1、1 5.1 基本斬波電路基本斬波電路 5.2 復合斬波電路和多相多重斬波電路復合斬波電路和多相多重斬波電路 5.3 帶隔離的直流直流變流電路帶隔離的直流直流變流電路 第第5章章 直流直流-直流斬波電路直流斬波電路2 直流直流變換器作用：固定直流可控直流。 變換器中的功率器件工作于開關狀態。 應用：直流開關電源，直流電機驅動。直流直流變換器的系統組成直流直流變換器的系統組成第第5章章 直流直流-直流斬波電路直流斬波電路3間接直流變流電路間接直流變流電路 在直流變流電路中增加了在直流變流電路中增加了交流環節交流環節。 在交流環節中通常采用變壓器實現輸入輸出間的隔離，在交流環節中通常采用變壓器實現輸

2、入輸出間的隔離，因此也稱為直因此也稱為直交交直電路。直電路。 第第5章章 直流直流-直流斬波電路直流斬波電路直流直流-直流變流電路（直流變流電路（DC/DC Converter）包括）包括直接直接直流變流電路直流變流電路和和間接直流變流電路間接直流變流電路。直接直流變流電路直接直流變流電路也稱也稱斬波電路（斬波電路（DC Chopper）。功能是將直流電變為另一固定電壓或可調電壓的直功能是將直流電變為另一固定電壓或可調電壓的直流電。輸入與輸出之間不隔離。流電。輸入與輸出之間不隔離。隔離，能量變換？隔離，能量變換？4第第5章章 直流直流-直流斬波電路直流斬波電路 直流直流變換器的主要種類：基本結

3、構：基本結構： 降壓變換器（降壓變換器（Buck converter)Buck converter) 升壓變換器（升壓變換器（Boost converter)Boost converter)復合結構：升降壓變換器（復合結構：升降壓變換器（BuckBuckBoost converter)Boost converter) 全橋變換器（全橋變換器（full bridge converter)full bridge converter) 5控制輸出電壓控制輸出電壓vo 平均值的方法：控制開關通斷時間。平均值的方法：控制開關通斷時間。onodstVVTonstDT稱為占空比直流直流變換器又稱直流直流變換

4、器又稱斬波器，斬波器，開關器件應為全控型。開關器件應為全控型。5.1.1 降壓斬波電路降壓斬波電路6直流直流變換器直流直流變換器的三種控制方式的三種控制方式（改變占空比的方式）（改變占空比的方式）脈沖寬度調制脈沖寬度調制PWMPWM（Pulse Width ModulationPulse Width Modulation） 周期不變周期不變，通過通過導通時間導通時間的的改變改變，控制輸出電壓。，控制輸出電壓。脈沖頻率調制脈沖頻率調制PFMPFM（Pulse Frequency ModulationPulse Frequency Modulation） 導通時間不變導通時間不變，改變導通的周期改

5、變導通的周期來改變輸出電壓。來改變輸出電壓?；旌闲驼{制：混合型調制：t tonon和和T Ts s都可調都可調，以改變占空比。，以改變占空比。onoddstVVDVT PWM（脈沖寬度調制）是直流直流變換器中最常用的控制方法。5.1.1 降壓斬波電路降壓斬波電路7脈沖寬度脈沖寬度調制電路調制電路onscontrolsttDTvV5.1.1 降壓斬波電路降壓斬波電路80011( )sonTtonoodddssstVv t dtV dtVDVTTT平均輸出電壓平均輸出電壓1odDVV 降壓變換1.基本的降壓變換電路基本的降壓變換電路 假定：恒定的輸入電壓、理想的開關、純電阻負載假定：恒定的輸入電壓

6、、理想的開關、純電阻負載5.1.1 降壓斬波電路降壓斬波電路9基本電路的基本電路的缺陷缺陷實際的負載應為感性實際的負載應為感性。即使。即使是阻性負載，負載回路中仍會是阻性負載，負載回路中仍會存在分布電感。開關斷開時，存在分布電感。開關斷開時，必須有吸收電感儲能的回路，必須有吸收電感儲能的回路，否則開關會因過壓而損壞。否則開關會因過壓而損壞。輸出輸出電壓波動電壓波動太大（太大（0或或Vd）解決方法解決方法增加增加二極管二極管，形成續流回路，吸收電感儲能。，形成續流回路，吸收電感儲能。負載側接入負載側接入低通濾波器低通濾波器（由電感和電容構成），（由電感和電容構成），減小輸出電壓的波動。減小輸出電

7、壓的波動。5.1.1 降壓斬波電路降壓斬波電路10低通低通濾波器濾波器續流續流二極管二極管 濾波器濾波器輸入電壓輸入電壓2.實用的降壓變換電路實用的降壓變換電路 變換器變換器輸出電壓輸出電壓11n 低通濾波器的作用低通濾波器的作用濾波器輸入電壓濾波器輸入電壓包含直流分量包含直流分量Vo和諧波分量和諧波分量諧波分量諧波分量直流分量直流分量Vo濾波器輸入電壓濾波器輸入電壓諧波分量的頻率為諧波分量的頻率為開關頻率的整數倍開關頻率的整數倍濾波器濾波器的轉折頻的轉折頻率率fc遠小于開關頻遠小于開關頻率率fs，可濾除輸出可濾除輸出電壓中的諧波電壓中的諧波開關頻率開關頻率fs轉折頻率轉折頻率開關頻率開關頻率

