電力電子技術

PowerElectronicTechnology3.3復合型DC-DC變換器能量只能由輸入側到輸出側一個方向流動3.3復合型DC-DC變換器單方向能量流動很多應用場合難以滿足要求3.3復合型DC－DC變換器之前討論的DC－DC變換器實際上是一些基本的DC－DC變換器，如果將DC－DC變換器的輸出電壓（縱坐標）、輸出電流（橫坐標）構成坐標系，那么上述各類基本的DC－DC變換器由于各自的輸出只能工作在輸出電壓、電流坐標系的第一象限，因此可稱為單象限DC－DC變換器單象限DC－DC變換器的共同特征就是各自的輸出電壓、電流不可逆即DC－DC變換器的能量不可逆uoIoⅠⅡⅢⅣ3.3復合型DC－DC變換器當DC－DC變換器的輸出電流或輸出電壓可逆時，變換器可在兩象限運行，因此稱這類DC－DC變換器為兩象限DC－DC變換器當DC－DC變換器的輸出電流、輸出電壓均可逆時，變換器可在四象限運行，因此稱這類DC－DC變換器為四象限DC－DC變換器兩象限DC－DC變換器和四象限DC－DC變換器的拓撲結構均可由基本的單象限DC－DC變換器拓撲組合而成uoIoⅠⅡⅢⅣ3.3.1二象限DC－DC變換器可見電流可正、可負但電壓只能有一種方向，工作在第Ⅰ、Ⅱ象限工作時應避免直通現象3.3.1二象限DC－DC變換器結構與工作方式VT1和VD2構成降壓斬波電路，由電源向直流電動機供電，電動機為電動運行，工作于第1象限-工作方式ⅠVT2和VD1構成升壓斬波電路，把直流電動機的動能轉變?yōu)殡娔芊答伒诫娫?，使電動機作再生制動運行，工作于第2象限-工作方式Ⅱ3.3.1二象限DC－DC變換器第3種工作方式-Ⅲ不能同時導通，互補信號VT1tVT2ttiLtuoVT1VD2VT2VD13.3.1二象限DC－DC變換器3.3.1二象限DC－DC變換器當電流正向換流時（io＞0），或VT1導通，或VD2導通，變換器工作在第一象限，此時的變換器換流電路實際上是一個buck變換器電路，并且變換器向負載提供能量，換流期間的電壓、電流波形如圖中t1~t2段所示

3.3.1二象限DC－DC變換器當電流反向換流時（io＜0），或VT2導通，或VD1導通，變換器工作在第二象限，此時的變換器換流電路實際上是一個boost變換器電路，并且負載向變換器回饋能量，換流期間的電壓、電流波形如圖中t2~t3段所示

3.3.1二象限DC－DC變換器1)電流可逆型二象限DC－DC變換器實際上由一個buck變換器電路和一個boost變換器電路組合而成，并交替工作2)變換器的輸出電壓極性不變，而電流極性可變，即能量能可雙向傳輸3)調節(jié)斬波占空比就可以控制變換器的輸出平均電壓4)為了防止變換器上、下橋臂的直通短路，上、下橋臂的開關管驅動信號中須加入“先關斷后導通”的開關死區(qū)5)電流可逆型二象限DC－DC變換器其負載必須為感性負載，否則，變換器只能工作在第一象限3.3.2四象限DC－DC變換器電流可逆斬波電路：電樞電流可逆，兩象限運行，但電壓極性是單向的當需要電動機進行正、反轉以及可電動又可制動的場合，須將兩個電流可逆斬波電路組合起來，分別向電動機提供正向和反向電壓，構成橋式可逆斬波電路3.3.2四象限DC－DC變換器3.3.2四象限DC－DC變換器當VT4保持導通時，利用VT2、VT1進行斬波控制，則構成了一組電流可逆的二象限DC－DC變換器，此時UAB≥0，變換器運行在一、二象限當VT2保持導通時，利用VT3、VT4進行斬波控制，則構成了另一組電流可逆的二象限DC－DC變換器，此時UAB≤0，變換器運行在三、四象限3.3.3多相多重DC－DC變換器以上所討論的二象限、四象限DC－DC變換器實際上是為了擴大DC－DC變換器的運行象限而由基本DC－DC變換器組合而成，因此，二象限、四象限DC－DC變換器實質上屬于復合型DC－DC變換器采用一般直流變換器作為供電電源時，輸出電壓波紋不可避免，盡管設置濾波環(huán)節(jié)，但基于經濟和技術上的考慮，濾波參數往往不能太大。鑒于輸出電壓和負載電流的脈動都與調制頻率有關，考慮提高調制頻率來達到減小平波電抗器的體積與重量。但調制頻率受開關器件的開關頻率限制。而且在大容量場合，單個器件難以滿足要求，需要串并聯器件使用，這又帶來了其他技術問題，均壓和均流。

3.3.3多相多重DC－DC變換器多相多重斬波電路是在電源和負載之間接入多個結構相同的基本斬波電路而構成的不僅可以擴大變換器容量，而且通過適當的斬波控制還可以提高并聯DC－DC變換器輸出的等效開關頻率，以降低變換器的輸出諧波。

多相多重斬波電路是在電源和負載之間接入多個結構相同的基本斬波電路而構成的相數

——一個控制周期中電源側的電流脈波數。從電源側看，不同相位的斬波回路數。重數

——一個控制周期中負載電流脈波數從負載側看，不同相位的直流變換回路數3.3.3多相多重DC－DC變換器示例：3相3重降壓斬波電路相當于由3個降壓斬波電路單元并聯而成，總輸出電流為3個斬波電路單元輸出電流之和，其平均值為單元輸出電流平均值的3倍，脈動頻率也為3倍由于3個單元電流的脈動幅值互相抵消，使總的輸出電流脈動幅值變得很小3.3.3多相多重DC－DC變換器3相3重降壓斬波電路工作波形因此這種電路對輸入側濾波器和輸出側平波電抗器要求明顯降低，減小了裝置的體積和重量。圖中的電源電流是三個開關器件通態(tài)時電流瞬時值之和，故電源電流在一個開關周期內也是脈動3次。3.3.3多相多重DC－DC變換器很顯然，并聯的單元越多（相數），輸出電壓、電流脈動程度越小，使輸出電流脈動率（電流脈動幅值與電流平均值之比）降低，感應干擾減小和單相時相比，設輸出電流最大脈動率一定時，所需平波電抗器總重量大為減輕多相多重斬波電路還具有備用功能，各斬波電路單元可互為備用3.3.3多相多重DC－DC變換器對于不同電源和負載數，電路叫法不同。當上述電路電源公用而負載為3個獨立負載時，則為3相1重斬波電路而當電源為3個獨立電源，向一個負載供電時，則為1相3重斬波電路3.3.3多相多重DC－DC變換器3.3.3多相多重DC－DC變換器m相m重DC－DC變換器的特性每個變換器單元的占空比均為D每個變換器單元開關管的驅動信號錯開1/m的開關周期時間每個變換器單元的輸出電壓的平均值均相等且等于m相m重DC－DC變換器的輸出平均電壓每個變換器單元的平均輸出電流則為輸出負載平均電流的1/m3.3.3多相多重DC－DC變換器上述多相多重DC－DC變換器中的變換器單元具有互為備用的功能，當一個變換器單元故障時，其余的變換器單元仍可以正常工作顯然，多相多重DC－DC變換器在擴大變換器容量和改善輸入、輸出電流波形的同時提高了變換器供電的可靠性