6 直流变换器

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1、第六章.直流变换器（DC/DC变换器）直流变换器是在直流电源与负载之间接一由电力半导体器件构成的直流开关，用它控制主电路的接通与断开，以将恒定的直“斩”成断续（离散）的方波，然后经滤波变为电压可调的直流电供给负载。它是一种直流电压幅值的变换装置，亦称斩波器。6.1.斩波器原理和控制方式16.1.1.斩波原理26.1.2.斩波器的控制方式1.定频调宽32.定宽调频43.调频调宽56.2.斩波器的基本电路斩波器有降压式、升压式、升／降压式等见种形式。6.2.1.降压式（buck）斩波器buckchopper.swf

2、6输出的负载端平均电压EO可用下式表示：式中：ton：斩波开关导通时间；toff：斩波开关关断时间；T＝ton＋toff：斩波周期，其倒数1／T＝f为斩波频率；E：输入的恒定直流电源电压；ρ＝ton／T：斩波开关通断比（亦称占空比），取值范围在0～l之间。另外，I=EO/R=ρE/R。76.2.2.升压式（boost）斩波器S通：L充电，eO=0，C放电；S断：L续流，eL反向，C充电，EO=E+eL。若滤波电容C足够大，输出电EO可看成恒值，波形如上图（b）。8式中：υ可称之为升压比。0≤ρ＜1；1≤υ＜∞；

3、E≤EO＜∞。96.2.3.升／降式（buck-boost）斩波器S通：L充电，VD截止，C向负载供电；S断：L续流，L向负载供电及给C充电。10由上式可见，当通断比ρ＜0.5时，电路为降压式；而当ρ＞0.5时，电路为升压武。比较该二式：116.3.负载为直流电动机时的斩波器结构当斩波器向直流电动机供电时，由于有制动和正反转的要求，因而斩波器也有几种不同的结构。6.3.1.单象限斩波器12一般降压式斩波器向直流电动机M供电，只能使电动机运行于电动状态，调电枢电压调速，由于电流或电压不能反向，无法产生制动转矩，故

4、电动机只有第一象限的机械特性。当电动机负载较重时，二极管的续流不会降为零，电流是连续的；而如果负载较轻．续流电流可能降为零，这时电流便出现断续。电流断续期间，VD截止，输出电压便为电动机的电枢反电势。136.3.2.两象限斩波器两象限斩波器向直流电动机M供电，可使电动机既能实现调压调速，又能实现再生制动。146.2.3.四象限斩波器负压正压15其形状为桥式而称为H型电路。它实际上是两组不可逆电路的组合。用于向电动机供电，可实现电机的正反转和电动制动状态即四象限运行。该电路有两种工作方式。（1）.单极性PWM若S

5、1一直导通，S2、S3一直关断，而对S4进行通断控制，则输出平均电压UAB为正；若S3一直导通，S1、S4一直关断，而对S2进行通断控制，则输出平均电压UAB为负。可见，该电路可输出正负两种电压平均值．所以也称为可逆输出的直流变换电路。16（2）.双极性PWM如果将H型电路的四只开关按对角线分成S1、S4和S2、S3两组，同组开关同时导通和关断，而两组交替通断，则在一个周期内，UAB正负相间，电压波形如图4.23（b）所示。这种控制方式称为双极性，它的输出平均电压等于正负脉冲电压面积之差，即176.4.输入与

6、输出隔离的直流变换器斩波频率的提高，可以减少低频谐波分量，降低对滤波元器件的要求，减小装置体积和重量。因而直流变换器及直流PWM控制技术开始在开关电源、直流调压、步进电机、直流调速与伺服系统中得到广泛应用。随着新型电力电子器件的发展，变流器的工作频率正逐步提高。下面用“S”表示电力电子器件。186.4.l.单端反激式单端：是指变压器中只有单一方向的磁通，仅工作在其磁滞回线的第一象限；反激：是指开关器件导通时，变压器的一次侧线圈仅作为电感储存能量，没有能量传送到负载S接通：N1储能，VD截止，C供电；S关断：N2

7、放电，负载由N2供电，C充电。19可见，单端反激式直流变换器是隔离的升／降式直流变换器。ρ：通断比根据分析，可推出：206.4.2.单端正激式输出电压为：EO=ρu2=ρE/n为降压式直流变换器。216.4.3.推挽式推挽电路可以着成是完全对称的两个单端正激式直流变换电路组合而成，S1、S2交替通断。正压：U2+=（N2/N11）*E、负压：U2-=（N2/N12）*E，再整流、滤波得UO。226.4.4.半桥式两个大电容C1、C2串联在电源上获得E/2电压。两开关器件也以推挽方式工作。U2=E/2n。236.

8、5.直流PWM的控制直流变换电路中，首先必须产生脉冲宽度可变的控制信号。这一般是采用锯齿波或三角波与直流控制电压（称为给定电压）相叠加的方法。其时输入为可调电压，输出为宽度可变的脉冲，通常称为脉冲宽度调制（PWM）。24