1
第 8章 组合变流电路
8.1 间接交流变流电路
8.2 间接直流变流电路
本章小结
2
组合变流电路
第 8章 组合变流电路
AC/DC
DC/DC
AC/AC
DC/AC
几种基本的变流
电路组合起来
间接交流变流电路
先将交流整流为直流，再逆变为
交流，是先整流后逆变的组合
间接直流变流电路
先将直流逆变为交流，再整流为
直流电，是先逆变后整流的组合
3
间接交流
变流电路
输出交流电压和频率均不
变，主要用作不间断电源
输出电压和频率均可变，
主要用作变频器
交直交变
频电路
恒压恒频
变流电路
间接直流变流电路 主要用于各种开关电源
4
第 8章 组合变流电路
8.1 间接交流变流电路
8.2 间接直流变流电路
本章小结
5
8.1.1 间接交流变流电路原理
8.1.2 交直交变频器
8.1.3 恒压恒频（ CVCF）电源
8.1 间接交流变流电路原理
6
1．电压型间接交流变流电路
AC
（负载）
AC
（电源）
图 8-1 不能再生反馈的电压型间接交流变流电路
8.1.1 间接交流变流电路原理
●向电动机供电时，均要
求输出电压的大小和频率
可调，更常用名称是 交直
交变频电路
●图 8-1中电路整流部分采
用的是不可控整流，它和
电容器之间的直流电压和
直流电流极性不变，只能
由电源向直流电路输送功
率，不能由直流电路向电
源反馈电力
图中逆变电路的能量可
双向流动，若负载能量反
馈到中间直流电路，将导
致电容电压升高，称其为
泵升电压
● 该能量无法反馈回交流
电源，电容只能承担少量
的反馈能量，泵升电压过
高危及整个电路的安全
7
AC
（负载）
AC
（电源）
Vo
Ro
图 8-2 带有泵升电压限制电路的
电压型间接交流变流电路
带有泵升电压限制电路的电压型间接交流变流电路
●在中间直流电容两端并
联一个由电力晶体管 V0
和能耗电阻 R0组成的泵升
电压限制电路
●当泵升电压超过一定数
值时，使 V0导通，把从负
载反馈的能量消耗在 R0上
●这种电路可运用于对电
动机制动时间有一定要求
的调速系统中
8
AC
（负载）
AC
（电源）
图 8-3 利用可控变流器实现再生反馈的电压型
间接交流变流电路
利用可控变流器实现再生反馈的电压型间接交流变流电路
●增加一套变流电路，使其
工作于有源逆变状态，以
实现电动机的再生制动
● 当负载回馈能量时，中间
直流电压上升，使不可控
整流电路停止工作，可控
变流器工作于有源逆变状
态，中间直流电压极性不
变，电流反向，通过可控
变流器将电能反馈回电网
9
AC
（负载）
AC
（电源）
图 8-4 整流和逆变均为 PWM控制的电压型
间接交流变流电路
整流和逆变均为 PWM控制的电压型间接交流变流电路
●整流和逆变电路都采用
PWM控制的间接交流变流
电路，简称 双 PWM电路
●整流和逆变电路的交流电
源通过交流电抗器和整流
电路联接
●通过对整流电路 PWM控
制，可使输入电流为正弦
波且与电源电压同相位
当负载为电动机时，电动
机可工作在电动运行状态，
也可工作在再生制动状态
● 改变输出交流电压的相序
可使电动机正转或反转，
可实现电动机四象限运行
10
2．电流型间接交流变流电路
AC
负载
AC
电源
图 8-5 不能再生反馈电力的电流型
间接交流变流电路
●整流电路为不可控的二极
管整流，输出电压和电流
的极性均不可变，电路不
能将负载侧的能量反馈到
电源侧
● 若负载为电动机，需再
生反馈电力时，只需将电
路中的不可控整流电路换
成可控变流电路即可
11
AC
负载
AC
电源
再生反馈 输送功率
功率流向
I
d
U
d
U
L
图 8-6 采用可控整流的电流型间接
交流变流电路
● 当电动机制动时，中间
直流电路的电流极性不能
改变，调节可控整流电路
的触发角，使中间直流电
压反极性可实现再生制动
● 与电压型相比，整流部
分只用一套可控变流电路，
整体结构相对简单
12
M
3
整流
C
逆变
L
d
VT
1
VT
3
VT
5
VT
4
VT
6
VT
2
图 8-7 电流型交 — 直 — 交 PWM
变频电路
● 负载为三相异步电动机，
为适用较大容量的场合，
将主电路中的器件换为
GTO，每个 GTO串联二极
管以承受反向电压
● 逆变电路输出端电容 C是
为吸收 GTO关断时产生的
过电压而设臵的，可对输
出的 PWM电流波形起滤波
作用
13
U
V
W
a
b
c
电源 负载
图 8-8 整流和逆变均为 PWM控制的电流
型间接交流变流电路
● 为了吸收换流时的过电
压，在交流电源侧和交流
负载侧设臵了电容起，当
向异步电动机供电时，电
动机即可工作在电动状态，
又可工作在再生制动 状态，
且可正反转，四象限运行
● 电路 通过对整流电路的
PWM控制使输入电流为正
弦波，并使输入功率因数
为 1
14
8.1.1 间接交流变流电路原理
8.1.2 交直交变频器
8.1.3 恒压恒频（ CVCF）电源
8.1 间接交流变流电路原理
15
8.1.2 交直交变频器
变频调速系统 交直交变频器与交流电动机构成交流调速传动
交流调速传动系统优点
克服直流调速传动系统的缺点
交流电动机结构简单
可靠性高
节能
高精度
响应快速
采用变频调速方式，无论电机转速高低，转差功率的消耗
基本不变，系统效率是各种交流调速方式中最高的，具有
显著的节能效果
16
1,恒压频比控制
为了不使电动机因频率变化导致磁饱和而造成励磁电流
增大,引起功率因数和效率的降低, 需对变频器的电压和
频率的比率进行控制, 使该比率保持恒定, 维持气隙磁
通为额定值
17
M
电压及频率控制 P W M 生成 驱动
给定积分
器
绝对值变换器
转速给定
u, f 指令
电机动正、反
转
u
a b s
u
gt
u
*
co
图 8-9 采用恒压频比控制的变频调速系统框图
? 转速给定既作为调节加减速的频率 f指令值，同时经过适
当分压，作为定子电压 U1的指令值
?f指令值和 U1指令值之 比决定了 U/f比值，由于频率和电压
由同一给定值控制，因此可保证压频比为恒定
在给定信号后加有给定积分器，可将阶跃给定信号转换
为按设定斜率逐渐变化的斜坡信号 ugt,使电动机的电压和
转速都平稳地升降
?为使电动机可正反转，给定信号可正可负，但电动机的
转向由变频器输出电压的相序决定
用绝对值变换器 将 ugt变换为绝对值信号 uabs，经电压频
率控制环节处理后，得到电压及频率的指令信号, 经
PWM生成环节形成控制逆变器的 PWM信号，再经驱动电
路控制变频器中 IGBT的通断，使变频器输出所需频率、相
