石河子大学：《电力电子技术》课程教学课件（讲稿）第5章 直流直流变流电路

5.1.1降压斩波电路 降压斩波电路(Buck a) Chopper) ◆工作原理 m=O时刻驱动V导通， 电源E向负载供电，负载电 压u。=E,负载电流i,按指数 曲线上升。 rt时控制小V关断， 二极管VD续流，负载电压 4近似为零，负载电流呈 指数曲线下降。 机械电气工程学院电气狮瘤51降压斩散电路的康理图承波形 11/44 电力电子技术ㄧa)电路图b电流连集时的波形 c)电流断续时的波形

11/44 5.1.1 降压斩波电路 图5-1 降压斩波电路的原理图及波形 a）电路图 b）电流连续时的波形 c）电流断续时的波形 ■降压斩波电路（Buck Chopper） ◆工作原理 ☞ t=0时刻驱动V导通， 电源E向负载供电，负载电 压uo=E，负载电流io按指数 曲线上升。 ☞ t=t1时控制V关断， 二极管VD续流，负载电压 uo近似为零，负载电流呈 指数曲线下降

5.1.1降压斩波电路 ■对降压斩波电路进行解析 ◆基于分时段线性电路这一思想，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。 ◆电流连续时得出 e1/r- E Em eap-1 E 110 eTlr-1 (5-9) R R ep- R -e hlr E 1-e-ap E 120 -e-Th R (5-10) R 1-e-p R 式中，t=L/R,p=T1T,m=EnIE,4/π= ap,I和I2分别是负 载电流瞬时值的最小值和最大值。 把式(5-9)和式（5-10)用泰勒级数近似，可得 (a-m)E 10≈120≈ (5-11) R 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。 机械电气工程学院电气教研室 12/44 电力电子技术

12/44 5.1.1 降压斩波电路 ■对降压斩波电路进行解析 ◆基于分时段线性电路这一思想，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。 ◆电流连续时得出 R E m e e R E R E e e I m T t                         1 1 1 1 / / 10 1     R E m e e R E R E e e I m T t                                 1 1 1 1 / / 20 1 式中， ， ， ， ，I10和I20分别是负 载电流瞬时值的最小值和最大值。   T / m  Em / E                  T T t t 1 1 / 把式（5-9）和式（5-10）用泰勒级数近似，可得   o I R m E I I      10 20 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。 (5-9) (5-10) (5-11)   L/ R

5.1.1降压斩波电路 ◆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消耗的能量相等，即 El。tom=RIT+EnmI。T (5-12) 则 QE-Em (5-13) R 假设电源电流平均值为L,则有 1,=1。=d。 (5-14) 其值小于等于负载电流。，由上式得 El,=aEL。=U。1。 (5-15) 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。 机械电气工程学院电气教研室 13/44 电力电子技术

13/44 5.1.1 降压斩波电路 ◆(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消耗的能量相等，即 EIo t on  RIo T  Em I o T 2 则 R E E I m o    假设电源电流平均值为I1，则有 o o o n I I T t I 1   其值小于等于负载电流Io，由上式得 o o o EI EI U I 1 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)

5.1.1降压斩波电路 ◆电流断续时有I0=O,且tm+t时，i20,可以得出 1-(1-m)e-o t,=tIn (5-16) m 电流断续时，1<40由此得出电流断续的条件为 eap-I m> ep- (5-17) 输出电压平均值为 U,=E+(T-。-1,)E T a+1- m E (5-18) 负载电流平均值为 ,=id+d） E a- U。-Em (5-19) R R 机械电气工程学院电气教研室 14/44 电力电子技术

14/44 5.1.1 降压斩波电路 ◆电流断续时有I10=0，且t=ton+tx时，i2=0，可以得出           m m e t x   1 (1 ) ln 电流断续时，tx<toff，由此得出电流断续的条件为 1 1      e e m 输出电压平均值为 m E T t t T t E T t t E U on on x m on x o                     1 ( )  负载电流平均值为 R U E R E m T t t i t i t T I o n x o m t t t t o o n o n x o n                        0 1 d 2 d 1 (5-16) (5-17) (5-18) (5-19)

5.1.1降压斩波电路 ■例5-1在图5-1a所示的降压斩波电路中，已知E=200V,R=102,L值 极太；Em30V,T=50s,tm=20s,计算输出电压平均值Uo,输出电 流伞均值1，。 解：由于L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为 U。= 20×200 T 50 =80W） 输出电流平均值为 1,-,E=8030-50 R 10 机械电气工程学院电气教研室 15/44 电力电子技术

15/44 5.1.1 降压斩波电路 ■例5-1 在图5-1a所示的降压斩波电路中，已知E=200V，R=10Ω，L值 极大，Em=30V，T=50μs，ton=20s,计算输出电压平均值Uo，输出电 流平均值Io。 解：由于L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为 输出电流平均值为 80( ) 50 o n 20 200 E V T t Uo     5( ) 10 o - m 80 30 A R U E I o     ★