8、fs輸出電壓輸出電壓12n 續流二極管的作用續流二極管的作用續流續流二極管二極管開關閉合時，二極管反向截止，開關閉合時，二極管反向截止，Vd通過電感向負載通過電感向負載提供電流。提供電流。開關斷開時，電感中的電流通過二極管續流，向負開關斷開時，電感中的電流通過二極管續流，向負載釋放電感中的儲能。載釋放電感中的儲能。采用濾波器后，如何簡便地計算濾波器輸出電壓平均值？采用濾波器后，如何簡便地計算濾波器輸出電壓平均值？13 穩態的含義：電壓、穩態的含義：電壓、電流為電流為重復的周期波重復的周期波。11()( )LLi tTi t電感電流電感電流11( )( )1( )( )LLtLLLtdi tLv

9、 tdti ti tv dL 穩態時電感電流穩態時電感電流1110tTLtv dT穩態時電感電壓在一個周期內的平均值為零。面積面積A面積面積B3. 穩態電路中電感上電壓、電流的特點穩態電路中電感上電壓、電流的特點L伏秒平衡原則伏秒平衡原則14電容電壓電容電壓11( )( )1( )( )cctccctdv tCi tdtv tv ti dC 穩態時電容電壓穩態時電容電壓11()( )ccv tTv t110tcti dT穩態時電容電流在一個周期內的平均值為零。面積面積A面積面積B4. 穩態電路中電容上電壓、電流的特點穩態電路中電容上電壓、電流的特點C安秒平衡原則安秒平衡原則15電感中的平均電流

10、等于平均輸出電流電感中的平均電流等于平均輸出電流Io。（因為穩態時電容上的平均電流是零）（因為穩態時電容上的平均電流是零）假設濾波電容非常大，則近似認為輸出電壓恒定。假設濾波電容非常大，則近似認為輸出電壓恒定。( )oov tV 電感電流連續和斷續時電路的工作特性不同。電感電流連續和斷續時電路的工作特性不同。LoII5. 穩態時降壓變換電路的特點穩態時降壓變換電路的特點166. 連續導通的工作模式連續導通的工作模式n 連續導通模式：連續導通模式：電感電流連續，電感電流連續，即即iL(t)0開關閉合開關閉合時時,二極管反向截止二極管反向截止LvLioI開關斷開開關斷開時，時，iL通過二極管續流通

11、過二極管續流ontofftsT( )LLdodiv tVVLdt( )Lodiv tVLdt 17n 求取連續導通模式下求取連續導通模式下輸出電壓平均值輸出電壓平均值()()doonosond ono onoso onVV tV TtV tV tV TV t00()()0sonsonTtTLdootv dtVV dtV dt 方法方法1：利用電感上的伏秒平衡原則：利用電感上的伏秒平衡原則(oondsVtDVT占空比）18方法方法2：從濾波器輸入電壓平均值入手：從濾波器輸入電壓平均值入手0001110sssTTToiLosssd onoffoonosdsv dtv dtv dtTTTV ttVt

12、VDTVT19n 輸出電功率輸出電功率doPP 忽略電路元件上的損耗，可得輸入功率忽略電路元件上的損耗，可得輸入功率Pd等于等于輸出功率輸出功率Po1ddoodoodV IV IVIVID 連續導通模式下的降壓變換器可等效為連續導通模式下的降壓變換器可等效為直流降壓變壓直流降壓變壓器器，變壓比可通過占空比，變壓比可通過占空比D在在01之之間連續調節。間連續調節。 盡管電流盡管電流Id也符合變壓器的關系，但電流波形在也符合變壓器的關系，但電流波形在一個周期中是跳變的，含有大量諧波。一個周期中是跳變的，含有大量諧波。1dodoVVDIDI20iL斷續斷續僅依靠電容僅依靠電容向負載供電向負載供電vL

13、=0n斷續導通時的情況斷續導通時的情況(負載較輕時，負載較輕時，IL減小，將不連續）減小，將不連續） 7 斷續導通工作模式斷續導通工作模式臨界點電流電感計算？臨界點電流電感計算？218 輸出電壓的脈動率（連續導通模式）輸出電壓的脈動率（連續導通模式）實際上，實際上，電容值有限，電容值有限，輸出電壓存在脈動。輸出電壓存在脈動。 前面的分析中，濾波電容足夠大，使得前面的分析中，濾波電容足夠大，使得( )oov tV 求解電壓脈動時，假設求解電壓脈動時，假設IL中的脈動分量流向電容，中的脈動分量流向電容，而平均值分量流向電阻。而平均值分量流向電阻。思想思想22( )oov tV 求解求解LI電壓脈動

14、電壓脈動電壓脈動率電壓脈動率2(1)18osoVTDVLC1 12 22osLQVCTIC(1)oLsVID TLofft( )( )LLdi tLv tdt( )( )ccdv tCi tdt2322(1)2ocosVfDVf112scsffTLC設合理選擇轉折頻率可有效減小電壓脈動率合理選擇轉折頻率可有效減小電壓脈動率csff一般取連續導通模式下，電壓脈動率與輸出功率無關。連續導通模式下，電壓脈動率與輸出功率無關。在開關型直流電源中，輸出電壓的脈動率一般小在開關型直流電源中，輸出電壓的脈動率一般小于于1，所以前面采取的假設，所以前面采取的假設 是合理的。是合理的。( )oov tV249

