第直流直流变流电路学习教案

会计学1第第 直流直流变流电路直流直流变流电路(dinl)第一页，共44页。2/44第1页/共43页第二页，共44页。3/44图图5-1 降压斩波电路的原理图及波形降压斩波电路的原理图及波形(b xn)a）电路图）电路图 b）电流连续时的波形）电流连续时的波形(b xn) c）电流断续时的波形）电流断续时的波形(b xn) 降压斩波电路（降压斩波电路（Buck Chopper） 电路分析电路分析(fnx) 使用一个全控型器件使用一个全控型器件V，图中为，图中为IGBT，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。 设置了续流二极管设置了续流二极管VD，在，在V关断时给负载中电感电流提供通道。关断时给负载中电感电流提供通道。 主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等，后两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等，后两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中Em所示。所示。 工作原理工作原理 t=0时刻驱动时刻驱动V导通，电源导通，电源E向负载供电，负载电压向负载供电，负载电压uo=E，负载电流，负载电流io按指数曲线上升。按指数曲线上升。 t=t1时控制时控制V关断，二极管关断，二极管VD续流，负载电压续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降，通常串接较大电感近似为零，负载电流呈指数曲线下降，通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。使负载电流连续且脉动小。 第2页/共43页第三页，共44页。4/44基本的数量关系基本的数量关系 电流连续时电流连续时 负载负载(fzi)电压的平均值为电压的平均值为 EETtEtttUonoffonono负载负载(fzi)电流平均值为电流平均值为 式中，式中，ton为为V处于通态的时间，处于通态的时间，toff为为V处于断态的时间，处于断态的时间，T为开关周期，为开关周期， 为导通占空比，简称占空比或导通比。为导通占空比，简称占空比或导通比。 REUImoo电流断续时，负载电压电流断续时，负载电压uo平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。 斩波电路有三种控制方式斩波电路有三种控制方式 脉冲宽度调制（脉冲宽度调制（PWM）：T不变，改变不变，改变ton。 频率调制频率调制：ton不变，改变不变，改变T。 混合型混合型：ton和和T都可调，改变占空比都可调，改变占空比(5-1)(5-2)第3页/共43页第四页，共44页。5/44对降压斩波电路进行解析对降压斩波电路进行解析 基于分时段线性电路这一思想基于分时段线性电路这一思想(sxing)，按，按V处于通态和处于断态两个过程来分析，初始条件分电流连续和断续。处于通态和处于断态两个过程来分析，初始条件分电流连续和断续。 电流连续时得出电流连续时得出REmeeREREeeImTt1111/101REmeeREREeeImTt1111/201式中，式中， ， ， ， ，I10和和I20分别分别(fnbi)是负载电流瞬时值的最小值和最大值。是负载电流瞬时值的最小值和最大值。 /TEEmm/TTtt11/把式（把式（5-9）和式（）和式（5-10）用泰勒级数近似，可得）用泰勒级数近似，可得 oIREmII2010平波电抗器平波电抗器L为无穷大，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。为无穷大，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。 (5-9)(5-10)(5-11)RL/第4页/共43页第五页，共44页。