直流电压变换电路.doc

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1、第七章直流电压变换电路目的要求1．掌握直流电压变换电路的基本原理和三种控制变换方式。2．了解晶闸管直流电压变换电路的工作原理及晶闸管换流原理。3．掌握降压和升压直流变换电路的工作原理及库克（Cuk）电路的工作原理。4.了解复合直流电压变换电路的组成及应用。主要内容及重点难点1.直流电压变换电路的基本原理2.直流电压变换电路的三种控制变换方式3.晶闸管直流电压变换电路的工作原理4.晶闸管换流原理5.降压及升压直流变换电路的工作原理6.库克（Cuk）电路的工作原理7.复合直流电压变换电路的组成以及应用第一节直流电压变换电路的工作原理及分类直流电压变换电路也称为直流斩波器，它是将直流

2、电压变换为另一固定电压或大小可调的直流电压的电路。具有效率高、体积小、重量轻、成本低等优点，广泛地应用于可控直流开关稳压电源、直流电动机调速控制和焊接电源等。一、直流电压变换电路的工作原理1．电路构成：如图7-1所示为直流电压变换电路原理图及工作波形图，R为负载；S为控制开关，是电路中的关键功率器件，它可用普通型晶闸管、可关断晶闸管GTO或者其它自关断器件来实现。2．电路输出波形：a)b)图7-1直流电压变换电路原理图及工作波形a)电路原理图b)工作波形3．工作原理分析：当开关S闭合时，负载电压uo=Ud，并持续时间ton，当开关S断开时，负载上电压uo=0V，并持续时间tof

3、f。则T=ton+toff为直流变换电路的工作周期，电路的输出电压波形如图7-1b所示。若定义占空比为，则由波形图上可得输出电压得平均值为（7-1）167只要调节k，即可调节负载的平均电压。二、直流电压变换电路的三种控制方式直流电压变换电路主要由以下三种控制方式。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＝l／T不变，即工作周期T恒定，只改变开关S的导通时间ton。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)。3)混合调制：脉冲宽度(即ton)与脉冲周期T同时改变，采取这种调制方法

4、，输出直流平均电压uo的可调范围较宽，但控制电路较复杂。注：在直流变换电路中，比较常用的还是脉冲宽度调制（原因略）。三、直流电压变换电路的分类1．按照稳压控制方式：脉冲宽度调制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)直流电压变换电路；2．按变换电路的功能分类：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。第二节晶闸管直流电压变换电路早期的直流电压变换电路大多是由晶闸管组成的。因为在直流电压电源情况下，晶闸管本身无自关断能力，必须采取强迫换流，但这使电路变得比较复杂。一、晶闸管直流电压变换电路的工

5、作原理1．电路构成：如图7-2a示为由晶闸管构成的直流电压变换电路。晶闸管V作为开关器件，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。a)b)图7-2由晶闸管构成的直流变换电路a)电路b)输出电流、电压波形2．波形：3．工作原理分析：①当V导通时，Ud向负载电机输送能量，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，在LG足够大的情况下，其波形如图7-2b所示，即电流的变化滞后电压的变化。②当V阻断时，原储存在LG中的能量经VD对负载续流，电路输出电压u＝0，负载电流i逐渐

6、减少，但由于LG足够大，因此在V阻断时电流仍然连续。第二个周期则重复前述过程。此时，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。二、晶闸管的换流原理由于晶闸管是在直流电源下工作的，因而晶闸管的关断是实现本电路工作原理的关键。1671.晶闸管的关断由图7-3中的L、C组成的串联振荡电路实现。当V未加触发脉冲处于阻断时，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7-3a所示。图7-3晶闸管换流原理a)电容正向充电结束b)电容正向放电及

7、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2.给V加上触发脉冲，V因承受正向电压而导通，VD反向偏置。此时iV＝iC+ID。如图7-3b所示，当电容放电到最大值时，uC＝0，放电结束，此后电感上释放能量对电容进行反向充电，电流iC↑。当充电结束时，iC＝0，两端的电压极性变成左负右正，如图7-3c所示。由于负载电流基本保持不变，因此晶闸管V继续导通。3.此后电容又通过L、V反向放电，此时iV＝ID-iC，如图7-3d所示。iC↑，负载电流基本保持不变，当放电到最大值时，iC＝ID