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电力电子-直流-直流斩波电路

(2015-08-20 18:19:37)
标签:

it

教育

分类: 电力电子类

-直流转换电路(变流)也称为斩波电路,功能是将固定电压或电流转化为可调的电压或者电流。按其输入与输出大小关系可分为:BUCK型(降压斩波),BOOST型(升压斩波),SepicCukZeta型(升降压斩波电路)。以上的斩波电路经过组合就成为复合斩波电路,它们都是直接接触型。当然,有些为了安全或者其他因素,采用隔离技术(变压器),就有了正激电路和反激电路。

  先介绍降压斩波电路,顾名思义就是输出电压值可调但是为一个小于输入的固定电压值。如图所示:

http://s6/bmiddle/002QDDprzy6UMJfLVopa5&690

                           BUCK型斩波电路

如图所示,当IGBT导通时,电源向L充电,并且R也有一定电压。(Em是负载的反电动势,如果没有可以不取,L是代表负载时感性负载)所以i0是逐渐上升的一个值,输出电压为U0=E。当IGBT断开时,由于电感的作用,i0并不会马上回到0,而是逐渐减少,此时,二极管续流,Uo=0。而我们关注的是电压的平均值(有效值)————直流变流真谛。所以Uo=Ton*E+Toff*0/T=a*E(aIGBT导通的占空比)。故我们就实现了,利用控制IGBT导通时间实现降压斩波。注意在i0如果为0时电压u0会提高,所以尽量避免电流断续的情况,即占空比不能太小,电感也不能太小。断续方法的计算可见课件5-2

BOOST(升压斩波)电路原理差不多,原理图如下:

http://s3/small/002QDDprzy6UMJppZbcd2&690

由于LC的值很大。当IGBT导通时,电源E向电感充电,且电流i1基本为恒指,电容向R供电,基本也是恒值。当IGBT断开时,EL同时向C充电并且向R供电。由于一个周期内电感充放电电压值应当守恒,有:

E*i1*ton=(E-U0)i1*toff   à  U0=T/toff*E=B*EB>1)故为升压斩波。输出平均电流为Io=Uo/R

能升压的原理主要是大电容以及大电感的储能作用~~

升降压电路是根据BOOSTBUCK结合起来的,原理图如下:

http://s13/small/002QDDprzy6UMJvxJc8ec&690

IGBT导通,电源EL充电,同时CR充电。当IGBT断开时,LR提供电,并且向C充电,由于电压方向与电源方向相反,所以也称为反极性斩波电路。根据电感通断态应该守恒,得到Uo=ton/toff*E。可见,通过改变占空比可以实现升压和降压,故称为升降压斩波。

上述的电路主要利用L作为中介,充放电。当利用C为中介充放电我们称为Cuk斩波电路。原理图如下:

http://s13/mw690/002QDDprzy6UMJzb9Xmbc&690

IGBT导通时回路是E-L1-VR-L2-C-V。当IGBT断开时,回路是E-L1-C-VDR-L2-VD。根据C在一个周期内电流应为0,所以有i2*ton=i1*toff->i2/i1=1-a/a。所以Uo=(a/1-a)*E

与升降压斩波电路相比,Cuk斩波电路有一个明显的优点,其输入电源电流和输出负载电流都是连续的,且脉动很小,有利于对输入、输出进行滤波。

 

  以下是与之类似的SepicZeta电路

http://s4/small/002QDDprzy6UMJCKnVVb3&690

原理相似,只需分析两个过程回路以及C中输入输出电流相等即可,Uo=(a/1-a)*E

http://s14/small/002QDDprzy6UMJOHWtT4d&690

原理相似,只需分析两个过程回路以及C中输入输出电流相等即可,Uo=(a/1-a)*E

 

 

经过升降压斩波组合后,可以复合为一个周期内既可以升压也可以降压的电路。这常用于电机的制动,因为降压斩波能使电机工作在第一象限,而升压斩波能使电机工作在第二象限。以下电流可逆电路就是工作在以上原理,电流可正可负但是电压维持在正。原理图如下:

http://s7/small/002QDDprzy6UMJRJr2636&690

V1VD1为降压斩波电路,而V2VD2位升压斩波电路。这样交替的打开V1V2就成为一个周期内既有升压又有降压的电路。-------在电力电子中经常使用这个来作为可控直流电的输出端,通过调节电压来调节电压输出功率。

 

以下是可逆桥式斩波电路,可以控制电流工作在4个象限内。

http://s2/mw690/002QDDprzy6UMKGUAsp91&690
多相常见的也是一样,只是电路多了两路,每路相隔120度。电路如下:

http://s16/mw690/002QDDprzy6UMKIJOIn1f&690

由于通过变压器隔离的话只能用于交流对交流的,故要用作直流对直流想要对直流电进行逆变成交流(作为输入),然后交流经过整流变成直流(作为输出)。

以下再介绍带隔离的斩波电路,分别是正激电路和反激电路以及推挽电路:

 

如图所示为正激

http://s8/mw690/002QDDprzy6UMKRYUuzf7&690

Uo/Ui=N2*ton/N1*T(若电感电流连续)不连续时, Uo/Ui=N2/N1。下图为反激:

http://s1/mw690/002QDDprzy6UMKW83zW60&690

Uo/Ui=N2*ton/N1*toff(若电感电流连续)。半桥电路原理图如下:

http://s5/mw690/002QDDprzy6UMKYQKOw54&690

Uo/Ui=N2*ton/N1*T(若电感电流连续)。全桥电路原理图如下:

http://s4/mw690/002QDDprzy6UML2XqGn13&690

为避免同一侧半桥中上下两开关同时导通,每个开关的占空比不能超过50%,还应留有裕量。Uo/Ui=N2*ton/N1*T(若电感电流连续),推挽电路原理图如图所示:

http://s15/mw690/002QDDprzy6UML6veZo9e&690

Uo/Ui=2*N2*ton/N1*T(若电感电流连续)

http://s12/mw690/002QDDprzy6UMLgSdET8b&690


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