6/44(3-11)所示的关系还可从能量传递关系简单地推得，一个周期中，忽略电路中的损耗，则电源提供的能量与负载所示的关系还可从能量传递关系简单地推得，一个周期中，忽略电路中的损耗，则电源提供的能量与负载(fzi)消耗的能量相等，即消耗的能量相等，即 TIETRItEIomoono2则则REEImo假设电源假设电源(dinyun)电流平均值为电流平均值为I1，则有，则有 ooonIITtI1其值小于等于负载电流其值小于等于负载电流Io，由上式得，由上式得 oooIUEIEI1即输出功率等于输入功率，可将降压斩波器看作直流降压变压器。即输出功率等于输入功率，可将降压斩波器看作直流降压变压器。(5-12)(5-13)(5-14)(5-15)第5页/共43页第六页，共44页。7/44电流断续时有电流断续时有I10=0，且，且t=ton+tx时，时，i2=0，可以，可以(ky)得出得出 memtx)1 (1ln电流断续电流断续(dun x)时，时，txtoff，由此得出电流断续，由此得出电流断续(dun x)的条件为的条件为 11eem输出电压平均值为输出电压平均值为 EmTttTEttTEtUxonmxonono1)(负载电流平均值为负载电流平均值为 REUREmTtttitiTImoxonttttoonxonon021dd1(5-16)(5-17)(5-18)(5-19)第6页/共43页第七页，共44页。8/44)(805020020onVETtUo)(5103080-moAREUIo第7页/共43页第八页，共44页。9/44例例5-2 在图在图5-1a所示的降压斩波电路所示的降压斩波电路(dinl)中，中，E=100V， L=1mH，R=0.5，Em=10V，采用脉宽调制控制方式，采用脉宽调制控制方式，T=20s，当，当ton=5s时，计算输出电压平均值时，计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值，输出电流平均值Io，计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。，计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。 解：由题目已知条件可得：解：由题目已知条件可得：1 . 010010MEEm002. 05 . 0001. 0RL当当ton=5 s时，有时，有 01. 0T0025. 0由于由于(yuy) meeee249. 0111101. 00025. 0所以输出电流连续。所以输出电流连续。第8页/共43页第九页，共44页。10/44此时此时(c sh)输出平均电压为输出平均电压为 )(25205100onVETtUo输出输出(shch)平均电流为平均电流为 )(305 . 01025-MoAREUIo输出电流的最大和最小值瞬时值分别为输出电流的最大和最小值瞬时值分别为 )(19.305 . 01001 . 0111101. 00025. 0maxAeeREmeeI)(81.295 . 01001 . 0111101. 00025. 0minAeeREmeeI第9页/共43页第十页，共44页。11/440iGE0ioI1a)b)图图5-2 升压升压(shn y)斩波电路及其工作波形斩波电路及其工作波形a）电路图）电路图 b）波形）波形 升压斩波电路升压斩波电路 工作原理工作原理 假设假设L和和C值很大。值很大。 V处于通态时，电源处于通态时，电源E向电感向电感L充电，电流恒定充电，电流恒定I1，电容，电容C向负载向负载R供电供电(n din)，输出电压，输出电压Uo恒定。恒定。 V处于断态时，电源处于断态时，电源E和电感和电感L同时向电容同时向电容C充电，并向负载提供能量。充电，并向负载提供能量。 基本的数量关系基本的数量关系 当电路工作于稳态时，一个周期当电路工作于稳态时，一个周期T中电感中电感L积蓄的能量与释放的能量相等，即积蓄的能量与释放的能量相等，即 offoontIEUtEI11化简得化简得 EtTEtttUoffoffoffono上式中的上式中的 1/offtT(5-20)(5-21)第10页/共43页第十一页，共44页。12/44将升压比的倒数记作将升压比的倒数记作，即，即 ，则，则和导通占空比和导通占空比有如下有如下(rxi)关系关系 Ttoff1式（式（5-21）可表示）可表示(biosh)为为 EEUo111输出电压高于电源电压，关键有两个原因：一是输出电压高于电源电压，关键有两个原因：一是L储能之后具有使电压泵升的作用，二是电容储能之后具有使电压泵升的作用，二是电容C可将输出电压保持住。