15、電機負載斬波電路電機負載斬波電路降壓斬波電路的原理圖及波形降壓斬波電路的原理圖及波形a）電路圖）電路圖 b）電流連續時的波形）電流連續時的波形 電路分析電路分析負載中出現負載中出現反電動勢反電動勢-Em，R0工作原理工作原理 t=0，V導通導通-供電供電-負負載電壓載電壓uo=E-io-指數曲線指數曲線上升。上升。 t=t1，V關斷關斷-VD續流續流-uo=0-io指數曲線下降；通指數曲線下降；通常電感常電感L較大使負載電流連較大使負載電流連續且脈動小。續且脈動小。 25降壓斬波電路的原理圖及波形降壓斬波電路的原理圖及波形a）電路圖）電路圖c）電流斷續時的波形）電流斷續時的波形26負載電壓的平

16、均值負載電壓的平均值ononoonoffttUEEDEttT負載電流平均值為負載電流平均值為REUImoo電流斷續時，負載電壓電流斷續時，負載電壓uo平均值會被抬高，一般不希望出現電流斷續的平均值會被抬高，一般不希望出現電流斷續的情況。情況。 斬波電路有三種控制方式斬波電路有三種控制方式 脈沖寬度調制（脈沖寬度調制（PWM）：T不變，改變不變，改變ton。 頻率調制頻率調制：ton不變，改變不變，改變T。 混合型混合型：ton和和T都可調，改變占空比都可調，改變占空比9 電機負載斬波電路電機負載斬波電路基本的數量關系基本的數量關系電流連續時電流連續時27基于基于分時段線性電路分時段線性電路這一

17、思想，按這一思想，按V處于處于通態通態和處于和處于斷態斷態兩個過程來分析，兩個過程來分析，初始條件分初始條件分電流連續電流連續和和斷續斷續。 電流連續時得出電流連續時得出REmeeREREeeImTt1111/101REmeeREREeeImTt1111/201式中，式中， ， ， ， ，I10和和I20分別是負分別是負載電流瞬時值的最小值和最大值。載電流瞬時值的最小值和最大值。 /TEEmm/TTtt11/把式（把式（5-9）和式（）和式（5-10）用泰勒級數近似，可得）用泰勒級數近似，可得 oIREmII2010平波電抗器平波電抗器L為無窮大，此時負載電流最大值、最小值均等于平均值。為無窮

18、大，此時負載電流最大值、最小值均等于平均值。 (5-9)(5-10)(5-11)RL/9 電機負載斬波電路電機負載斬波電路對電路進行解析對電路進行解析28(5-11)所示的關系還可從能量傳遞關系簡單地推得，一個周期中，忽略電路所示的關系還可從能量傳遞關系簡單地推得，一個周期中，忽略電路中的損耗，則中的損耗，則電源提供的能量與負載消耗的能量相等電源提供的能量與負載消耗的能量相等，即，即 TIETRItEIomoono2則則REEImo假設電源電流平均值為假設電源電流平均值為I1，則有，則有 ooonIITtI1其值小于等于負載電流其值小于等于負載電流Io，由上式得，由上式得 oooIUEIEI1

19、即輸出功率等于輸入功率，可將降壓斬波器看作直流降壓變壓器。即輸出功率等于輸入功率，可將降壓斬波器看作直流降壓變壓器。9 電機負載斬波電路電機負載斬波電路29電流斷續時有電流斷續時有I10=0，且，且t=ton+tx時，時，i2=0，可以得出，可以得出 memtx)1 (1ln電流斷續時，電流斷續時，tx0LvLiLI( )LLddiv tVLdt( )Ldodiv tVVLdtontofftsT開關開關閉合閉合時：二極管反時：二極管反偏截止，輸出被隔離；偏截止，輸出被隔離；輸入電源向電感中儲能輸入電源向電感中儲能開關開關斷開斷開時：輸入電時：輸入電源及電感共同向輸出側源及電感共同向輸出側提供電

20、能。提供電能。35n變壓比變壓比利用電感上的利用電感上的伏秒平衡伏秒平衡原則原則()0d ondooffdso offV tVV tV TV t11osdoffVTVtD1doddoodoodPPV IV IVIDVI n 電流比電流比n 連續導通模式下的升壓變換器可等效為連續導通模式下的升壓變換器可等效為直流升壓變壓直流升壓變壓器器，變壓比可通過占空比，變壓比可通過占空比D在在大于大于1的范圍內的范圍內連續調節。連續調節。11doIID360iGE0ioI1a)b)圖圖5-2 升壓斬波電路及其工作波形升壓斬波電路及其工作波形a）電路圖）電路圖 b）波形）波形 當電路工作于穩態時，一個周期當電