序和大小的交流电压，从而控制交流电机的转速和转向
18
2．转差频率控制
转差频率控制方式
?当稳态气隙磁通恒定时, 异步电机电磁转矩近似与转
差角频率 ω s成正比如能保持稳态转子全磁链恒定, 则转
矩与 ω s成正比
?控制 ws就相当于控制转矩
?采用转速闭环的转差频率控制, 使定子频率 w1=wr +
ws, 则 w1随实际转速 wr增加或减小, 得到平滑而稳定的
调速, 保证了较高的调速范围
?这种方法是基于 稳态模型的, 得不到理想的动态
性能
19
3,矢量控制
?矢量控制方式基于异步电机的按转子磁链定向的
动态模型, 将定子电流分解为励磁分量和与此垂
直的转矩分量, 参照直流调速系统的控制方法,
分别独立地对两个电流分量进行控制, 类似直流
调速系统中的双闭环控制方式
?矢量控制方式需要实现转速和磁链的解耦, 控制
系统较为复杂, 但可获得与直流电机调速相当的
控制性能
20
4,直接转矩控制
直接转矩控制方法同样是基于动态模型的，其控制闭环
中的内环，直接采用了转矩反馈，并采用砰 — 砰控制，
可以得到转矩的快速动态响应。并且控制相对要简单许
多
21
8.1.1 间接交流变流电路原理
8.1.2 交直交变频器
8.1.3 恒压恒频（ CVCF）电源
8.1 间接交流变流电路原理
22
8.1.3 恒压恒频（ CVCF）电源
蓄
电
池
市电
整流器 逆变器
负载
图 8-10 UPS基本结构原理图
UPS是当交流输入电源发
生异常或断电时，还能
继续向负载供电，并能
保证供电质量的装臵
CVCF电源主要用作不间断电源（ UPS）
UPS基本工作原理
●市电正常时，由市电
供电，市电经整流器整
流为直流，再逆变为
50Hz恒频恒压的交流电
向负载供电。同时，整
流器输出给蓄电池充电，
保证蓄电池的电量充足
此时负载可得到的高
质量的交流电压，获得
正常的恒压恒频的正弦
波交流输出，具有稳压、
稳频性能，也称为 稳压
稳频电源
市电异常乃至停电时，
蓄电池的直流电经逆变
器变换为恒频恒压交流
电继续向负载供电，供
电时间取决于蓄电池容
量的大小
23
蓄
电
池
市电
整流器 逆变器
负载
油机
S
1
2
图 8-11 用柴油发电机作为后备电
源的 UPS
●柴油发电机作为后备电
源，一旦市电停电，则在
蓄电池投入工作之后，即
启动油机由油机代替市电
向整流器供电
●图中 UPS的结构只能保
证市电断电时负载供电不
中断，一旦逆变器发生故
障负载供电即中断
24
蓄
电
池
市电
整流器 逆变器
负载
油机
1
2
3
4
转换开关
C V C F 电源
旁路电源
S
1
S
2
图 8-12 具有旁路电源系统的 UPS
●增加旁路电源系统，可
使负载供电可靠性进一
步提高，旁路电源与逆
变器提供的 CVCF电源由
转换开关 S2切换，若逆
变器发生故障，可由开
关自动切换为市电旁路
电源供电
●在市电旁路电源与
CVCF电源之间切换时，
必须保证两个电压的相
位一致，采用锁相同步
方法
25
市电
整流器
斩波器
D C L
蓄电池
直流
滤波器 逆变器
交流
滤波器
交流
开关
负载
图 8-13 小容量 UPS主电路
小容量较小的 UPS主电路，整流部分使用二极管整流器和直
流斩波器进行功率因数校正，可获得较高的交流输入功率因
数，逆变器部分使用 IGBT并采用 PWM控制，可获得良好的
控制性能
26
蓄电池
晶闸管开关
整流器
市电
旁路电源
晶闸管开关
晶闸管开关
负载
交流
滤波器
逆变器用
变压器
G T O
逆变器
图 8-14 大功率 UPS主电路
大容量 UPS主电路逆变器部分采用 PWM控制具有调节电
压和改善波形的功能。为减少 GTO的开关损耗，采用较低
的开关频率。逆变器采用 PWM控制，可消除较低次谐波
27
第 8章 组合变流电路
8.1 间接交流变流电路
8.2 间接直流变流电路
本章小结
28
8.2 间接直流变流电路
8.2.1 正激电路
8.2.2 反激电路
8.2.3 半桥电路
8.2.4 全桥电路
8.2.5 推挽电路
8.2.6 全波整流和全桥整流
8.2.7 开关电源
29
8.2 间接直流变流电路
间接直流变流电路中增加了交流环节，也称为 直交直电
路, 主要用于开关电源装臵
变压器 整流电路 滤波器直流 交流 交流 脉动直流 直流逆变电路
图 8-15 间接直流变流电路的结构
30
采用间接直流变流电路完成直流 -直流的变换的原因
1） 输出端与输入端需要隔离
2） 某些应用中需要相互隔离的多路输出
3） 输出电压与输入电压的比例远小于 1或远大于 1
4） 交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤
波电感、滤波电容的体积和重量。工作频率高于 20kHz这
一人耳的听觉极限，可避免变压器和电感产生噪音
31
变压器中的电流为正
负对称的交流电流
变压器中流过的
是直流脉动电流
间接直流变流电
路
单端电路 双端电路正激电路正激电路
半桥电路
全桥电路
推挽电路
32
8.2 间接直流变流电路
8.2.1 正激电路
8.2.2 反激电路
8.2.3 半桥电路
8.2.4 全桥电路
8.2.5 推挽电路
8.2.6 全波整流和全桥整流
8.2.7 开关电源
33
8.2.1 正激电路
图 8-16 正激电路的原理图
++
Ui
S
VD1
VD2
LN1N3 N2
VD3
UoW
2W1W
3
S
u
S
i
L
i
S
O
t
t
t
t
U
i
O
O
O
图 8-17 正激电路的理想化波形
●开关 S开通后，变压
器绕组 W1两端的电压
为上正下负，与其耦合
的 W2绕组两端的电压
也是上正下负
●VD1处于通态,VD2
为断态，电感 L的电流
逐渐增长
S关断后，电感 L通过
VD2续流,VD1关断,L的
电流逐渐下降
●S关断后变压器的励磁
电流经 W3绕组和 VD3流回
电源,S关断后承受的电
压为
iS UN
Nu )1(
3
1??
34
t0 t1 t2
ton trst
uN1
im B
R
BS
B
H
S
t
t O
t
O
O
O
图 8-18 磁心复位过程
变压器的磁心复位
?开关 S开通后，变压器的励磁电流 im由零开始，随着时间
的增加而线性的增长，直到 S关断
?S关断后到下一次再开通的一段时间内，必须设法使 励 磁
电流降回零，这一过程称为变压器的磁心复位
35
on
3
1
r s t tN
Nt ? (8-1)
i
1
2
o UN
NU ?