可将输出电压保持住。 如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载R消耗，即消耗，即 ooIUEI 1输出电流的平均值输出电流的平均值Io为为 RERUIoo1电源电流电源电流I1为为 REIEUIoo211(5-22)(5-23)(5-24)(5-25)(5-26)第11页/共43页第十二页，共44页。13/44)( 3 .13350254040offVEtTUo输出输出(shch)电流平均值为：电流平均值为：)(667. 6203 .133oARUIo第12页/共43页第十三页，共44页。14/44ttTEiOOi1i2I10I20I10tontoffuotOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI20a)b)图图5-3 用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形a）电路图）电路图 b）电流连续）电流连续(linx)时时 c）电流断续时）电流断续时 典型应用典型应用 一是用于直流电动机传动一是用于直流电动机传动(chundng)，二是用作单相功率因数校正（，二是用作单相功率因数校正（Power Factor CorrectionPFC）电路，三是用于其他交直流电源中。）电路，三是用于其他交直流电源中。 以用于直流电动机传动以用于直流电动机传动(chundng)为例为例 在直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源。在直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源。 电动机电枢电流连续和断续两种工作状态。电动机电枢电流连续和断续两种工作状态。 直流电源的电压基本是恒定的，不必并联电容器。直流电源的电压基本是恒定的，不必并联电容器。 基于分时段线性电路思想，电流连续时得基于分时段线性电路思想，电流连续时得L为无穷大时电枢电流的平均值为无穷大时电枢电流的平均值Io为为 REEREmImo(5-36)第13页/共43页第十四页，共44页。15/44当电枢电流断续时，可求得当电枢电流断续时，可求得i2持续持续(chx)的时间的时间tx，即，即 mmetontx11ln当当txt0ff时，电路为电流断续工作状态时，电路为电流断续工作状态(zhungti)，txt0ff是电流断续的条件，即是电流断续的条件，即 eem11tOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI20图图5-3 用于直流电动机回馈能量的升用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形压斩波电路及其波形c）电流断续时）电流断续时(5-37)(5-38)第14页/共43页第十五页，共44页。16/44otb)oti1i2tontoffILILa)图图5-4 升降压斩波电路升降压斩波电路(dinl)及其波形及其波形a）电路）电路(dinl)图图 b）波形）波形 升降压斩波电路升降压斩波电路 工作原理工作原理 V导通时，电源导通时，电源E经经V向向L供电使其贮能，此时电流为供电使其贮能，此时电流为i1，同时，同时C维持输出电压维持输出电压(diny)恒定并向负载恒定并向负载R供电。供电。 V关断时，关断时，L的能量向负载释放，电流为的能量向负载释放，电流为i2，负载电压，负载电压(diny)极性为上负下正，与电源电压极性为上负下正，与电源电压(diny)极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。 基本的数量关系基本的数量关系 稳态时，一个周期稳态时，一个周期T内电感内电感L两端电压两端电压(diny)uL对时间的积分为零，即对时间的积分为零，即 TLtu00d当当V处于通态期间，处于通态期间，uL=E；而当；而当V处于断态期间，处于断态期间，uL=-uo。于是：。于是： offoontUtE(5-39)(5-40)第15页/共43页第十六页，共44页。