21、路工作于穩態時，一個周期T中電感中電感L積蓄積蓄的能量與釋放的能量相等，即的能量與釋放的能量相等，即 offoontIEUtEI11EtTEtttUoffoffoffonoTtoff1EEUo111ooIUEI 1RERUIoo1REIEUIoo211373 斷續導通工作模式斷續導通工作模式n電感電流臨界連續的情況電感電流臨界連續的情況 電感電流電感電流iL在關斷階段（在關斷階段（toff）結束時恰好為零。）結束時恰好為零。LLBII電感電流臨界連續電感電流臨界連續電感電流斷續電感電流斷續LLBII38 每個開關周期，電感儲能都要傳遞給輸出端。每個開關周期，電感儲能都要傳遞給輸出端。如果負載較

22、輕，不能消耗該能量，將導致電容電壓如果負載較輕，不能消耗該能量，將導致電容電壓上升上升Vo過高導致負載側出現過壓或擊穿電容。所以過高導致負載側出現過壓或擊穿電容。所以升壓變換器不能空載工作升壓變換器不能空載工作。n升壓變換器工作在斷續導通模式時的特殊要求升壓變換器工作在斷續導通模式時的特殊要求394 寄生元件的影響寄生元件的影響 電感、電容、開關、二極管等元件上的損耗產生了電感、電容、開關、二極管等元件上的損耗產生了寄寄生元件效應生元件效應，當，當D接近接近1時，實際的變壓比有所下降。時，實際的變壓比有所下降。應用時，一般要限制占空比應用時，一般要限制占空比D，使寄生效應不明顯。，使寄生效應不

23、明顯。405 輸出電壓的脈動率輸出電壓的脈動率實際上，實際上，電容值有限，電容值有限，輸出電壓存在脈動。輸出電壓存在脈動。ossoVDTTDVRCRC連續導通模式下，連續導通模式下，輸出電壓脈動率輸出電壓脈動率111ooonosVVQtCC RVDTC RCDoiii41例例5-4 在圖在圖5-2a所示的升壓斬波電路中，已知所示的升壓斬波電路中，已知E=50V，L值和值和C值極大，值極大，R=20 ，采用脈寬調制控制方式，當，采用脈寬調制控制方式，當T=40 s，ton=25 s時，計算輸出電壓平均值時，計算輸出電壓平均值Uo，輸出電流平均值，輸出電流平均值Io。 解：輸出電壓平均值為：解：輸

24、出電壓平均值為： )( 3 ffVEtTUo輸出電流平均值為：輸出電流平均值為：)(667. 6203 .133oARUIo42例例55在下圖所示的升壓斬波電路中，已知在下圖所示的升壓斬波電路中，已知E=50V，L值和值和C值極大，值極大，R=20，采用脈寬調制控制方式，當，采用脈寬調制控制方式，當Ts=40s，ton=25s時，回答下列問題：時，回答下列問題： 1）計算輸出電壓平均值計算輸出電壓平均值Uo，輸出電流平均值，輸出電流平均值Io，輸入，輸入電源的電流平均值電源的電流平均值Iin。 2）畫出如下）畫出如下波形波形：器件：器件V上電流上電流iv和電壓和電壓u

25、v，二極管，二極管VD上電流上電流iVD和電壓和電壓uVD。 3）計算器件計算器件V上電流平均值上電流平均值IdV和有效值和有效值IV43255408onstDT解：解：1）011UED00UIR11inoIID2）ViVussVDi2515VDuss3）2540dVinII2540VinII44ttTEiOOi1i2I10I20I10tontoffuotOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI20a)b)圖圖5-3 用于直流電動機回饋能量的升壓斬波電路及其波形用于直流電動機回饋能量的升壓斬波電路及其波形a）電路圖）電路圖 b）電流連續時）電流連續時 c）電流斷續時）電流斷續

26、時 一是用于直流電動機傳動，二是用一是用于直流電動機傳動，二是用作單相功率因數校正（作單相功率因數校正（Power Factor CorrectionPFC）電路，三是用于其）電路，三是用于其他交直流電源中。他交直流電源中。 以用于直流電動機傳動為例以用于直流電動機傳動為例 在直流電動機在直流電動機再生制動再生制動時把電能回時把電能回饋給直流電源。饋給直流電源。 電動機電樞電動機電樞電流連續電流連續和和斷續斷續兩種工兩種工作狀態。作狀態。 直流電源的電壓基本是恒定的，不直流電源的電壓基本是恒定的，不必并聯電容器。必并聯電容器。 基于基于分時段線性電路思想，分時段線性電路思想，電流連電流連續時得

27、續時得L為無窮大時電樞電流的平均值為無窮大時電樞電流的平均值Io為為 REEREmImo典型應用典型應用45當電樞電流斷續時，可求得當電樞電流斷續時，可求得i2持續的時間持續的時間tx，即，即 mmetontx11ln當當txt0ff時，電路為電流斷續工作狀態，時，電路為電流斷續工作狀態，txt0ff是電流斷續的條件，即是電流斷續的條件，即 eem11tOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI20圖圖5-3 用于直流電動機回饋能用于直流電動機回饋能量的升壓斬波電路及其波形量的升壓斬波電路及其波形c）電流斷續時）電流斷續時465.1.3 升降壓斬波電路和升降壓斬波電路和Cuk斬