(8-2)
从开关 S关断后，变压器励磁电流通过 W3绕组流回电
源，并逐渐线性的下降为零的时间 trst为
输出滤波电感电流连续，输出电压与输入电压之比为
输出电感电流不连续，数出电压 Uo高于式（ 8-2）得计
算，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下
36
8.2 间接直流变流电路
8.2.1 正激电路
8.2.2 反激电路
8.2.3 半桥电路
8.2.4 全桥电路
8.2.5 推挽电路
8.2.6 全波整流和全桥整流
8.2.7 开关电源
37
8.2.2 反激电路
+
+U
i
S
VDN1 N2
UoW
1 W2
图 8-19 反激电路原理图
S
u
S
i
S
i
VD
t
on
t
o f f
t
t
t
t
U
i
O
O
O
O
图 8-20 反激电路的理想化波形
●反激电路中的变压器起
着储能元件的作用，可以
看作是一对相互耦合的电
感
● S开通后,VD处于断态，
绕组 W1的电流线性增长，
电感储能增加
S关断后，绕组 W1的电
流被切断，变压器中的磁
场能量通过绕组 W2和 VD
向输出端释放。 S关断后
的电压为
ois UN
NUu
2
1??
38
反激电路的工作模式
电流连续模式 S开通时，绕组 W2中的电流尚未下降到零
电流断续模式 S开通前,W2绕组中的电流已经下降到零
o ff
on
1
2
i
o
t
t
N
N
U
U ? (8-3)
输出电压高于式（ 8-3）的计算值，并随负载减小而升高，
在负载为零的极限情况下,Uo→∞,将损坏电路元件
39
8.2 间接直流变流电路
8.2.1 正激电路
8.2.2 反激电路
8.2.3 半桥电路
8.2.4 全桥电路
8.2.5 推挽电路
8.2.6 全波整流和全桥整流
8.2.7 开关电源
40
8.2.3 半桥电路
图 8-21 半桥电路原理图
S
1
S
2
u
S 1
u
S 2
i
S 1
i
S 2
i
D 1
i
S 2
t
T
t
t
t
t
t
t
t
t
on
U
i
U
i
i
L
i
L
O
O
O
O
O
O
O
O
图 8-22 半桥电路的理想化波形
+
+
S1
S2
VD1
VD2
L
Ui
N1
N2
N3
+
ud
Uo
+
C1
C2
W1 W
3
W2
41
+
+
S1
S2
VD1
VD2
L
Ui N1
N2
N3
+
ud
Uo
+
C1
C2
W1 W
3
W2
S
1
S
2
u
S 1
u
S 2
i
S 1
i
S 2
i
D 1
i
S 2
t
T
t
t
t
t
t
t
t
t
on
U
i
U
i
i
L
i
L
O
O
O
O
O
O
O
O
图 8-21 半桥电路原理图
图 8-22 半桥电路的理想化波形
?电容器 C1,C2的中点电压
为 Ui/2
?S1与 S2交替导通，使变压
器一次侧形成幅值为 Ui/2
的交流电压
?改变开关的占空比，就可
改变二次侧整流电压 ud的
平均值，也就改变了输出
电压 Uo
S1导通时,VD1处于通态，
S2导通时,VD2处于通态，
当两个开关都关断时,W1
中的电流为零,VD1和 VD2
都处于通态，各分担一半
的电流
? S1或 S2导通时电感 L的电
流逐渐上升，两个开关都
关断时，电感 L的电流逐渐
下降
?S1和 S2断态时承受的峰值
电压均为 Ui
42
?由于电容的隔直作用，半桥电路对由于两个开关导通时
间不对称而造成的变压器一次侧电压的直流分量有自动平
衡作用，不易发生变压器的偏磁和直流磁饱和
?为避免上下两开关在换流过程中的短路，每个开关各自
的占空比不能超过 50%，应留有裕量
当滤波电感 L的电流连续时，有
如果输出电感电流不连续，输出电压 Uo将高于式（ 8-4）的
计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下
T
t
N
N
U
U on
1
2
i
o ? (8-4)
2
i
1
2
o
U
N
NU ?
43
8.2 间接直流变流电路
8.2.1 正激电路
8.2.2 反激电路
8.2.3 半桥电路
8.2.4 全桥电路
8.2.5 推挽电路
8.2.6 全波整流和全桥整流
8.2.7 开关电源
44
8.2.4 全桥电路
S
1
( S
4
)
S
2
( S
3
)
u
S 1
( u
S 4
)
u
S 2
( u
S 3
)
i
S 1
( i
S 4
)
i
S 2
( i
S 3
)
i
D 1
( i
D 4
)
i
D 2
( i
D 3
)
t
on
T
t
t
t
t
t
t
t
t
U
i
U
i
i
L
i
L
O
O
O
O
O
O
O
O
图 8-23 全桥电路原理图
图 8-24 全桥电路的理想化波形
++ N
1
S2
S3
S4
VD1
VD2
VD4
VD3
LS1
N2
+
-
+
-
ud
uTUi U
o
W2W1
45
++ N
1
S2
S3
S4
VD1
VD2
VD4
VD3 LS1
N2+
-
+
-
ud
uTUi Uo
W2W1
S
1
( S
4
)
S
2
( S
3
)
u
S 1
( u
S 4
)
u
S 2
( u
S 3
)
i
S 1
( i
S 4
)
i
S 2
( i
S 3
)
i
D 1
( i
D 4
)
i
D 2
( i
D 3
)
t
on
T
t
t
t
t
t
t
t
t
U
i
U
i
i
L
i
L
O
O
O
O
O
O
O
O
图 8-23 全桥电路原理图
图 8-24 全桥电路的理想化波形
?全桥逆变电路由 4个开关组
成，互为对角的两个开关同
时导通，同一侧半桥上下两
开关交替导通，将直流电压
逆变成幅值为 Ui的交流电压，
加在变压器一次侧
?改变开关的占空比就可改
变 ud的平均值，也就改变了
输出电压 Uo
?S1与 S4导通后,VD1和 VD4
处于通态，电感 L的电流逐
渐上升
S2与 S3导通后,VD2和 VD3
处于通态，电感 L的电流也
上升
?当 4个开关都关断时,4个
二极管都处于通态，各分担
一半的电感电流，电感 L的
电流逐渐下降
?S1和 S2断态时承受的峰值
电压均为 Ui
如果 1,S4与 S2,S3的导通
时间不对称，则交流电压 uT
中将含有直流分量，会在变
压器一次侧产生很大的直流
分量，造成磁路饱和，因此
全桥电路应注意避免电压直
流分量的产生，也可以在一
次侧回路串联一个电容，以
阻断直流电流
46
为避免同一侧半桥上下两开关在换流的过程中发生短
暂的同时导通损坏开关，每个开关各自的占空比不能
超过 50%，应留有裕量
滤波电感电流连续时
输出电感电流断续时，输出电压 Uo将高于式（ 8-5）的
计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情
况下
T
t
N
N
U
U on
1
2
i
o 2?
