1、电力电子技术讲义第06章课题二 DC/DC变换电路开关电源的核心技术就是DC/DC变换电路。DC/DC变换电路就是将直流电压变换成固定的或可调的直流电压。DC/DC变换电路广泛应用于开关电源、无轨电车、地铁列车、蓄电池供电的机车车辆的无级变速以及20世纪80年代兴起的电动汽车的调速及控制。常见的DC/DC变换电路有非隔离型电路隔离型电路和软开关电路。一、非隔离型电路非隔离型电路即各种直流斩波电路，根据电路形式的不同可以分为降压型电路、升压型电路、升降压电路、库克式斩波电路和全桥式斩波电路。其中降压式和升压式斩波电路是基本形式，升降压式和库克式是它们的组合，而全桥式则属于降压式类型。下面重点介绍
2、斩波电路的工作原理、升压及降压斩波电路。1. 直流斩波器的工作原理最基本的直流斩波电路如图3-18（a）所示，负载为纯电阻R。当开关S闭合时，负载电压uo=E，并持续时间TON；当开关S断开时，负载上电压uo=0V，并持续时间TOFF。则T=TON+TOFF为斩波电路的工作周期，斩波器的输出电压波形如图3-18（b）所示。若定义斩波器的占空比，则由波形图上可得输出电压得平均值为：只要调节k，即可调节负载的平均电压。 (a) 电路 （b）波形图3-18 基本斩波电路及其波形2. 降压斩波电路(1) 电路的结构降压斩波电路是一种输出电压的平均值低于输入直流电压的电路。它主要用于直流稳压电源和直流电
3、机的调速。降压斩波电路的原理图及工作波形如图3-19所示。图中，U为固定电压的直流电源，V为晶体管开关（可以是大功率晶体管，也可以是功率场效应晶体管）。L、R、电动机为负载，为在V关断时给负载中的电感电流提供通道，还设置了续流二极管VD。(1) 电路的工作原理t=0时刻，驱动V导通，电源U向负载供电，忽略V的导通压降，负载电压Uo=U，负载电流按指数规律上升。t=t1时刻，撤去V的驱动使其关断，因感性负载电流不能突变，负载电流通过续流二极管VD续流，忽略VD导通压降，负载电压Uo=0V，负载电流按指数规律下降。为使负载电流连续且脉动小，一般需串联较大的电感L，L也称为平波电感。t=t2时刻，再
4、次驱动V导通，重复上述工作过程。当电路进入稳定工作状态时，负载电流在一个周期内的起始值和终了值。（a） 电路图 （b）电流连续时的波形 （c）电流断续时的波形图3-19 降压斩波电路的原理图及工作波形由前面的分析知，这个电路的输出电压平均值为：由于，所以，即斩波器输出电压平均值小于输入电压，故称为降压斩波电路。而负载平均电流为： 当平波电感L较小时，在V关断后，未到t2时刻，负载电流已下降到零，负载电流发生断续。负载电流断续时，其波形如图3-19(c）所示。由图可见，负载电流断续期间，负载电压uo=EM。因此，负载电流断续时，负载平均电压Uo升高，带直流电动机负载时，特性变软，是我们所不希望的
5、。所以在选择平波电感L时，要确保电流断续点不在电动机的正常工作区域。3.升压斩波电路 (1) 电路的结构升压斩波电路的输出电压总是高于输入电压。升压式斩波电路与降压式斩波电路最大的不同点是，斩波控制开关V与负载呈并联形式连接，出能电感与负载呈串联形式连接，升压斩波电路的原理图及工作波形如图3-20所示。（a）电路图 （b）波形图3-20 升压斩波电路及其工作波形(2）电路的工作原理当V导通时（TON），能量储存在L中。由于VD截止，所以TON期间负载电流由C供给。在TOFF期间，V截止，储存在L中的能量通过VD传送到负载和C，其电压的极性与U相同，且与U相串联，提供一种升压作用。 式中T/TO