28、波電路斬波電路otb)oti1i2tontoffILILa)圖圖5-4 升降壓斬波電路及其波升降壓斬波電路及其波形形a）電路圖）電路圖 b）波形）波形 升降壓斬波電路升降壓斬波電路 工作原理工作原理 V導通導通時，電源時，電源E經經V向向L供電使其貯能，此時電流為供電使其貯能，此時電流為i1，同時，同時C維持輸出電壓恒定維持輸出電壓恒定并向負載并向負載R供電。供電。 V關斷關斷時，時，L的能量向的能量向負載釋放，電流為負載釋放，電流為i2，負載電，負載電壓極性為上負下正，與電源電壓極性為上負下正，與電源電壓極性相反，該電路也稱作反壓極性相反，該電路也稱作反極性斬波電路。極性斬波電路。 47基本

29、的數量關系基本的數量關系 穩態時，一個周期穩態時，一個周期T內內電感電感L兩端電壓兩端電壓uL對時間的積對時間的積分為零，即分為零，即 TLtu00doffoontUtEOn-uL=E；Off-uL=-uootb)oti1i2tontoffILILEEtTtEttUononoffono148當當0 1/2時為降壓，當時為降壓，當1/2 1時為升壓時為升壓-升降壓斬波電路。升降壓斬波電路。 電源電流電源電流i1和負載電流和負載電流i2的平均值分別為的平均值分別為I1和和I2，當電流脈動足夠小時，當電流脈動足夠小時，有有 offonttII211121IIttIonoff輸出功率和輸入功率相等輸出

30、功率和輸入功率相等 21IUEIo49圖圖5-5 Cuk斬波電路及其等效電路斬波電路及其等效電路a） 電路圖電路圖 b） 等效電路等效電路 V導通時，導通時，EL1V 回路和回路和 RL2CV 回路分別流過電流?；芈贩謩e流過電流。 V關斷時，關斷時，EL1CVD 回路和回路和 RL2VD 回路分別流過電流?；芈贩謩e流過電流。 輸出電壓的極性與電源電壓輸出電壓的極性與電源電壓極性相反極性相反。 Cuk斬波電路斬波電路工作原理工作原理50基本的數量關系基本的數量關系TCti00doffontItI12C的電流在一周期內的平均值應為零的電流在一周期內的平均值應為零112onononoffttTttI

31、IEEtTtEttUononoffono1 由由L1和和L2的電壓平均值為零，可得出輸出電壓的電壓平均值為零，可得出輸出電壓Uo與電源電壓與電源電壓E的關系的關系 明顯的優點明顯的優點:其輸入電流和輸出電其輸入電流和輸出電流都是連續的，且脈動很小，有利于流都是連續的，且脈動很小，有利于對輸入、輸出進行濾波。對輸入、輸出進行濾波。515.2 復合斬波電路和多相多重斬波電路復合斬波電路和多相多重斬波電路 5.2.1 電流可逆斬波電路電流可逆斬波電路 5.2.2 橋式可逆斬波電路橋式可逆斬波電路 5.2.3 多相多重斬波電路多相多重斬波電路52概念概念 復合斬波電路復合斬波電路：降壓斬波電路：降壓斬

32、波電路+升壓斬波電路。升壓斬波電路。 多相多重斬波電路多相多重斬波電路：相同結構的基本斬波電路組合：相同結構的基本斬波電路組合 電流可逆斬波電路電流可逆斬波電路 斬波電路用于拖動直流電動機時，常要使電動機既可斬波電路用于拖動直流電動機時，常要使電動機既可電動運行電動運行，又可，又可再生制動再生制動，降壓斬波電路能使電動機工，降壓斬波電路能使電動機工作于第作于第1象限，升壓斬波電路能使電動機工作于第象限，升壓斬波電路能使電動機工作于第2象限。象限。 電流可逆斬波電路：降壓斬波電路與升壓斬波電路組電流可逆斬波電路：降壓斬波電路與升壓斬波電路組合，此電路電動機的電樞電流可正可負，但電壓只能是合，此電

33、路電動機的電樞電流可正可負，但電壓只能是一種極性，故其可工作于第一種極性，故其可工作于第1象限和第象限和第2象限。象限。5.2 復合斬波電路和多相多重斬波電路復合斬波電路和多相多重斬波電路53a)圖圖5-7 電流可逆斬波電路及其波形電流可逆斬波電路及其波形a） 電路圖電路圖 b） 波形波形 5.2.1 電流可逆斬波電路電流可逆斬波電路電路結構電路結構V1和和VD1構成構成降壓斬波降壓斬波電路電路，電動機為電動運行，電動機為電動運行，工作于第工作于第1象限。象限。V2和和VD2構成構成升壓斬波電升壓斬波電路路，電動機作再生制動運行，電動機作再生制動運行，工作于第工作于第2象限。象限。54第第3種

34、工作方式下，當一種斬波電路電流斷續而為零時，使另一個斬波種工作方式下，當一種斬波電路電流斷續而為零時，使另一個斬波電路工作，讓電流反方向流過，這樣電動機電樞回路總有電流流過。電路工作，讓電流反方向流過，這樣電動機電樞回路總有電流流過。 一個周期內，電流不斷，響應很快。一個周期內，電流不斷，響應很快。 ttb)uoioiV1iD1iV2iD2工作過程工作過程兩種工作情況：只作降壓兩種工作情況：只作降壓斬波器運行和只作升壓斬波斬波器運行和只作升壓斬波器運行。器運行。第第3種工作方式種工作方式：一：一個周期內交替地作為降個周期內交替地作為降壓斬波電路和升壓斬波壓斬波電路和升壓斬波電路工作。電路工作。