(8-5)
U NN Uo i? 2
1
47
8.2 间接直流变流电路
8.2.1 正激电路
8.2.2 反激电路
8.2.3 半桥电路
8.2.4 全桥电路
8.2.5 推挽电路
8.2.6 全波整流和全桥整流
8.2.7 开关电源
48
8.2.5 推挽电路
S
1
S
2
u
S 1
u
S 2
i
S 1
i
S 2
i
D 1
i
D 2
t
on
T
t
t
t
t
t
t
t
t
2 U
i
2 U
i
i
L
i
L
O
O
O
O
O
O
O
O
++
S1
S2
VD1
VD2
L
Ui
N1
N1'
N
2
N2' Uo
图 8-25 推挽电路原理图
图 8-26 推挽电路的理想化波形
49
++
S1
S2
VD1
VD2
L
Ui
N1
N1'
N
2
N2' Uo
S
1
S
2
u
S 1
u
S 2
i
S 1
i
S 2
i
D 1
i
D 2
t
on
T
t
t
t
t
t
t
t
t
2 U
i
2 U
i
i
L
i
L
O
O
O
O
O
O
O
O
图 8-25 推挽电路原理图
图 8-26 推挽电路的理想化波形
?推挽电路中两个开关 S1和 S2交
替导通，在匝数 N1和 N’1绕组
两端分别形成相位相反的交流
电压
?改变占空比就可以改变输出
电压
? S1导通时，二极管 VD1处于
通态，电感 L的电流逐渐上升
? S2导通时，二极管 VD2处于
通态，电感 L电流也逐渐上升
?当两个开关都关断时,VD1和
VD2都处于通态，各分担一半
的电流
? S1或 S2导通时，电感 L的电流
逐渐上升，两个开关都关断时，
电感 L的电流逐渐下降
? S1和 S2断态时承受的峰值电
压均为 2Ui
50
S1和 S2同时导通，相当于变压器一次侧绕组短路，因此
应避免两个开关同时导通,每个开关各自的占空比不
能超过 50%，还要留有死区
滤波电感 L电流连续时
输出电感电流不连续时，输出电压 Uo将高于式（ 8-6）
的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限
情况下
T
t
N
N
U
U on
1
2
i
o 2?
(8-6)
U NN Uo i? 2
1
51
表 8-1 各种不同的间接直流变流电路的比较
电路 优点 缺点 功率范围 应用领域
正激 电路较简单, 成本低, 可靠性高, 驱
动电路简单
变压器单向激磁,
利用率低 几百 W~几 kW
各种中, 小功
率电源
反激 电路非常简单, 成本很低, 可靠性高,
驱动电路简单
难以达到较大的功
率, 变压器单向激
磁, 利用率低
几 W~几十 W
小功率电子设备,
计算机设备, 消费
电子设备电源
全桥
变压器双向励磁,
容易达到大功率
结构复杂, 成本高, 有
直通问题, 可靠性低,
需要复杂的多组隔离驱
动电路
几百 W~几百 kW
大 功率工 业 用
电源, 焊接电
源, 电解 电 源
等
半桥 变压器双向励磁, 没有变压器偏磁问题, 开关
较少, 成本低
有直通问题, 可靠
性低, 需要复杂的
隔离驱动电路
几百 W~几 kW
各种工业用电
源, 计算机电
源等
推挽
变压器双向励磁, 变压
器一次侧电流回路中只
有一个开关, 通态损耗
较小, 驱动简单
有偏磁问题 几百 W~几 kW 低输入电压的电源
52
8.2 间接直流变流电路
8.2.1 正激电路
8.2.2 反激电路
8.2.3 半桥电路
8.2.4 全桥电路
8.2.5 推挽电路
8.2.6 全波整流和全桥整流
8.2.7 开关电源
53
8.2.6 全波整流和全桥整流
图 8-27 全波整流电路和全桥整流电路原理图
a）全波整流电路 b）全桥整流电路
双端电路中常用的整流电路形式为全波整流电路和全
桥整流电路
+
VD1
VD2
L
+
VD1 LVD3
VD2 VD4
a） b）
54
全波整流电路的特点
优点
任意时刻电感 L的电流回路中只有一个二
极管压降，损耗小，而且整流电路中只
需要 2个二极管，元件数较少
缺点
二极管断态时承受的反压是 2倍的交流电压
幅值，对器件耐压要求较高，而且变压器
二次侧绕组有中心抽头，给制造带来麻烦
?每个二极管流过的电流平均值是电感 L电流平均值的 1/2
?适用场合 输出电压较低的情况下（ <100V）
55
全桥电路的特点
优点 二极管在断态承受的电压仅为交流电压幅值，变压器的绕组结构较为简单
缺点 回路中任意时刻电感 L的电流相继流过两个二极管，电流回路中存在两个二极管
压降，损耗较大，而且电路中需要 4个二
极管，元件数较多
?每个二极管流过的电流平均值是电感 L电流平均值的 1/2
?适用场合 高压输出
56
图 8-28 同步整流电路原理图
+
V1
V2
L
同步整流电路的特点
优点 低电压 MOSFET具有非常小的导通电阻（几 mΩ)，可降低整流电
路的导通损耗，很高效率
缺点
需要对 V1和 V2的通与断进
行控制，增加了控制电路
的复杂性
适用场合
电路的输出电压非常低时
57
8.2 间接直流变流电路
8.2.1 正激电路
8.2.2 反激电路
8.2.3 半桥电路
8.2.4 全桥电路
8.2.5 推挽电路
8.2.6 全波整流和全桥整流
8.2.7 开关电源
58
8.2.7 开关电源
开关电源 输入端的直流电源是由交流电网整流得来，构成的
交 — 直 — 交 — 直电路
优点
?采用了工作频率较高的交流环节，变压
器和滤波器都大大减小，同等功率条件下
体积和重量都小于相控整流电源
?工作频率的提高有利于控制性能的提高
59
第 8章 组合变流电路
8.1 间接交流变流电路
8.2 间接直流变流电路
本章小结
60
本 章 小 结
1,间接交流变流电路可分为电压型和电流型，掌握他们的
各种构成方式及特点
2．交直交变频器与交流电机构成变频调速系统，重点理解
恒压频比控制方法，并了解转差频率控制、矢量控制、
直接转矩控制等其他控制方法
3,CVCF变流电路主要用于 UPS，掌握其基本构成方式、特
点及主电路结构
4．间接直流变换电路中的能量转换过程为直流 — 交流 — 直
流，交流环节含有变压器
61
5、常见的间接直流变换电路可以分为单端和双端电路两
大类。单端电路包括正激和反激两类；双端电路包
括全桥、半桥和推挽三类。每一类电路都可能有多
种不同的拓扑形式或控制方法，本章仅介绍了其中
最具代表性的拓扑形式和控制方法
6、双端电路的整流电路可以有多种形式，本章介绍了常