6、FF表示升压比，调节其大小，即可改变输出电压Uo的大小。如果忽略损耗和开关器件上的电压降，则上式中的升压比T/TOFF1，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。4. 升降压斩波电路(1) 电路的结构升降压斩波电路可以得到高于或低于输入电压的输出电压。电路原理图如图321所示，该电路的结构特征是储能电感与负载并联，续流二极管VD反向串联接在储能电感与负载之间。电路分析前可先假设电路中电感L很大，使电感电流iL和电容电压及负载电压uo基本稳定。(2) 电路的工作原理 (a) 电路 （b）波形图3-21 升降压斩波电路及其工作波形电路的基本工作原理是：V通时，电源U经V向L供电使其贮能，此
7、时二极管VD反偏，流过V的电流为i1。由于VD反偏截止，电容C向负载R提供能量并维持输出电压基本稳定，负载R及电容C上的电压极性为上负下正，与电源极性相反。V断时，电感L极性变反，VD正偏导通，L中储存的能量通过VD向负载释放，电流为i2，同时电容C被充电储能。负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。当V处于通态期间，uL =U；当V处于断态期间，uL = - uo。于是有UTON=UOTOFF所以输出电压为：上式中，若改变占空比k，则输出电压既可高于电源电压，也可能低于电源电压。由此可知，当0k1/2时，斩波器输出电压低于直流电源输入，此时为降压斩波器；当1/
8、2k UR2，A输出控制信号，这控制信号使脉宽变窄，输出电压下降，从而使输出电流减小。三、软启动电路开关电源的输入电路一般采用整流和电容滤波电路。输入电源未接通时，滤波电容器上的初始电压为零。在输入电源接通的瞬间，滤波电容器快速充电，产生一个和大的冲击电流。在大功率开关电源中，输入滤波电容器的容量很大，冲击电流可达100A以上，如此大的冲击电流会造成电网电闸的条扎或者击穿整流二极管。为防止这种情况的发生，在开关电源的输入电路中增加软启动电路，防止冲击电流的产生，保证电源正常地进入工作状态。课题五 PC主机开关电源及典型故障处理本项目实例中的图3-3是IBM PC/XT系列PC机主机的开关电源电
9、路，它是自激式开关稳压电源，主要由交流输入与整流滤波、自激开关振荡、稳压调控及自动保护电路等部分组成。一、PC主机开关电源电路工作原理介绍：当接通电源时，110V或220V交流电压经电源熔丝管FU、热敏电阻RT后，送至由C1、L1、C2组成交流抗干扰电路，将交流供电网中的高频杂波滤除后，再进入桥堆进行倍压整流或桥式整流(根据输入电压是110V还是220V，由电源盒后面的开关S人工控制)，并经C5、C6滤波后得到约300V的峰值直流电压。由整流滤波输送来的300V峰值电压分两路给开关电路：一路经R1及开关变压器T2的1F1S绕组加开关管Vl的C极；另一路经R2、R3降压提供Vl的B极的导通电压，
10、使Vl导通，因此Vl的C极有电流通过，T2的1F1S绕组有电流通过即产生感应电压耦合给二次侧。二次测1P2F绕组又把感应电压经R6、C9控制变压器T1的绕组，R9、L4正反馈到开关管Vl的B极，使Vl的B极电流保持不变，开关变压器T2上各绕组感应电压消失，正反馈停止，Vl退出饱和进入放大，此时Vl的C极电流瞬间大大的减少，开关变压器T2的1F1S绕组中的电流不能突变产生很强的反向感应电压耦合给二次侧，二次侧正反馈绕组的反向感应电压使Vl反偏截止。同时C9通过Vl获得充电，Vl截止后，T2的1F一1S绕组无电流通过，感应电压消失。C9通过控制变压器T1的绕组，L4，Vl的E极，R7，R8，T2的1P2F绕组，R6形成回路放电，使Vl获得放电电流重新导通，并重复以上过程。如此循环便形成了自激开关过程。T2的二次侧便得到了所需的脉冲电压，经整流滤波、稳压后送给负载。其中开关变压器T2的7S7E绕组中的脉冲经VDl8整流、C18滤波，再由三端稳压器7812稳压后
