也有文献直接按英文称之为buck-boost变换器(Buck-BoostConverter)
Ø
图3-4b中给出了电源电流i1和负载电流i2的波形,设两者的平均值分别为I1和I2,当电流脉动足够小时,有
(3-42)
图3-4升降压斩波电路及其波形
a)电路图b)波形
由上式可得:
(3-43)
如果V、VD为没有损耗的理想开关时,则
(3-44)
其输出功率和输入功率相等,可看作直流变压器。
2.Cuk斩波电路
图3-5所示为Cuk斩波电路的原理图及其等效电路。
ØV通时,E—L1—V回路和R—L2—C—V回路分别流过电流
ØV断时,E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路分别流过电流
Ø输出电压的极性与电源电压极性相反
Ø等效电路如图3-5b所示,相当于开关S在A、B两点之间交替切换
图3-5Cuk斩波电路及其等效电路
a)电路图b)等效电路
稳态时电容C的电流在一周期内的平均值应为零,也就是其对时间的积分为零,即
(3-45)
在图3-5b的等效电路中,开关S合向B点时间即V处于通态的时间ton,则电容电流和时间的乘积为I2ton。
开关S合向A点的时间为V处于断态的时间toff,则电容电流和时间的乘积为I1toff。
由此可得
(3-46)
从而可得
(3-47)
当电容C很大使电容电压uC的脉动足够小时,输出电压Uo与输入电压E的关系可用以下方法求出。
当开关S合到B点时,B点电压uB=0,A点电压uA=-uC;相反,当S合到A点时,uB=uC,uA=0。
因此,B点电压uB的平均值为
(UC为电容电压uC的平均值),又因电感L1的电压平均值为零,所以
另一方面,A点的电压平均值为,且L2的电压平均值为零,按图
3-5b中输出电压Uo的极性,有。
于是可得出输出电压Uo与电源电压E的关系:
(3-48)
这一输入输出关系与升降压斩波电路时的情况相同。
v优点(与升降压斩波电路相比):
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。
图3-6Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
a)Sepic斩波电路b)Zeta斩波电路
图3-6分别给出了Sepic斩波电路和Zeta斩波电路的原理图。
Sepic斩波电路的基本工作原理是:
当V处于通态时,E—L1—V回路和C1—V—L2回路同时导电,L1和L2贮能。
V处于断态时,E—L1—C1—VD—负载(C2和R)回路及L2—VD—负载回路同时导电,此阶段E和L1既向负载供电,同时也向C1充电,C1贮存的能量在V处于通态时向L2转移。
Ø
Sepic斩波电路的输入输出关系由下式给出:
(3-49)
ØZeta斩波电路也称双Sepic斩波电路,其基本工作原理是:
在V处于通态期间,电源E经开关V向电感L1贮能。
待V关断后,L1经VD与C1构成振荡回路,其贮存的能量转移至C1,至振荡回路电流过零,L1上的能量全部转移至C1上之后,VD关断,C1经L2向负载供电。
Zeta斩波电路的输入输出关系为:
(3-50)
两种电路相比,具有相同的输入输出关系。
Sepic电路中,电源电流和负载电流均连续,有利于输入、输出滤波,反之,Zeta电路的输入、输出电流均是断续的。
另外,与前一小节所述的两种电路相比,这里的两种电路输出电压为正极性的,且输入输出关系相同。
Ø斩波电路用于拖动直流电动机时,常要使电动机既可电动运行,又可再生制动
Ø降压斩波电路拖动直流电动机时,如图3-1所示,电动机工作于第1象限
Ø图3-3所示升压斩波电路中,电动机工作于第2象限
Ø
电流可逆斩波电路:
降压斩波电路与升压斩波电路组合,拖动直流电动机时,电动机的电枢电流可正可负,但电压只能是一种极性,故其可工作于第1象限和第2象限
图3-7电流可逆斩波电路及其波形
a)电路图b)波形
ØV1和VD1构成降压斩波电路,由电源向直流电动机供电,电动机为电动运行,工作于第1象限
ØV2和VD2构成升压斩波电路,把直流电动机的动能转变为电能反馈到电源,使电动机作再生制动运行,工作于第2象限
必须防止V1和V2同时导通而导致的电源短路
只作降压斩波器运行时,V2和VD2总处于断态
只作升压斩波器运行时,则V1和VD1总处于断态
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
当降压斩波电路或升压斩波电路的电流断续而为零时,使另一个斩波电路工作,让电流反方向流过,这样电动机电枢回路总有电流流过。
以图3-7b为例说明。
在一个周期内,电枢电流沿正、负两个方向流通,电流不断,所以响应很快。
电流可逆斩波电路:
电枢电流可逆,两象限运行,但电压极性是单向的
当需要电动机进行正、反转以及可电动又可制动的场合,须将两个电流可逆斩波电路组合起来,分别向电动机提供正向和反向电压,成为桥式可逆斩波电路
桥式斩波电路又有双极性、单极性和受限单极性之分
使V4保持通时,等效为图3-7a所示的电流可逆斩波电路,向电动机提供正电压,可使电动机工作于第1、2象限,即正转电动和正转再生制动状态
使V2保持通时,V3、VD3和V4、VD4等效为又一组电流可逆斩波电路,向电动机提供负电压,可使电动机工作于第3、4象限
图3-8(a)桥式可逆斩波电路
1、双极性工作方式
V1与V4同时通断,V2与V3同时通断
V1与V2通断互补,V3与V4通断互补
输出电压波形中电压有正有负,故称双极性,如图3-8(b)所示。
图3-8(b)桥式可逆斩波电路双极性工作方式
2、单极性工作方式
V1与V2不断调制,V3与V4全通或全断
V1与V2通断互补,V3与V4通断互补
输出电压波形中电压只有正或只有负,故称单极性,如图3-8(c)所示
图3-8(c)桥式可逆斩波电路单极性工作方式
3、受限单极性工作方式
V1不断调制,V4全通,V3与V2全断
或V2不断调制,V3全通,V1与V4全断
输出电压波形中电压只有正或只有负,且轻载时电流也断续,故称受限单极性,如图3-8(d)所示
图3-8(d)桥式可逆斩波电路受限单极性工作方式
v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
相数——一个控制周期中电源侧的电流脉波数
重数——负载电流脉波数
v示例:
图3-9,3相3重降压斩波电路
Ø相当于由3个降压斩波电路单元并联而成,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3倍,脉动频率也为3倍
Ø由于3个单元电流的脉动幅值互相抵消,使总的输出电流脉动幅值变得很小
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
和单相时相比,设输出电流最大脉动率一定时,所需平波电抗器总重量大为减轻
当上述电路电源公用而负载为3个独立负载时,则为3相1重斩波电路
而当电源为3个独立电源,向一个负载供电时,则为1相3重斩波电路
多相多重斩波电路还具有备用功能,各斩波电路单元可互为备用
图3-9多相多重斩波电路及其波形
a)电路图b)波形