用的全桥和全波两种，它们具有各自的特点和不同
的应用场合
本幻灯片中采用了西安交大, 电力电子技术, 课件
中的部分图表，在此表示感谢
62
目 录
绪论
1 电力电子器件
2 整流电路
3 直流斩波电路
4 交流电力控制电路和交交变频电路
5 逆变电路
6 PWM控制技术
7 软开关技术
8 组合变流技术
第 8章 组合变流电路
8.1 间接交流变流电路
8.2 间接直流变流电路
本章小结
2
组合变流电路
第 8章 组合变流电路
AC/DC
DC/DC
AC/AC
DC/AC
几种基本的变流
电路组合起来
间接交流变流电路
先将交流整流为直流，再逆变为
交流，是先整流后逆变的组合
间接直流变流电路
先将直流逆变为交流，再整流为
直流电，是先逆变后整流的组合
3
间接交流
变流电路
输出交流电压和频率均不
变，主要用作不间断电源
输出电压和频率均可变，
主要用作变频器
交直交变
频电路
恒压恒频
变流电路
间接直流变流电路 主要用于各种开关电源
4
第 8章 组合变流电路
8.1 间接交流变流电路
8.2 间接直流变流电路
本章小结
5
8.1.1 间接交流变流电路原理
8.1.2 交直交变频器
8.1.3 恒压恒频（ CVCF）电源
8.1 间接交流变流电路原理
6
1．电压型间接交流变流电路
AC
（负载）
AC
（电源）
图 8-1 不能再生反馈的电压型间接交流变流电路
8.1.1 间接交流变流电路原理
●向电动机供电时，均要
求输出电压的大小和频率
可调，更常用名称是 交直
交变频电路
●图 8-1中电路整流部分采
用的是不可控整流，它和
电容器之间的直流电压和
直流电流极性不变，只能
由电源向直流电路输送功
率，不能由直流电路向电
源反馈电力
图中逆变电路的能量可
双向流动，若负载能量反
馈到中间直流电路，将导
致电容电压升高，称其为
泵升电压
● 该能量无法反馈回交流
电源，电容只能承担少量
的反馈能量，泵升电压过
高危及整个电路的安全
7
AC
（负载）
AC
（电源）
Vo
Ro
图 8-2 带有泵升电压限制电路的
电压型间接交流变流电路
带有泵升电压限制电路的电压型间接交流变流电路
●在中间直流电容两端并
联一个由电力晶体管 V0
和能耗电阻 R0组成的泵升
电压限制电路
●当泵升电压超过一定数
值时，使 V0导通，把从负
载反馈的能量消耗在 R0上
●这种电路可运用于对电
动机制动时间有一定要求
的调速系统中
8
AC
（负载）
AC
（电源）
图 8-3 利用可控变流器实现再生反馈的电压型
间接交流变流电路
利用可控变流器实现再生反馈的电压型间接交流变流电路
●增加一套变流电路，使其
工作于有源逆变状态，以
实现电动机的再生制动
● 当负载回馈能量时，中间
直流电压上升，使不可控
整流电路停止工作，可控
变流器工作于有源逆变状
态，中间直流电压极性不
变，电流反向，通过可控
变流器将电能反馈回电网
9
AC
（负载）
AC
（电源）
图 8-4 整流和逆变均为 PWM控制的电压型
间接交流变流电路
整流和逆变均为 PWM控制的电压型间接交流变流电路
●整流和逆变电路都采用
PWM控制的间接交流变流
电路，简称 双 PWM电路
●整流和逆变电路的交流电
源通过交流电抗器和整流
电路联接
●通过对整流电路 PWM控
制，可使输入电流为正弦
波且与电源电压同相位
当负载为电动机时，电动
机可工作在电动运行状态，
也可工作在再生制动状态
● 改变输出交流电压的相序
可使电动机正转或反转，
可实现电动机四象限运行
10
2．电流型间接交流变流电路
AC
负载
AC
电源
图 8-5 不能再生反馈电力的电流型
间接交流变流电路
●整流电路为不可控的二极
管整流，输出电压和电流
的极性均不可变，电路不
能将负载侧的能量反馈到
电源侧
● 若负载为电动机，需再
生反馈电力时，只需将电
路中的不可控整流电路换
成可控变流电路即可
11
AC
负载
AC
电源
再生反馈 输送功率
功率流向
I
d
U
d
U
L
图 8-6 采用可控整流的电流型间接
交流变流电路
● 当电动机制动时，中间
直流电路的电流极性不能
改变，调节可控整流电路
的触发角，使中间直流电
压反极性可实现再生制动
● 与电压型相比，整流部
分只用一套可控变流电路，
整体结构相对简单
12
M
3
整流
C
逆变
L
d
VT
1
VT
3
VT
5
VT
4
VT
6
VT
2
图 8-7 电流型交 — 直 — 交 PWM
变频电路
● 负载为三相异步电动机，
为适用较大容量的场合，
将主电路中的器件换为
GTO，每个 GTO串联二极
管以承受反向电压
● 逆变电路输出端电容 C是
为吸收 GTO关断时产生的
过电压而设臵的，可对输
出的 PWM电流波形起滤波
作用
13
U
V
W
a
b
c
电源 负载
图 8-8 整流和逆变均为 PWM控制的电流
型间接交流变流电路
● 为了吸收换流时的过电
压，在交流电源侧和交流
负载侧设臵了电容起，当
向异步电动机供电时，电
动机即可工作在电动状态，
又可工作在再生制动 状态，
且可正反转，四象限运行
● 电路 通过对整流电路的
PWM控制使输入电流为正
弦波，并使输入功率因数
为 1
14
8.1.1 间接交流变流电路原理
8.1.2 交直交变频器
8.1.3 恒压恒频（ CVCF）电源
8.1 间接交流变流电路原理
15
8.1.2 交直交变频器
变频调速系统 交直交变频器与交流电动机构成交流调速传动
交流调速传动系统优点
克服直流调速传动系统的缺点
交流电动机结构简单
可靠性高
节能
高精度
响应快速
采用变频调速方式，无论电机转速高低，转差功率的消耗
基本不变，系统效率是各种交流调速方式中最高的，具有
显著的节能效果
16
1,恒压频比控制
为了不使电动机因频率变化导致磁饱和而造成励磁电流
增大,引起功率因数和效率的降低, 需对变频器的电压和
频率的比率进行控制, 使该比率保持恒定, 维持气隙磁
通为额定值
17
M
电压及频率控制 P W M 生成 驱动
给定积分
器
绝对值变换器
转速给定
u, f 指令
电机动正、反
转
u
a b s
u
gt
u
*
co
图 8-9 采用恒压频比控制的变频调速系统框图
? 转速给定既作为调节加减速的频率 f指令值，同时经过适
当分压，作为定子电压 U1的指令值
?f指令值和 U1指令值之 比决定了 U/f比值，由于频率和电压
由同一给定值控制，因此可保证压频比为恒定
在给定信号后加有给定积分器，可将阶跃给定信号转换