17/44所以所以(suy)输出电压为：输出电压为：EEtTtEttUononoffono1改变导通比改变导通比，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当01/2时为降压时为降压(jin y)，当，当1/21时为升压，因此将该电路称作升降压时为升压，因此将该电路称作升降压(jin y)斩波电路。斩波电路。 电源电流电源电流i1和负载电流和负载电流i2的平均值分别为的平均值分别为I1和和I2，当电流脉动足够小时，有，当电流脉动足够小时，有 offonttII21由上式可得由上式可得 1121IIttIonoff如果如果V、VD为没有损耗的理想开关时，则输出功率和输入功率相等，即为没有损耗的理想开关时，则输出功率和输入功率相等，即 21IUEIo(5-41)(5-42)(5-43)(5-44)第16页/共43页第十七页，共44页。18/44图图5-5 Cuk斩波电路斩波电路(dinl)及其等效电路及其等效电路(dinl)a） 电路电路(dinl)图图 b） 等效电路等效电路(dinl) Cuk斩波电路斩波电路 工作工作(gngzu)原理原理 V导通时，导通时，EL1V回路和回路和RL2CV回路分别流过电流。回路分别流过电流。 V关断时，关断时，EL1CVD回路和回路和RL2VD回路分别流过电流。回路分别流过电流。 输出电压的极性与电源电压极性相反。输出电压的极性与电源电压极性相反。 基本的数量关系基本的数量关系 C的电流在一周期内的平均值应为零，即的电流在一周期内的平均值应为零，即TCti00d(5-45)第17页/共43页第十八页，共44页。19/44 由由(5-45)得得offontItI12 从而从而(cng r)可得可得112onononoffttTttII 由由L1和和L2的电压的电压(diny)平均值为零，可得出输出电压平均值为零，可得出输出电压(diny)Uo与电源电压与电源电压(diny)E的关系的关系 EEtTtEttUononoffono1与升降压斩波电路相比，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。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。(5-46)(5-47)(5-48)第18页/共43页第十九页，共44页。20/44Sepic斩波电路斩波电路 工作原理工作原理(yunl) V导通时，导通时，EL1V回路和回路和C1VL2回路同时导电，回路同时导电，L1和和L2贮能。贮能。 V关断时，关断时，EL1C1VD负载回路及负载回路及L2VD负载回路同时导电，此阶段负载回路同时导电，此阶段E和和L1既向负载供电，同时也向既向负载供电，同时也向C1充电（充电（C1贮存的能量在贮存的能量在V处于通态时向处于通态时向L2转移）。转移）。 输入输出关系输入输出关系 EEtTtEttUononoffono1图图5-6 a)Sepic斩波电路斩波电路(dinl) (5-49)第19页/共43页第二十页，共44页。21/44Zeta斩波电路斩波电路 工作原理工作原理 V导通时，电源导通时，电源E经开关经开关(kigun)V向电感向电感L1贮能。贮能。 V关断时，关断时，L1VDC1构成振荡回路，构成振荡回路， L1的能量转移至的能量转移至C1，能量全部转移至，能量全部转移至C1上之后，上之后，VD关断，关断，C1经经L2向负载供电。向负载供电。 输入输出关系为输入输出关系为 EUo1两种电路具有相同的输入输出关系，两种电路具有相同的输入输出关系，Sepic电路中，电源电路中，电源(dinyun)电流连续但负载电流断续，有利于输入滤波，反之，电流连续但负载电流断续，有利于输入滤波，反之，Zeta电路的电源电路的电源(dinyun)电流断续而负载电流连续；两种电路输出电压为正极性的。电流断续而负载电流连续；两种电路输出电压为正极性的。 图图5-6 b Zeta斩波电路斩波电路 (5-50)第20页/共43页第二十一页，共44页。22/44第21页/共43页第二十二页，共44页。23/44第22页/共43页第二十三页，共44页。24/44ttb)uoioiV1iD1iV2iD2a)图图5-7 电流可逆斩波电路电流可逆斩波电路(dinl)及其波形及其波形a） 电路电路(dinl)图图 b） 波形波形 电路结构电路结构 V1和和VD1构成降压斩波电路，电动机为电动运行，工作于第构成降压斩波电路，电动机为电动运行，工作于第1象限。