35、555.2.2 橋式可逆斬波電路橋式可逆斬波電路圖圖5-8 橋式可逆斬波電路橋式可逆斬波電路 橋式可逆斬波電路橋式可逆斬波電路 將兩個電流可逆斬波電路組合起來，分別向電動機提供正向和反向電壓，將兩個電流可逆斬波電路組合起來，分別向電動機提供正向和反向電壓，使電動機可以使電動機可以4象限象限運行。運行。 工作過程工作過程 V4導通時，等效為圖導通時，等效為圖5-7a所示的電流可逆斬波電路，提供所示的電流可逆斬波電路，提供正電壓正電壓，可使，可使電動機工作于電動機工作于第第1、2象限象限。 V2導通時，導通時，V3、VD3和和V4、VD4等效為又一組電流可逆斬波電路，向電等效為又一組電流可逆斬波電

36、路，向電動機提供動機提供負電壓負電壓，可使電動機工作于，可使電動機工作于第第3、4象限象限。565.2.3 多相多重斬波電路多相多重斬波電路tOtttttttOOOOOOO1u2u3uoi1i2i3ioa)b)圖圖5-9 多相多重斬波電路及其波形多相多重斬波電路及其波形a）電路圖）電路圖 b）波形）波形 多相多重斬波電路多相多重斬波電路 是在電源和負載之間接入多個結構是在電源和負載之間接入多個結構相同的基本斬波電路而構成的。相同的基本斬波電路而構成的。 相數相數: 電源側的電流脈波數。電源側的電流脈波數。 重數重數：負載電流脈波數。：負載電流脈波數。3相相3重降壓斬波電路重降壓斬波電路 電路及

37、波形分析電路及波形分析 3個降壓斬波電路單元個降壓斬波電路單元并聯并聯而成。而成。 總輸出電流為總輸出電流為 3 個斬波電路單元輸個斬波電路單元輸出電流之和，其平均值為單元輸出電出電流之和，其平均值為單元輸出電流平均值的流平均值的3倍，脈動頻率也為倍，脈動頻率也為3倍。倍。575.2.3 多相多重斬波電路多相多重斬波電路 總輸出電流總輸出電流最大脈動率最大脈動率（電流脈動幅值與電流平均值之比）與（電流脈動幅值與電流平均值之比）與相數的平方成反比，其總的輸出電流脈動幅值變得很小，所需相數的平方成反比，其總的輸出電流脈動幅值變得很小，所需平波電抗器平波電抗器總重量大為減輕?？傊亓看鬄闇p輕。 當上述

38、電路電源公用而負載為當上述電路電源公用而負載為3個獨立負載時，則為個獨立負載時，則為3相相1重斬重斬波電路波電路，當電源為，當電源為3個獨立電源，向一個負載供電時，則為個獨立電源，向一個負載供電時，則為1相相3重斬波電路重斬波電路。 電源電流的電源電流的諧波分量諧波分量比單個斬波電路時顯著減小。比單個斬波電路時顯著減小。多相多重斬波電路還具有備用功能，各斬波電路單元可互為備多相多重斬波電路還具有備用功能，各斬波電路單元可互為備用，萬一某一斬波單元發生故障，其余各單元可以繼續運行，用，萬一某一斬波單元發生故障，其余各單元可以繼續運行，使得總體的可靠性提高。使得總體的可靠性提高。58 5.3.1

39、正激電路正激電路 5.3.2 反激電路反激電路 5.3.3 半橋電路半橋電路 5.3.4 全橋電路全橋電路 5.3.5 推挽電路推挽電路 5.3.6 全波整流和全橋整流全波整流和全橋整流 5.3.7 開關電源開關電源5.3 帶隔離的直流直流變流電路帶隔離的直流直流變流電路595.3 帶隔離的直流直流變流電帶隔離的直流直流變流電圖圖 5-10 間接直流變流電路的結構間接直流變流電路的結構同直流斬波電路相比，電路中增加了交流環節同直流斬波電路相比，電路中增加了交流環節-直直交交直電路直電路。 采用這種結構較為復雜的電路來完成直流采用這種結構較為復雜的電路來完成直流直流的變換有以下原因直流的變換有以

40、下原因 輸出端與輸入端需要隔離。輸出端與輸入端需要隔離。 某些應用中需要相互隔離的多路輸出。某些應用中需要相互隔離的多路輸出。 輸出電壓與輸入電壓的比例遠小于輸出電壓與輸入電壓的比例遠小于1或遠大于或遠大于1。 交流環節采用較高的工作頻率，可以減小變壓器和濾波電感、濾交流環節采用較高的工作頻率，可以減小變壓器和濾波電感、濾波電容的體積和重量。波電容的體積和重量。60正激電路和反激電路屬于單端電路正激電路和反激電路屬于單端電路半橋、全橋和推挽電路屬于雙端電路。半橋、全橋和推挽電路屬于雙端電路。間接直流變流電路分為間接直流變流電路分為單端單端(Single End)和和雙端雙端(Double En