为按设定斜率逐渐变化的斜坡信号 ugt,使电动机的电压和
转速都平稳地升降
?为使电动机可正反转，给定信号可正可负，但电动机的
转向由变频器输出电压的相序决定
用绝对值变换器 将 ugt变换为绝对值信号 uabs，经电压频
率控制环节处理后，得到电压及频率的指令信号, 经
PWM生成环节形成控制逆变器的 PWM信号，再经驱动电
路控制变频器中 IGBT的通断，使变频器输出所需频率、相
序和大小的交流电压，从而控制交流电机的转速和转向
18
2．转差频率控制
转差频率控制方式
?当稳态气隙磁通恒定时, 异步电机电磁转矩近似与转
差角频率 ω s成正比如能保持稳态转子全磁链恒定, 则转
矩与 ω s成正比
?控制 ws就相当于控制转矩
?采用转速闭环的转差频率控制, 使定子频率 w1=wr +
ws, 则 w1随实际转速 wr增加或减小, 得到平滑而稳定的
调速, 保证了较高的调速范围
?这种方法是基于 稳态模型的, 得不到理想的动态
性能
19
3,矢量控制
?矢量控制方式基于异步电机的按转子磁链定向的
动态模型, 将定子电流分解为励磁分量和与此垂
直的转矩分量, 参照直流调速系统的控制方法,
分别独立地对两个电流分量进行控制, 类似直流
调速系统中的双闭环控制方式
?矢量控制方式需要实现转速和磁链的解耦, 控制
系统较为复杂, 但可获得与直流电机调速相当的
控制性能
20
4,直接转矩控制
直接转矩控制方法同样是基于动态模型的，其控制闭环
中的内环，直接采用了转矩反馈，并采用砰 — 砰控制，
可以得到转矩的快速动态响应。并且控制相对要简单许
多
21
8.1.1 间接交流变流电路原理
8.1.2 交直交变频器
8.1.3 恒压恒频（ CVCF）电源
8.1 间接交流变流电路原理
22
8.1.3 恒压恒频（ CVCF）电源
蓄
电
池
市电
整流器 逆变器
负载
图 8-10 UPS基本结构原理图
UPS是当交流输入电源发
生异常或断电时，还能
继续向负载供电，并能
保证供电质量的装臵
CVCF电源主要用作不间断电源（ UPS）
UPS基本工作原理
●市电正常时，由市电
供电，市电经整流器整
流为直流，再逆变为
50Hz恒频恒压的交流电
向负载供电。同时，整
流器输出给蓄电池充电，
保证蓄电池的电量充足
此时负载可得到的高
质量的交流电压，获得
正常的恒压恒频的正弦
波交流输出，具有稳压、
稳频性能，也称为 稳压
稳频电源
市电异常乃至停电时，
蓄电池的直流电经逆变
器变换为恒频恒压交流
电继续向负载供电，供
电时间取决于蓄电池容
量的大小
23
蓄
电
池
市电
整流器 逆变器
负载
油机
S
1
2
图 8-11 用柴油发电机作为后备电
源的 UPS
●柴油发电机作为后备电
源，一旦市电停电，则在
蓄电池投入工作之后，即
启动油机由油机代替市电
向整流器供电
●图中 UPS的结构只能保
证市电断电时负载供电不
中断，一旦逆变器发生故
障负载供电即中断
24
蓄
电
池
市电
整流器 逆变器
负载
油机
1
2
3
4
转换开关
C V C F 电源
旁路电源
S
1
S
2
图 8-12 具有旁路电源系统的 UPS
●增加旁路电源系统，可
使负载供电可靠性进一
步提高，旁路电源与逆
变器提供的 CVCF电源由
转换开关 S2切换，若逆
变器发生故障，可由开
关自动切换为市电旁路
电源供电
●在市电旁路电源与
CVCF电源之间切换时，
必须保证两个电压的相
位一致，采用锁相同步
方法
25
市电
整流器
斩波器
D C L
蓄电池
直流
滤波器 逆变器
交流
滤波器
交流
开关
负载
图 8-13 小容量 UPS主电路
小容量较小的 UPS主电路，整流部分使用二极管整流器和直
流斩波器进行功率因数校正，可获得较高的交流输入功率因
数，逆变器部分使用 IGBT并采用 PWM控制，可获得良好的
控制性能
26
蓄电池
晶闸管开关
整流器
市电
旁路电源
晶闸管开关
晶闸管开关
负载
交流
滤波器
逆变器用
变压器
G T O
逆变器
图 8-14 大功率 UPS主电路
大容量 UPS主电路逆变器部分采用 PWM控制具有调节电
压和改善波形的功能。为减少 GTO的开关损耗，采用较低
的开关频率。逆变器采用 PWM控制，可消除较低次谐波
27
第 8章 组合变流电路
8.1 间接交流变流电路
8.2 间接直流变流电路
本章小结
28
8.2 间接直流变流电路
8.2.1 正激电路
8.2.2 反激电路
8.2.3 半桥电路
8.2.4 全桥电路
8.2.5 推挽电路
8.2.6 全波整流和全桥整流
8.2.7 开关电源
29
8.2 间接直流变流电路
间接直流变流电路中增加了交流环节，也称为 直交直电
路, 主要用于开关电源装臵
变压器 整流电路 滤波器直流 交流 交流 脉动直流 直流逆变电路
图 8-15 间接直流变流电路的结构
30
采用间接直流变流电路完成直流 -直流的变换的原因
1） 输出端与输入端需要隔离
2） 某些应用中需要相互隔离的多路输出
3） 输出电压与输入电压的比例远小于 1或远大于 1
4） 交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤
波电感、滤波电容的体积和重量。工作频率高于 20kHz这
一人耳的听觉极限，可避免变压器和电感产生噪音
31
变压器中的电流为正
负对称的交流电流
变压器中流过的
是直流脉动电流
间接直流变流电
路
单端电路 双端电路正激电路正激电路
半桥电路
全桥电路
推挽电路
32
8.2 间接直流变流电路
8.2.1 正激电路
8.2.2 反激电路
8.2.3 半桥电路
8.2.4 全桥电路
8.2.5 推挽电路
8.2.6 全波整流和全桥整流
8.2.7 开关电源
33
8.2.1 正激电路
图 8-16 正激电路的原理图
++
Ui
S
VD1
VD2
LN1N3 N2
VD3
UoW
2W1W
3
S
u
S
i
L
i
S
O
t
t
t
t
U
i
O
O
O
图 8-17 正激电路的理想化波形
●开关 S开通后，变压
器绕组 W1两端的电压
为上正下负，与其耦合
的 W2绕组两端的电压
也是上正下负
●VD1处于通态,VD2
为断态，电感 L的电流
逐渐增长
S关断后，电感 L通过
VD2续流,VD1关断,L的
电流逐渐下降
●S关断后变压器的励磁
电流经 W3绕组和 VD3流回
电源,S关断后承受的电
压为
iS UN
Nu )1(
3
1??