象限。 V2和和VD2构成升压斩波电路，电动机作再生制动运行，工作于第构成升压斩波电路，电动机作再生制动运行，工作于第2象限。象限。 必须防止必须防止V1和和V2同时导通而导致电源短路。同时导通而导致电源短路。工作过程工作过程 两种工作情况：只作降压斩波器运行和只作升压斩波器运行。两种工作情况：只作降压斩波器运行和只作升压斩波器运行。 第第3种工作方式：一个周期内交替地作为降压斩波电路和升压斩波电路工作。种工作方式：一个周期内交替地作为降压斩波电路和升压斩波电路工作。 第第3种工作方式下，当一种斩波电路电流断续而为零时，使另一个斩波电路工作，让电流反方向种工作方式下，当一种斩波电路电流断续而为零时，使另一个斩波电路工作，让电流反方向(fngxing)流过，这样电动机电枢回路总有电流流过。流过，这样电动机电枢回路总有电流流过。 一个周期内，电流不断，响应很快。一个周期内，电流不断，响应很快。 第23页/共43页第二十四页，共44页。25/44图图5-8 桥式可逆斩波电路桥式可逆斩波电路(dinl) 桥式可逆斩波电路桥式可逆斩波电路(dinl) 将两个电流可逆斩波电路将两个电流可逆斩波电路(dinl)组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压，使电动机可以组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压，使电动机可以4象限运行。象限运行。 工作过程工作过程 V4导通时，等效为图导通时，等效为图5-7a所示的电流可逆斩波电路所示的电流可逆斩波电路(dinl)，提供正电压，可使电动机工作于第，提供正电压，可使电动机工作于第1、2象限。象限。 V2导通时，导通时，V3、VD3和和V4、VD4等效为又一组电流可逆斩波电路等效为又一组电流可逆斩波电路(dinl)，向电动机提供负电压，可使电动机工作于第，向电动机提供负电压，可使电动机工作于第3、4象限。象限。第24页/共43页第二十五页，共44页。26/44tOtttttttOOOOOOO1u2u3uoi1i2i3ioa)b)图图5-9 多相多重斩波电路多相多重斩波电路(dinl)及其波形及其波形a）电路）电路(dinl)图图 b）波形）波形 多相多重斩波电路多相多重斩波电路 是在电源和负载之间接入多个结构相同的基本斩波电路而构成的。是在电源和负载之间接入多个结构相同的基本斩波电路而构成的。 相数相数:一个控制周期一个控制周期(zhuq)中电源侧的电流脉波数。中电源侧的电流脉波数。 重数：负载电流脉波数。重数：负载电流脉波数。3相相3重降压斩波电路重降压斩波电路 电路及波形分析电路及波形分析 相当于由相当于由3个降压斩波电路单元并联而成。个降压斩波电路单元并联而成。 总输出电流为总输出电流为 3 个斩波电路单元输出电流之和，其平均值为单元输出电流平均值的个斩波电路单元输出电流之和，其平均值为单元输出电流平均值的3倍，脉动频率也为倍，脉动频率也为3倍。倍。 总输出电流最大脉动率（电流脉动幅值与电流平均值之比）与相数的平方成反比，其总的输出电流脉动幅值变得很小，所需平波电抗器总重量大为减轻。总输出电流最大脉动率（电流脉动幅值与电流平均值之比）与相数的平方成反比，其总的输出电流脉动幅值变得很小，所需平波电抗器总重量大为减轻。 第25页/共43页第二十六页，共44页。27/44第26页/共43页第二十七页，共44页。28/44第27页/共43页第二十八页，共44页。29/44图图 5-10 间接间接(jin ji)直流变流电路的结构直流变流电路的结构同直流斩波电路相比，电路中增加了交流环节，因此同直流斩波电路相比，电路中增加了交流环节，因此(ync)也称为也称为直直交交直电路。直电路。 采用这种结构较为复杂的电路来完成直流采用这种结构较为复杂的电路来完成直流直流的变换有以下原因直流的变换有以下原因 输出端与输入端需要隔离。输出端与输入端需要隔离。 某些应用中需要相互隔离的多路输出。某些应用中需要相互隔离的多路输出。 输出电压与输入电压的比例远小于输出电压与输入电压的比例远小于1或远大于或远大于1。 交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量。