第11章 直流脉宽调制器.ppt
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1、第11章 直流脉宽调制(PWM)变换器,将固定电压的直流电源变换成大小可调的直流电源的DC-DC变换器,称为直流斩波器。直流斩波器采用的斩控方式,常用的是脉宽调制(PWM)。,11.1 直流斩波器的工作原理,一. 理想斩波器,直流斩波器的工作原理图如下页所示,可控开关S以一定的时间间隔重复地接通和断开。当S接通时,直流电源向负载提供能量;当S断开时,电感储存的能量通过续流二极管VD释放能量,负载电流继续流。,输出电压平均值:,ton:斩波开关导通时间;,toff:斩波开关关断时间;,T:斩波周期;,:工作率(占空比);,由此可见,负载电压平均值受斩波器工作率的控制,改变常有两种方法:,1)脉冲
2、宽度调制 保持斩波率 不变,只改变导通时间ton 。,2)频率调制器,保持导通时间ton或关断时间toff不变 ,改变斩波周期T(即斩波频率f)。,由于频率调制有很多不足,在实际应用中常采用脉冲宽度调制(PWM),即直流脉宽调制变换器。,脉宽调制变换器中,电流的定量分析计算不要求。,二. 升压斩波器,当斩波开关S接通时,电感L与直流电源US接通,电感储存能量;当斩波开关S断开时,电感L的感应电压uL极性与图示相反,它与电源电压顺串通过二极管加在负载两端,电感释放能量给负载。,当开关S闭合期间,电源输送给电感的能量为,当开关S断开期间,电感释放给负载的能量为,在一个斩波周期里,对于稳态的无损系统
3、,电感L储存和释放的能量是相等的,即,11.2 晶闸管直流斩波器,一. 晶闸管的换流,所谓换流(换相),是指电流按要求的时刻和次序从一个 晶闸管元件转移到另一个晶闸管元件的过程。,换流的成败,关键在于应该关断的晶闸管能否可靠关断。晶闸管一旦导通,门极就失去控制作用,要使其关断,必须使阳极电流减小到维持电流之下,并且还要有足够的关断时间。要使晶闸管可靠迅速关断,常采用在阳、阴极间施加反向电压的方法。反向电压to的时间应大于晶闸管的关断时间tq,即,换流方式常用如下三种方法:,1) 电源换流 因电源电压是正负交替的正弦电压,只要合理安排触发脉冲,就可使导通的晶闸管承受反压而关断。,2)负载换流 凡
4、具有电流过零或提供一定超前电流的负载,均不需要附加的换流环节而使变流器自然换流。,图示电路中,当VT触发导通时,RLC电路接通直流电源,当 时,电容C振荡充电。当uc=Us时,iT最大,L中感应电势为零,此后iT开始减小, uc继续上升,当uc=2Us时,晶闸管电流降到零,此时晶闸管承受反压而关断。,3)强迫换流 强迫换流需要专门的换流环节,它可使晶闸管在任何需要的时刻关断。对原来导通的晶闸管强行施加反向电压,使之电流迅速降为零。由于反压时间远小于工作周期,这种换流也称为脉冲换流。为了可靠换流,换流脉冲应有足够的宽度和幅值。,右图是电压换相的斩波器控制电路,主开关是晶闸管VT1,它的换相电路由
5、辅助晶闸管VT2、二极管VD、电感L和电容C 组成。电路工作前,电容C已充电至电源电压US 。其充电路径两条:,1)起动开关先闭合,然后断开;,2)首先触发辅助晶闸管VT2,通过US、C、VT2和负载进行充电,当充电电流衰减到零时VT2随之关断。,二. 电压换相晶闸管斩波器电路,为了关断VT1,t2时刻触发晶闸管VT2导通,此时电容C被接到VT1两端,使其承受反压而关断。VT2导通瞬间,负载电压跃变为:US+uc=2US ,即为电源电压的两倍。,在t0时刻触发VT1,负载与电源接通Ud=US,id经VT1流通,同时电容C经VT1、L和VD振荡放电。当C反向充电到-US后,由于VD的反向闭锁作用
6、,在触发VT2之前,电容C上反向电压一直保持不变。,VT1关断后,电容C通过电源US、VT2和负载再充电至US 时,充电电流衰减到零。VT2管在t3时刻自然关断。同时续流二极管VDR正向偏置而导通,于是负载电流就通过VDR进行续流 。在t=T时刻再次触发VT1,重复上述过程。,从以上分析可见,由晶闸管组成的斩波器开关,需要强迫换流电路,控制过程复杂。目前大多采用高开关频率的自关断器件(如IGBT)实现。,11.3 不可逆输出PWM变换器,一. 无制动作用的不可逆输出PWM变换器,V的栅极由脉宽可调的脉冲电压ug驱动。,VD是V截止时,电枢回路的续流二极管,ug为正,V饱和导通,电源电压US通过
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