34
t0 t1 t2
ton trst
uN1
im B
R
BS
B
H
S
t
t O
t
O
O
O
图 8-18 磁心复位过程
变压器的磁心复位
?开关 S开通后，变压器的励磁电流 im由零开始，随着时间
的增加而线性的增长，直到 S关断
?S关断后到下一次再开通的一段时间内，必须设法使 励 磁
电流降回零，这一过程称为变压器的磁心复位
35
on
3
1
r s t tN
Nt ? (8-1)
i
1
2
o UN
NU ?
(8-2)
从开关 S关断后，变压器励磁电流通过 W3绕组流回电
源，并逐渐线性的下降为零的时间 trst为
输出滤波电感电流连续，输出电压与输入电压之比为
输出电感电流不连续，数出电压 Uo高于式（ 8-2）得计
算，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下
36
8.2 间接直流变流电路
8.2.1 正激电路
8.2.2 反激电路
8.2.3 半桥电路
8.2.4 全桥电路
8.2.5 推挽电路
8.2.6 全波整流和全桥整流
8.2.7 开关电源
37
8.2.2 反激电路
+
+U
i
S
VDN1 N2
UoW
1 W2
图 8-19 反激电路原理图
S
u
S
i
S
i
VD
t
on
t
o f f
t
t
t
t
U
i
O
O
O
O
图 8-20 反激电路的理想化波形
●反激电路中的变压器起
着储能元件的作用，可以
看作是一对相互耦合的电
感
● S开通后,VD处于断态，
绕组 W1的电流线性增长，
电感储能增加
S关断后，绕组 W1的电
流被切断，变压器中的磁
场能量通过绕组 W2和 VD
向输出端释放。 S关断后
的电压为
ois UN
NUu
2
1??
38
反激电路的工作模式
电流连续模式 S开通时，绕组 W2中的电流尚未下降到零
电流断续模式 S开通前,W2绕组中的电流已经下降到零
o ff
on
1
2
i
o
t
t
N
N
U
U ? (8-3)
输出电压高于式（ 8-3）的计算值，并随负载减小而升高，
在负载为零的极限情况下,Uo→∞,将损坏电路元件
39
8.2 间接直流变流电路
8.2.1 正激电路
8.2.2 反激电路
8.2.3 半桥电路
8.2.4 全桥电路
8.2.5 推挽电路
8.2.6 全波整流和全桥整流
8.2.7 开关电源
40
8.2.3 半桥电路
图 8-21 半桥电路原理图
S
1
S
2
u
S 1
u
S 2
i
S 1
i
S 2
i
D 1
i
S 2
t
T
t
t
t
t
t
t
t
t
on
U
i
U
i
i
L
i
L
O
O
O
O
O
O
O
O
图 8-22 半桥电路的理想化波形
+
+
S1
S2
VD1
VD2
L
Ui
N1
N2
N3
+
ud
Uo
+
C1
C2
W1 W
3
W2
41
+
+
S1
S2
VD1
VD2
L
Ui N1
N2
N3
+
ud
Uo
+
C1
C2
W1 W
3
W2
S
1
S
2
u
S 1
u
S 2
i
S 1
i
S 2
i
D 1
i
S 2
t
T
t
t
t
t
t
t
t
t
on
U
i
U
i
i
L
i
L
O
O
O
O
O
O
O
O
图 8-21 半桥电路原理图
图 8-22 半桥电路的理想化波形
?电容器 C1,C2的中点电压
为 Ui/2
?S1与 S2交替导通，使变压
器一次侧形成幅值为 Ui/2
的交流电压
?改变开关的占空比，就可
改变二次侧整流电压 ud的
平均值，也就改变了输出
电压 Uo
S1导通时,VD1处于通态，
S2导通时,VD2处于通态，
当两个开关都关断时,W1
中的电流为零,VD1和 VD2
都处于通态，各分担一半
的电流
? S1或 S2导通时电感 L的电
流逐渐上升，两个开关都
关断时，电感 L的电流逐渐
下降
?S1和 S2断态时承受的峰值
电压均为 Ui
42
?由于电容的隔直作用，半桥电路对由于两个开关导通时
间不对称而造成的变压器一次侧电压的直流分量有自动平
衡作用，不易发生变压器的偏磁和直流磁饱和
?为避免上下两开关在换流过程中的短路，每个开关各自
的占空比不能超过 50%，应留有裕量
当滤波电感 L的电流连续时，有
如果输出电感电流不连续，输出电压 Uo将高于式（ 8-4）的
计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下
T
t
N
N
U
U on
1
2
i
o ? (8-4)
2
i
1
2
o
U
N
NU ?
43
8.2 间接直流变流电路
8.2.1 正激电路
8.2.2 反激电路
8.2.3 半桥电路
8.2.4 全桥电路
8.2.5 推挽电路
8.2.6 全波整流和全桥整流
8.2.7 开关电源
44
8.2.4 全桥电路
S
1
( S
4
)
S
2
( S
3
)
u
S 1
( u
S 4
)
u
S 2
( u
S 3
)
i
S 1
( i
S 4
)
i
S 2
( i
S 3
)
i
D 1
( i
D 4
)
i
D 2
( i
D 3
)
t
on
T
t
t
t
t
t
t
t
t
U
i
U
i
i
L
i
L
O
O
O
O
O
O
O
O
图 8-23 全桥电路原理图
图 8-24 全桥电路的理想化波形
++ N
1
S2
S3
S4
VD1
VD2
VD4
VD3
LS1
N2
+
-
+
-
ud
uTUi U
o
W2W1
45
++ N
1
S2
S3
S4
VD1
VD2
VD4
VD3 LS1
N2+
-
+
-
ud
uTUi Uo
W2W1
S
1
( S
4
)
S
2
( S
3
)
u
S 1
( u
S 4
)
u
S 2
( u
S 3
)
i
S 1
( i
S 4
)
i
S 2
( i
S 3
)
i
D 1
( i
D 4
)
i
D 2
( i
D 3
)
t
on
T
t
t
t
t
t
t
t
t
U
i
U
i
i
L
i
L
O
O
O
O
O
O
O
O
图 8-23 全桥电路原理图
图 8-24 全桥电路的理想化波形
?全桥逆变电路由 4个开关组
成，互为对角的两个开关同
时导通，同一侧半桥上下两
开关交替导通，将直流电压
逆变成幅值为 Ui的交流电压，
加在变压器一次侧
?改变开关的占空比就可改
变 ud的平均值，也就改变了
输出电压 Uo
?S1与 S4导通后,VD1和 VD4
处于通态，电感 L的电流逐
渐上升
S2与 S3导通后,VD2和 VD3
处于通态，电感 L的电流也
上升
?当 4个开关都关断时,4个
二极管都处于通态，各分担
一半的电感电流，电感 L的
电流逐渐下降
?S1和 S2断态时承受的峰值
电压均为 Ui
如果 1,S4与 S2,S3的导通
时间不对称，则交流电压 uT
中将含有直流分量，会在变
压器一次侧产生很大的直流
分量，造成磁路饱和，因此
全桥电路应注意避免电压直
流分量的产生，也可以在一
次侧回路串联一个电容，以
阻断直流电流
46
为避免同一侧半桥上下两开关在换流的过程中发生短
暂的同时导通损坏开关，每个开关各自的占空比不能
超过 50%，应留有裕量
滤波电感电流连续时
输出电感电流断续时，输出电压 Uo将高于式（ 8-5）的
计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情
况下
T
t
N
N
U
U on
1
2
i
o 2?