波电容的体积和重量。间接直流变流电路分为单端间接直流变流电路分为单端(Single End)和双端和双端(Double End)电路两电路两大类，在单端电路中，变压器中流过的是直流脉动电流，而双端电路大类，在单端电路中，变压器中流过的是直流脉动电流，而双端电路中，变压器中的电流为正负对称的交流电流，正激电路和反激电路属中，变压器中的电流为正负对称的交流电流，正激电路和反激电路属于单端电路，半桥、全桥和推挽电路属于双端电路。于单端电路，半桥、全桥和推挽电路属于双端电路。 第28页/共43页第二十九页，共44页。30/44SuSiLiSOttttUiOOO图图 5-11 正激电路正激电路(dinl)的原理图的原理图图图 5-12 正激电路正激电路(dinl)的理想化波形的理想化波形正激电路正激电路(Forward) 工作过程工作过程 开关开关S开通开通后，变压器绕组后，变压器绕组W1两端的电压为上正下负，与两端的电压为上正下负，与其耦合的其耦合的W2绕组两端的电压也是绕组两端的电压也是上正下负，因此上正下负，因此VD1处于通态，处于通态，VD2为断态，电感为断态，电感L的电流逐渐增的电流逐渐增长。长。 S关断关断后，电感后，电感L通过通过VD2续流，续流，VD1关断。变压器的励磁电关断。变压器的励磁电流经流经N3绕组和绕组和VD3流回电源，所以流回电源，所以S关断后承受的电压关断后承受的电压为为 。iSUNNu)1 (31第29页/共43页第三十页，共44页。31/44BRBSBHO图图 5-13 磁心复位磁心复位(f wi)过程过程变压器的磁心复位变压器的磁心复位 开关开关S开通后，变压器的激磁电流由零开始，随时间线性的增长，直到开通后，变压器的激磁电流由零开始，随时间线性的增长，直到S关断，导致变压器的激磁电感饱和。关断，导致变压器的激磁电感饱和。 必须必须(bx)设法使激磁电流在设法使激磁电流在S关断后到下一次再开通的时间内降回零，这一过程称为变压器的磁心复位。关断后到下一次再开通的时间内降回零，这一过程称为变压器的磁心复位。 变压器的磁心复位所需的时间为变压器的磁心复位所需的时间为on13rsttNNt输出电压输出电压 输出滤波电感电流连续时输出滤波电感电流连续时 TtNNUUon12io输出电感电流不连续时，在负载为零的极限情况下输出电感电流不连续时，在负载为零的极限情况下 i12oUNNU (5-51)(5-52)第30页/共43页第三十一页，共44页。32/44SuSiSiVDtontoffttttUiOOOO图图 5-14 反激电路反激电路(dinl)原理原理图图图图 5-15 反激电路反激电路(dinl)的理想的理想化波形化波形反激电路反激电路 工作过程工作过程 S开通开通后，后，VD处于断态，处于断态，W1绕组的电流线性增长，电感储能增加。绕组的电流线性增长，电感储能增加。 S关断后关断后，W1绕组的电流被切断，变压器中的磁场能量通过绕组的电流被切断，变压器中的磁场能量通过W2绕组和绕组和VD向输出端释放，向输出端释放，电压为电压为 。 工作模式工作模式 当当S开通时，开通时，W2绕组中的电流尚未下降到零，则称工作于绕组中的电流尚未下降到零，则称工作于电流连续模式电流连续模式，输出输入电压关系为，输出输入电压关系为uUNNUSio12offon12iottNNUU S开通前，开通前，W2绕组中的电流已经下降到零，则称工作于绕组中的电流已经下降到零，则称工作于电流断续模式电流断续模式，此时输出电压高于（，此时输出电压高于（5-53）的计算值，在负载为零的极限情况下，）的计算值，在负载为零的极限情况下， ， Uo 所以应该避免负载开路状态。所以应该避免负载开路状态。(5-53)第31页/共43页第三十二页，共44页。33/44图图 5-16 半桥电路半桥电路(dinl)原理图原理图图图 5-17 半桥电路半桥电路(dinl)的理想化的理想化波形波形半桥电路半桥电路 工作过程工作过程 S1与与S2交替导通，使变压器一次侧形成交替导通，使变压器一次侧形成幅值为幅值为Ui/2的交流电压，改变开关的占空的交流电压，改变开关的占空比，就可以改变二次侧整流电压比，就可以改变二次侧整流电压ud的平均的平均值，也就改变了输出电压值，也就改变了输出电压Uo。 