称之为buck-boost 变换器。
电感电流连续时输入输出电流 关系为：
I0
toff ton
I1
1
I1
15
Cuk斩波电路
16
Cuk斩波电路
L1中电流变化
I1
Eton L1
E UC1 toff L1
ton T
UC1
E(1 2 ) 1
L2中电流变化
I2
多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波电路单元可互 为备用。
30
3相3重降压斩波电路
电路结构：相当于由3个降压斩波 电路单元并联而成。
总输出电流为 3 个斩波电路单元输
出电流之和，其平均值为单元输出
电流平均值的3倍，脉动频率也为3 1
倍。
u
O
2
t
O
t
u3
总的输出电流脉动幅值变得很小 。 O
+-
EM V4
VD3
26
桥式可逆斩波电路
1.双极性工作方式
V1与V4同时通断， V2与V3同时通断 V1与V2通断互补， V3与V4通断互补 输出电压波形中电压有正有负，故称双极性。
V1
E
VD2
V2 VD1
uo
V3
L
R io M
VD4
+-
EM V4
VD3
uo
a) 0
io
1
2
b)
0 io
1
2
c)
电流可逆斩波电路 桥式可逆斩波电路 多相多重斩波电路
21
电流可逆斩波电路
斩波电路用于拖动直流电动机时，常要使 电动机既可电动运行，又可再生制动。
降压斩波电路能使电动机工作于第1象限。 升压斩波电路能使电动机工作于第2象限。 电流可逆斩波电路：降压斩波电路与升压
斩波电路组合。此电路电动机的电枢电流 可正可负，但电压只能是一种极性，故其 可工作于第1象限和第2象限。
t
uo
所需平波电抗器总重量大为减轻。
O i1
t
O
总输出电流最大脉动率（电流脉动 i2
O
幅值与电流平均值之比）与相数的 i3
O
平方成反比。
io
O
t
t t
t
31
小结ห้องสมุดไป่ตู้
本讲介绍了6种基本斩波电路、1种复合斩波电路及多相多 重斩波电路。
本章的重点是，理解降压斩波电路和升压斩波电路的工作 原理，掌握这两种电路的输入输出关系、电路解析方法、 工作特点
U0 ton
ET
输入输出电流关系
EI U0I0 I0 E 1
I U0
8
升压斩波电路
储存电能
保持输出 电压
（滤波）
9
升压斩波电路
工作原理 假设L和C值很大。 V处于通态时，电源E向电感
L充电，电流恒定iL，电容C 向恒负定载。R供电，输出电压Uo V处于断态时，电源E和电感 L同时向电容C充电，并向负 载提供能量。
使V4保持通时，电流可逆斩波电路向电动机提供正电 压，可使电动机工作于第1、2象限，即正转电动和正 转再生制动状态
使V2 保持通时， V3、 VD3和V4、 VD4等效为又一组电 流可逆斩波电路，向电动机提供负电压，可使电动机
工作于第3、4象限
V1
E
VD2
V2 VD1
uo
V3
L
R io M
VD4
2
t t
io
1
2
c)
0
34
t
28
桥式可逆斩波电路
3.受限单极性工作方式
V1不断调制， V4全通，V3与V2全断 或V2不断调制， V3全通，V1与V4全断
输出电压波形中电压只有正或只有负，且轻载时电流也 断续，故称受限单极性。
uo
0
t
V1
E
VD2
V2 VD1
uo
V3
a)
L
R io M
VD4
io
电力电子基础
Fundamental Power Electronics 第五讲 直流斩波电路
1
直流斩波电路
直流斩波电路（DC Chopper）
将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。 也称为直流--直流变换器（DC/DC Converter）。 一般指直接将直流电变为另一直流电，不包括直流—
直流传动是斩波电路应用的传统领域，而开关电源则是斩 波电路应用的新领域，前者的应用在逐渐萎缩，而后者的 应用是电力电子领域的一大热点。
32
0
34
t
t t
27
桥式可逆斩波电路
2.单极性工作方式
V1与V2不断调制， V3与V4一个一直通（另一个一直断） V1与V2通断互补， V3与V4通断互补 输出电压波形中电压只有正或只有负，故称单极性。
uo
V1
E
VD2
V2 VD1
uo
V3
L
R io M
VD4
+-
EM V4
VD3
0 a)
io
1
b) 0
态时向L2转移）。
输入输出关系： U o
ton toff
E ton T ton
E 1
E
19
Zeta斩波电路
Zeta斩波电路原理
V处于通态期间，电源E经开关
V向电感L1贮能。
V关断后，L1－VD－C1构成振
荡回路， L1的能量转移至C1，
能量全部转移至C1上之后，VD
关断，C1经L2向负载供电。
udt
ton T
E
E
为占空比，f=1/T为斩波频率
3
DC-DC变换的基本控制方式
时间占空比控制的几种实现方式：
脉宽控制：T不变，改变ton调节变化，改变Uo
斩波开关频率固定，易于设计输出滤波器
频率控制： ton不变，改变T调节变化，改变Uo
斩波开关频率不固定，难于设计输出滤波器
混合控制：既改变斩波频率，又改变导通时间
电压升高得原因：
电感L储能使电压泵升的作用 电容C可将输出电压保持住
10
升压斩波电路
电流连续时
输入输出电压关系
电感电压uL稳态下：
E U0 toff Eton 0
U0 ton toff 1
E
toff
1
输入输出电流关系
EI U0I0 I0 I0 E 1 I IL U0
11
输入输出关系：U o
1
E
相同的输入输出关系。Sepic电路的电源电流和负载电流均
连续？，Zeta电路的输入断续、输出电流均是连续的。
两种电路输出电压为正极性的。
20
2.复合斩波电路和多相多重斩波电路
复合斩波电路——降压斩波电路和升压斩波电路组合构成 多相多重斩波电路——相同结构的基本斩波电路组合构成
24
桥式可逆斩波电路
电流可逆斩波电路：电枢电流可逆，两象限运行，但电压 极性是单向的
当需要电动机进行正、反转以及可电动又可制动的场合， 须将两个电流可逆斩波电路组合起来，分别向电动机提供 正向和反向电压，成为桥式可逆斩波电路
桥式斩波电路又有双极性、单极性和受限单极性之分
25
桥式可逆斩波电路
交流—直流。
电路种类
6种基本斩波电路：降压斩波电路、升压斩波电路、 升 降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta 斩波电路。
复合斩波电路——不同结构基本斩波电路组合。 多相多重斩波电路——相同结构基本斩波电路组合。
2
DC-DC变换的基本控制方式
1.时间占空比控制
U0
1 T
T 0
开关VT导通时要流过L1 和L2的电流，VT的峰值 电流大。
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Sepic斩波电路
Speic电路原理
V通态，E-L1-V和C1-V-L2 两路同时导电，L1和L2贮 能。
V断态，E-L1-C1-VD-负载
回路及L2-VD-负载回路同
时导电，此阶段E和L1既向
负载供电，同时也向C1充