41、d)電路兩大類電路兩大類單端電路中，變壓器中流過的是直流脈動電流，單端電路中，變壓器中流過的是直流脈動電流，雙端電路中，變壓器中的電流為正負對稱的交流電流，雙端電路中，變壓器中的電流為正負對稱的交流電流，61SuSiLiSOttttUiOOO圖圖 5-11 正激電路的原理圖正激電路的原理圖圖圖 5-12 正激電路的理想化波形正激電路的理想化波形 正激電路正激電路(Forward) 工作過程工作過程 開關開關S開通開通后，變壓器繞組后，變壓器繞組W1兩兩端的電壓為上正下負，與其耦合的端的電壓為上正下負，與其耦合的W2繞組兩端的電壓也是上正下負，因此繞組兩端的電壓也是上正下負，因此VD1處于通態，

42、處于通態，VD2為斷態，電感為斷態，電感L的的電流逐漸增長。電流逐漸增長。 S關斷關斷后，電感后，電感L通過通過VD2續流，續流，VD1關斷。變壓器的勵磁電流經關斷。變壓器的勵磁電流經N3繞繞組和組和VD3流回電源，所以流回電源，所以S關斷后承受關斷后承受的電壓為的電壓為iSUNNu)1 (315.3.1 正激電路正激電路6263BRBSBHO圖圖 5-13 磁心復位過程磁心復位過程 開關開關S開通后，變壓器的激磁電流由零開開通后，變壓器的激磁電流由零開始，隨時間線性的增長，直到始，隨時間線性的增長，直到S關斷，關斷， 必須設法使激磁電流在必須設法使激磁電流在S關斷后到下一次關斷后到下一次再開

43、通的時間內降回零，這一過程稱為再開通的時間內降回零，這一過程稱為變壓變壓器的磁心復位器的磁心復位。否則導致變壓器的激磁電感。否則導致變壓器的激磁電感飽和。飽和。on13rsttNNt輸出電壓輸出電壓 輸出濾波電感電流連續時輸出濾波電感電流連續時 TtNNUUon12io輸出電感電流不連續時，輸出電感電流不連續時，在負載為零的極限情況下在負載為零的極限情況下 i12oUNNU 變壓器的磁心復位變壓器的磁心復位磁心復位所需的時間磁心復位所需的時間64SuSiSiVDtontoffttttUiOOOO圖圖 5-14 反激電路原理圖反激電路原理圖圖圖 5-15 反激電路的理想化波形反激電路的理想化波形

44、當當S開通時，開通時，W2繞組中的電流尚未下降到繞組中的電流尚未下降到零，則稱工作于零，則稱工作于電流連續模式電流連續模式，輸出輸入電，輸出輸入電壓關系為壓關系為uUNNUSio12offon12iottNNUU5.3.2 反激電路反激電路工作過程工作過程S開通，開通，W1繞組的電流線性增長繞組的電流線性增長-電電感儲能增加。感儲能增加。S關斷關斷，W1繞組的電流被切斷，變壓器中的繞組的電流被切斷，變壓器中的磁場能量通過磁場能量通過W2繞組和繞組和VD向輸出端釋放，向輸出端釋放， 工作模式工作模式65 S開通前，開通前，W2繞組中的電流已經下降到零，則繞組中的電流已經下降到零，則稱工作于稱工作

45、于電流斷續模式電流斷續模式，此時輸出電壓高于（，此時輸出電壓高于（5-53）的計算值，在負載為零的極限情況下，）的計算值，在負載為零的極限情況下，Uo 所以應該避免負載開路狀態。所以應該避免負載開路狀態。66圖圖 5-16 半橋電路原理圖半橋電路原理圖圖圖 5-17 半橋電路的理想化波形半橋電路的理想化波形5.3.3 半橋電路半橋電路67 S1與與S2交替導通，交替導通，使變壓器一次側形成使變壓器一次側形成幅值為幅值為Ui/2的交流電的交流電壓，改變開關的占空壓，改變開關的占空比，就可以改變二次比，就可以改變二次側整流電壓側整流電壓ud的平均的平均值，也就改變了輸出值，也就改變了輸出電壓電壓U

46、o。 工作過程工作過程68S1導通時，二極管導通時，二極管VD1處于通態，處于通態，S2導通時，二導通時，二極管極管VD2處于通態，當兩個開關都關斷時，變壓器繞處于通態，當兩個開關都關斷時，變壓器繞組組N1中的電流為零，中的電流為零，VD1和和VD2都處于通態，各分都處于通態，各分擔一半的電流。擔一半的電流。 S1或或S2導通時電感導通時電感L的電流逐漸上升，兩個開關的電流逐漸上升，兩個開關都關斷時，電感都關斷時，電感L的電流逐漸下降，的電流逐漸下降，S1和和S2斷態斷態時承時承受的峰值電壓均為受的峰值電壓均為Ui。由于由于電容電容的的隔直作用隔直作用，半橋電路對由于兩個開關導，半橋電路對由于