S1导通时，二极管导通时，二极管VD1处于通态，处于通态，S2导通时，二极管导通时，二极管VD2处于通态，当两个处于通态，当两个开关都关断时，变压器绕组开关都关断时，变压器绕组N1中的电中的电流为零，流为零，VD1和和VD2都处于通态，各分担都处于通态，各分担一半的电流。一半的电流。 S1或或S2导通时电感导通时电感L的电流逐渐上升，的电流逐渐上升，两个开关都关断时，电感两个开关都关断时，电感L的电流逐渐下的电流逐渐下降，降，S1和和S2断态断态时承受的峰值电压均为时承受的峰值电压均为Ui。 第32页/共43页第三十三页，共44页。34/44TtNNUUon12io输出电感电流输出电感电流(dinli)不连续，输出电压不连续，输出电压Uo将高于式将高于式（5-54）的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的）的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下极限情况下2i12oUNNU(5-54)第33页/共43页第三十四页，共44页。35/44S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO图图 5-18 全桥电路全桥电路(dinl)原理图原理图 图图 5-19 全桥电路全桥电路(dinl)的理想化波形的理想化波形全桥电路全桥电路 工作过程工作过程 全桥电路中，全桥电路中，互为对角的两个开关同时互为对角的两个开关同时导通导通，同一侧半桥上下两开关，同一侧半桥上下两开关交替交替导通，使变压导通，使变压器一次侧形成幅值为器一次侧形成幅值为Ui的交流电压，改变占空的交流电压，改变占空比就可以改变输出电压。比就可以改变输出电压。 当当S1与与S4开通后，开通后，VD1和和VD4处于通态，处于通态，电感电感L的电流逐渐上升。的电流逐渐上升。 当当S2与与S3开通后，开通后，VD2和和VD3处于通处于通态，电感态，电感L的电流也上升。的电流也上升。 当当4个开关都关断时，个开关都关断时，4个二极管都处于个二极管都处于通态，各分担一半的电感电流，电感通态，各分担一半的电感电流，电感L的的电流逐渐下降，电流逐渐下降，S1和和S2断态时承受的峰值电断态时承受的峰值电压均为压均为Ui。第34页/共43页第三十五页，共44页。36/44 如果如果S1、S4与与S2、S3的导通时间不对称，则交流电压的导通时间不对称，则交流电压uT中将含有直流分量，会在变压器一次侧产生很大的直流中将含有直流分量，会在变压器一次侧产生很大的直流 分量，造成磁路饱和，因此全桥电路应注意避免电压直流分量的产生，也可在一次侧回路串联一个电容，以阻断直流电流。分量，造成磁路饱和，因此全桥电路应注意避免电压直流分量的产生，也可在一次侧回路串联一个电容，以阻断直流电流。 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。，还应留有裕量。 输出电压输出电压 滤波滤波(lb)电感电流连续时电感电流连续时 TtNNUUon12io2 输出电感输出电感(din n)电流不连续，输出电压电流不连续，输出电压Uo将高于式（将高于式（5-55）的计）的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下 UNNUoi21(5-55)第35页/共43页第三十六页，共44页。37/44S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO图图 5-20 推挽推挽(tu wn)电路原理图电路原理图图图 5-21 推挽电路推挽电路(dinl)的理的理想化波形想化波形推挽电路推挽电路 工作过程工作过程 推挽电路中两个开关推挽电路中两个开关S1和和S2交交替导通，在绕组替导通，在绕组N1和和N1两端分别形两端分别形成相位相反的交流电压。成相位相反的交流电压。 S1导通时，二极管导通时，二极管VD1处于通处于通态，电感态，电感L的电流逐渐上升，的电流逐渐上升，S2导通时，导通时，二极管二极管VD2处于通态，电感处于通态，电感L电流也电流也逐渐上升。逐渐上升。 当两个开关都关断时，当两个开关都关断时，VD1和和VD2都处于通态，各分担一半的电流，都处于通态，各分担一半的电流，S1和和S2断态时承受的断态时承受的峰值电压峰值电压均为均为2倍倍Ui。 