直流电压变换电路.

第5章 直流电压变换电路
给晶闸管Ｖ加上触发脉冲，Ｖ因承受正向电压而导通，
续流二极管ＶD反向偏置。此时电容C通过电感L、晶闸管Ｖ 放电。 在此过程中电感L储能，流过Ｖ的电流iＶ为电容的放 电电流iC与负载电流之和，即iＶ＝iC＋IＤ。如图5-3（b）所 示，当电容放电到最大值时，电容两端电压uC＝0，放电结 束，此后电感L释放能量对电容进行反向充电，电流iC逐渐 减小。当充电结束时, 电容中的电流iC＝0，两端的电压极性
件，电容C和电感L组成振荡电路， 实现晶闸管的换流和
自行关断。VD为续流二极管，负载为带足够大平波电抗
器LG的直流电动机。
第5章 直流电压变换电路
i
i2
V
i
i0
CL
＋
i1 0
L
G
u
UD
VD
u
M
－ 0
T
2T
(a)
(b)
图 5-2 (a) 电路； (b) 输出电压、 电流
t 3T t
第5章 直流电压变换电路
第5章 直流电压变换电路
由式（5-1）可见，变换电路的输出电压的平均值UAV受 电路工作率D（又称为占空比）的控制，通过改变D的值即
可改变电路的输出电压平均值。欲改变电路的占空比，可以 采用以下三种方法。
1） 脉冲宽度调制（PWM）
脉冲宽度调制也称定频调宽式, 保持电路频率f＝1/T不 变， 即工作周期T恒定，只改变开关S的导通时间ton。
必须注意的是，在直流开关稳压电源中，直流电压变换 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，本章只讲无隔离的DC/DC变换电路。
第5章 直流电压变换电路
5.2 由普通晶闸管构成的直流电压变换电路 5.2.1 电路的工作原理
图5-2（a）所示是由普通晶闸管构成的直流电压变 换电路。 该电路由一个晶闸管V作为变换电路的开关器
V
i V
i＝I D
C
ຫໍສະໝຸດ Baidu
L
UD ＋iC＝0－
VD
LG M
V
C +－ UD
i V
L iC
i＝I D
VD
LG M
(a)
V
iV
C
L
－＋ UD iC＝0
i＝ID
LG VD
M
(b)
V
iV
C －+ UD
L iC
i＝ID VD
LG M
(c)
(d)
图 5-3
(a) 电容正向充电结束； (b) 电容正向放电及反向充电；
(c) 电容反向充电结束； (d) 电容反向放电及正向充电
第5章 直流电压变换电路
第5章 直流电压变换电路
5.1 直流电压变换电路的基本工作原理及其分类 5.2 由普通晶闸管构成的直流电压变换电路 5.3 单象限直流电压变换电路 5.4 二象限直流电压变换电路 习题及思考题
第5章 直流电压变换电路
5.1 直流电压变换电路的基本工作原理及其分类
5.1.1 直流电压变换电路的工作u原理
S
L
UD
VD
u
R
ton
toff
0
T
UAV t
(a)
(b)
图 5-1 (a) 原理图； (b) 输出电压
第5章 直流电压变换电路
由图5-1(a)可见，该电路就是通过开关S的接通和断开，
将负载与电源接通继而又断开，它能将恒定输入的直流电压
经过斩波后形成可调的负载电压。图5-1（b）表示出了变
换电路的输出电压u的波形。
第5章 直流电压变换电路
5.1.2 直流电压变换电路的分类 直流电压变换电路按照上述稳压控制方式可分为脉冲
宽度调制（PWM）和脉冲频率调制（PFM）直流变换电路; 按变换电路的功能分类有降压变换电路（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; 按直流电源和负 载交换能量的形式又可分为单象限直流电压变换电路和二象 限直流电压变换电路。
在ton期间，开关S接通，则直流电源电压UD与负载接通，
变换电路输出电压u＝ UD ；在toff期间，开关S断开，变换
电路输出电压u＝0。直流变换电路输出电压的平均值为
U AV
UD
ton toff ton
UD
ton T
DUD
（5-1）
第5章 直流电压变换电路
式中: ton ——开关S的导通时间； toff ——开关S的关断时间； T＝ton＋toff ——变换电路周期； D—— 变换电路的工作率或占空比。
流仍然连续。第二个周期则重复前述过程。在此情况下，电 动机工作于正向电动运行状态，表现出负载电压与负载电流 方向相同且都为正值， 因此这种电路又被称为单象限直流电 压变换电路。
第5章 直流电压变换电路
5.2.2
由于晶闸管是在直流电源下工作的，电源无自然换相点且 本身无关断能力，因而晶闸管的关断是实现本电路工作原理
的关键。晶闸管的关断由图5-3中的L、C组成的串联振荡电 路实现。当晶闸管V未加触发脉冲阻断时，电源UD通过L、 LG和直流电动机对电容C充电。当充电结束时，电容中的电 流iC＝0， 两端的电压极性为左正右负。同时，负载经续流 二极管ＶD续流，负载电流i＝ID，如图5-3（a）所示。
第5章 直流电压变换电路
2） 频率调制（PFM）
频率调制也称定宽调频式, 保持开关S的导通时间ton不 变， 改变电路周期T（即改变电路的频率）。
第5章 直流电压变换电路
3）
脉冲宽度（即ton）与脉冲周期T同时改变，采取这种调制 方法， 输出直流平均电压UAV的可调范围较宽，但控制电路
较复杂。 在这三种方法中，除在输出电压调节范围要求较宽时采用
当晶闸管V导通时，直流电源UD向负载电机输送能量， 变换电路的输出电压u＝UD，续流二极管反向偏置，负载电 流i由于平波电抗器LG的作用，滞后电压UD的变化，在电感 LG足够大的情况下，其波形如图5-2（b）所示，即电流的变
化滞后电压的变化。
当晶闸管Ｖ阻断时，原储存在平波电抗器LG中的能量经二 极管ＶD对负载续流，变换电路输出电压u＝0，负载电流i逐 渐减少，但由于平波电抗电感LG足够大，因此在Ｖ阻断时电
混合调制外，一般都采用频率调制或脉宽调制，由于当输出 电压的调节范围要求较大时， 如果采用频率调制，则势必要 求频率在一个较宽的范围内变化， 这就使得后续滤波器电路 的设计比较困难，如果负载是直流电动机，在输出电压较低 的情况下，较长的关断时间会使流过电机的电流断续，使直 流电动机的运转性能变差，因此在直流变换电路中，比较常 用的还是脉冲宽度调制。
变成左负右正，如图5-3（c）所示。由于负载电流基本保持 不变，因此晶闸管Ｖ继续导通。