47、兩個開關導通時間不對稱而造成的變壓器一次側電壓的直流分量通時間不對稱而造成的變壓器一次側電壓的直流分量有自動平衡作用，因此不容易發生變壓器的有自動平衡作用，因此不容易發生變壓器的偏磁偏磁和和直直流磁飽和流磁飽和。69 濾波電感濾波電感L的電流連續時的電流連續時 TtNNUUon12io輸出電感電流不連續，輸出電壓輸出電感電流不連續，輸出電壓Uo將高于式（將高于式（5-54）的計算值，并隨負載減小而升高，在負載為零的極限的計算值，并隨負載減小而升高，在負載為零的極限情況下情況下2i12oUNNU(5-54)輸出電壓輸出電壓70S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS2tonTtttttttt2

48、Ui2UiiLiLOOOOOOOO圖圖 5-18 全橋電路原理圖全橋電路原理圖 圖圖 5-19 全橋電路的理想化波形全橋電路的理想化波形5.3.4 全橋電路全橋電路71S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO圖圖 5-18 全橋電路原理圖全橋電路原理圖 圖圖 5-19 全橋電路的理想化波形全橋電路的理想化波形S1與與S4開通后，開通后，VD1和和VD4處于通態，處于通態，電感電感L的電流逐漸上升。的電流逐漸上升。 當當S2與與S3開通后，開通后，VD2和和VD3處于通態，處于通態，電感電感L的電流也上升。的電流也上升。 當當4個開

49、關都關斷時，個開關都關斷時，4個二極管都處個二極管都處于通態，各分擔一半的電感電流，電感于通態，各分擔一半的電感電流，電感L的電流逐漸下降，的電流逐漸下降，S1和和S2斷態時承受的峰斷態時承受的峰值電壓均為值電壓均為Ui。5.3.4 全橋電路全橋電路 工作過程工作過程互為對角的兩個開關同時導通互為對角的兩個開關同時導通，同一側半橋上下兩開關同一側半橋上下兩開關交替交替導通，導通，使變壓器一次側形成幅值為使變壓器一次側形成幅值為Ui的交的交流電壓，變占空比可改變輸出電壓。流電壓，變占空比可改變輸出電壓。72為避免同一側半橋中上下兩開關同時導通，每個為避免同一側半橋中上下兩開關同時導通，每個開關的

50、占空比不能超過開關的占空比不能超過50%，還應留有裕量。，還應留有裕量。磁偏如果如果S1、S4與與S2、S3的導通時間不對稱，則交的導通時間不對稱，則交流電壓流電壓uT中將含有中將含有直流分量直流分量，會在變壓器一次側，會在變壓器一次側產生很大的直流產生很大的直流 分量，造成磁路飽和，因此全橋分量，造成磁路飽和，因此全橋電路應注意避免電壓直流分量的產生，也可在一電路應注意避免電壓直流分量的產生，也可在一次側回路串聯一個電容，以阻斷直流電流。次側回路串聯一個電容，以阻斷直流電流。防直通73濾波電感電流連續時濾波電感電流連續時 TtNNUUon12io2 輸出電感電流不連續，輸出電壓輸出電感電流不

51、連續，輸出電壓Uo將高于式（將高于式（5-55）的計算值，并隨負載減小而升高，在負載為零的極限情況的計算值，并隨負載減小而升高，在負載為零的極限情況下下 UNNUoi21(5-55)輸出電壓輸出電壓74S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO圖圖 5-20 推挽電路原理圖推挽電路原理圖圖圖 5-21 推挽電路的理想化波形推挽電路的理想化波形5.3.5 推挽電路推挽電路75當兩個開關都關斷時，當兩個開關都關斷時，VD1和和VD2都處于通態，各分擔一都處于通態，各分擔一半的電流，半的電流，S1和和S2斷態時承受的斷態時承受的峰值電壓峰

52、值電壓均為均為2倍倍Ui。 工作過程工作過程推挽電路中兩個開關推挽電路中兩個開關S1和和S2交替導通，在繞組交替導通，在繞組N1和和N1兩端分別形成相位兩端分別形成相位相反的交流電壓。相反的交流電壓。S1導通時，二極管導通時，二極管VD1處于通態，電感處于通態，電感L的電流逐漸上的電流逐漸上升，升，S2導通時，二極管導通時，二極管VD2處于通態，電感處于通態，電感L電流也逐漸電流也逐漸上升。上升。76當濾波電感當濾波電感L的電流連續時的電流連續時 TtNNUUon12io2 輸出電感電流不連續，輸出電壓輸出電感電流不連續，輸出電壓Uo將高于式（將高于式（5-56）的計算值，）的計算值，并隨負載

53、減小而升高，在負載為零的極限情況下并隨負載減小而升高，在負載為零的極限情況下 UNNUoi21(5-56)如果如果S1和和S2同時導通，就相當于變壓器一次側繞組短路，同時導通，就相當于變壓器一次側繞組短路，因此應避免兩個開關同時導通，每個開關各自的占空比不因此應避免兩個開關同時導通，每個開關各自的占空比不能超過能超過50%，還要留有死區。，還要留有死區。輸出電壓輸出電壓77電路電路優點優點缺點缺點功率范圍功率范圍應用領域應用領域正激正激電路較簡單，成本低，可靠性高，驅動電路簡單變壓器單向激磁，利用率低幾百W幾kW各種中、小功率電源反激反激電路非常簡單，成本很低，可靠性高，驅動電路簡單難以達到較大的功率，變壓器單向激磁，利