第36页/共43页第三十七页，共44页。38/44 如果如果S1和和S2同时导通，就相当于变压器一次侧绕组同时导通，就相当于变压器一次侧绕组(roz)短路，因此短路，因此应避免两个开关同时导通，每个开关各自的占空比不能超过应避免两个开关同时导通，每个开关各自的占空比不能超过50%，还要留，还要留有死区。有死区。 输出电压输出电压 当滤波电感当滤波电感L的电流连续时的电流连续时 TtNNUUon12io2 输出输出(shch)电感电流不连续，输出电感电流不连续，输出(shch)电压电压Uo将高于式（将高于式（5-56）的计算值，）的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下 UNNUoi21(5-56)第37页/共43页第三十八页，共44页。39/44电电路路优点优点缺点缺点功率范围功率范围应用领域应用领域正正激激电路较简单，成本低，可靠性高，驱动电路简单变压器单向激磁，利用率低几百W几kW各种中、小功率电源反反激激电路非常简单，成本很低，可靠性高，驱动电路简单难以达到较大的功率，变压器单向激磁，利用率低几W几十W小功率电子设备、计算机设备、消费电子设备电源。全全桥桥变压器双向励磁，容易达到大功率结构复杂，成本高，有直通问题，可靠性低，需要复杂的多组隔离驱动电路几百W几百kW大功率工业用电源、焊接电源、电解电源等半半桥桥变压器双向励磁，没有变压器偏磁问题，开关较少，成本低有直通问题，可靠性低，需要复杂的隔离驱动电路几百W几kW各种工业用电源，计算机电源等推推挽挽变压器双向励磁，变压器一次侧电流回路中只有一个开关，通态损耗较小，驱动简单有偏磁问题几百W几kW低输入电压的电源表表 5-1 各种各种( zhn)不同的间接直流变流电路的比较不同的间接直流变流电路的比较第38页/共43页第三十九页，共44页。40/44图图5-22 a)全波整流全波整流(zhngli)电路电路原理图原理图 双端电路中常用的整流双端电路中常用的整流(zhngli)电路形式为全波整流电路形式为全波整流(zhngli)电路和全桥整流电路和全桥整流(zhngli)电路。电路。全波整流全波整流(zhngli)电路的特点电路的特点 优点：电感优点：电感L的电流回路中只有一个二极管压降，损耗小，而且整流的电流回路中只有一个二极管压降，损耗小，而且整流(zhngli)电电路中只需要路中只需要2个二极管，元件数较少。个二极管，元件数较少。 缺点：二极管断态时承受的反压较高，对器件耐压要求较高，而且变压器二次侧缺点：二极管断态时承受的反压较高，对器件耐压要求较高，而且变压器二次侧绕组有中心抽头，结构较复杂。绕组有中心抽头，结构较复杂。 适用场合：输出电压较低的情况下（适用场合：输出电压较低的情况下（100V）。）。第39页/共43页第四十页，共44页。41/44全桥电路的特点全桥电路的特点 优点：二极管在断态承受的电压仅为交流电压幅值，变压器的绕组优点：二极管在断态承受的电压仅为交流电压幅值，变压器的绕组(roz)简单。简单。 缺点：电感缺点：电感L的电流回路中存在两个二极管压降，损耗较大，而且电路中需要的电流回路中存在两个二极管压降，损耗较大，而且电路中需要4个二极管，元件数较多。个二极管，元件数较多。 适用场合：高压输出的情况下。适用场合：高压输出的情况下。同步整流电路同步整流电路 当电路的输出电压非常低时，可以采用同步整流电路，利用低电压当电路的输出电压非常低时，可以采用同步整流电路，利用低电压MOSFET具有非常小的导通电阻的特性降低整流电路的导通损耗，进一步提高效率。具有非常小的导通电阻的特性降低整流电路的导通损耗，进一步提高效率。 这种电路的缺点是需要对这种电路的缺点是需要对V1和和V2的通与断进行控制，增加了控制电路的复杂性。的通与断进行控制，增加了控制电路的复杂性。 图图5-22 b)全桥整流全桥整流(zhngli)电电路原理图路原理图 图图5-23 同步整流电路原理图同步整流电路原理图第40页/共43页第四十一页，共44页。42/44第41页/共43页第四十二页，共44页。43/44第42页/共43页第四十三页，共44页。44/44感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第43页/共43页第四十四页，共44页。