(8-5)
U NN Uo i? 2
1
47
8.2 间接直流变流电路
8.2.1 正激电路
8.2.2 反激电路
8.2.3 半桥电路
8.2.4 全桥电路
8.2.5 推挽电路
8.2.6 全波整流和全桥整流
8.2.7 开关电源
48
8.2.5 推挽电路
S
1
S
2
u
S 1
u
S 2
i
S 1
i
S 2
i
D 1
i
D 2
t
on
T
t
t
t
t
t
t
t
t
2 U
i
2 U
i
i
L
i
L
O
O
O
O
O
O
O
O
++
S1
S2
VD1
VD2
L
Ui
N1
N1'
N
2
N2' Uo
图 8-25 推挽电路原理图
图 8-26 推挽电路的理想化波形
49
++
S1
S2
VD1
VD2
L
Ui
N1
N1'
N
2
N2' Uo
S
1
S
2
u
S 1
u
S 2
i
S 1
i
S 2
i
D 1
i
D 2
t
on
T
t
t
t
t
t
t
t
t
2 U
i
2 U
i
i
L
i
L
O
O
O
O
O
O
O
O
图 8-25 推挽电路原理图
图 8-26 推挽电路的理想化波形
?推挽电路中两个开关 S1和 S2交
替导通，在匝数 N1和 N’1绕组
两端分别形成相位相反的交流
电压
?改变占空比就可以改变输出
电压
? S1导通时，二极管 VD1处于
通态，电感 L的电流逐渐上升
? S2导通时，二极管 VD2处于
通态，电感 L电流也逐渐上升
?当两个开关都关断时,VD1和
VD2都处于通态，各分担一半
的电流
? S1或 S2导通时，电感 L的电流
逐渐上升，两个开关都关断时，
电感 L的电流逐渐下降
? S1和 S2断态时承受的峰值电
压均为 2Ui
50
S1和 S2同时导通，相当于变压器一次侧绕组短路，因此
应避免两个开关同时导通,每个开关各自的占空比不
能超过 50%，还要留有死区
滤波电感 L电流连续时
输出电感电流不连续时，输出电压 Uo将高于式（ 8-6）
的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限
情况下
T
t
N
N
U
U on
1
2
i
o 2?
(8-6)
U NN Uo i? 2
1
51
表 8-1 各种不同的间接直流变流电路的比较
电路 优点 缺点 功率范围 应用领域
正激 电路较简单, 成本低, 可靠性高, 驱
动电路简单
变压器单向激磁,
利用率低 几百 W~几 kW
各种中, 小功
率电源
反激 电路非常简单, 成本很低, 可靠性高,
驱动电路简单
难以达到较大的功
率, 变压器单向激
磁, 利用率低
几 W~几十 W
小功率电子设备,
计算机设备, 消费
电子设备电源
全桥
变压器双向励磁,
容易达到大功率
结构复杂, 成本高, 有
直通问题, 可靠性低,
需要复杂的多组隔离驱
动电路
几百 W~几百 kW
大 功率工 业 用
电源, 焊接电
源, 电解 电 源
等
半桥 变压器双向励磁, 没有变压器偏磁问题, 开关
较少, 成本低
有直通问题, 可靠
性低, 需要复杂的
隔离驱动电路
几百 W~几 kW
各种工业用电
源, 计算机电
源等
推挽
变压器双向励磁, 变压
器一次侧电流回路中只
有一个开关, 通态损耗
较小, 驱动简单
有偏磁问题 几百 W~几 kW 低输入电压的电源
52
8.2 间接直流变流电路
8.2.1 正激电路
8.2.2 反激电路
8.2.3 半桥电路
8.2.4 全桥电路
8.2.5 推挽电路
8.2.6 全波整流和全桥整流
8.2.7 开关电源
53
8.2.6 全波整流和全桥整流
图 8-27 全波整流电路和全桥整流电路原理图
a）全波整流电路 b）全桥整流电路
双端电路中常用的整流电路形式为全波整流电路和全
桥整流电路
+
VD1
VD2
L
+
VD1 LVD3
VD2 VD4
a） b）
54
全波整流电路的特点
优点
任意时刻电感 L的电流回路中只有一个二
极管压降，损耗小，而且整流电路中只
需要 2个二极管，元件数较少
缺点
二极管断态时承受的反压是 2倍的交流电压
幅值，对器件耐压要求较高，而且变压器
二次侧绕组有中心抽头，给制造带来麻烦
?每个二极管流过的电流平均值是电感 L电流平均值的 1/2
?适用场合 输出电压较低的情况下（ <100V）
55
全桥电路的特点
优点 二极管在断态承受的电压仅为交流电压幅值，变压器的绕组结构较为简单
缺点 回路中任意时刻电感 L的电流相继流过两个二极管，电流回路中存在两个二极管
压降，损耗较大，而且电路中需要 4个二
极管，元件数较多
?每个二极管流过的电流平均值是电感 L电流平均值的 1/2
?适用场合 高压输出
56
图 8-28 同步整流电路原理图
+
V1
V2
L
同步整流电路的特点
优点 低电压 MOSFET具有非常小的导通电阻（几 mΩ)，可降低整流电
路的导通损耗，很高效率
缺点
需要对 V1和 V2的通与断进
行控制，增加了控制电路
的复杂性
适用场合
电路的输出电压非常低时
57
8.2 间接直流变流电路
8.2.1 正激电路
8.2.2 反激电路
8.2.3 半桥电路
8.2.4 全桥电路
8.2.5 推挽电路
8.2.6 全波整流和全桥整流
8.2.7 开关电源
58
8.2.7 开关电源
开关电源 输入端的直流电源是由交流电网整流得来，构成的
交 — 直 — 交 — 直电路
优点
?采用了工作频率较高的交流环节，变压
器和滤波器都大大减小，同等功率条件下
体积和重量都小于相控整流电源
?工作频率的提高有利于控制性能的提高
59
第 8章 组合变流电路
8.1 间接交流变流电路
8.2 间接直流变流电路
本章小结
60
本 章 小 结
1,间接交流变流电路可分为电压型和电流型，掌握他们的
各种构成方式及特点
2．交直交变频器与交流电机构成变频调速系统，重点理解
恒压频比控制方法，并了解转差频率控制、矢量控制、
直接转矩控制等其他控制方法
3,CVCF变流电路主要用于 UPS，掌握其基本构成方式、特
点及主电路结构
4．间接直流变换电路中的能量转换过程为直流 — 交流 — 直
流，交流环节含有变压器
61
5、常见的间接直流变换电路可以分为单端和双端电路两
大类。单端电路包括正激和反激两类；双端电路包
括全桥、半桥和推挽三类。每一类电路都可能有多
种不同的拓扑形式或控制方法，本章仅介绍了其中
最具代表性的拓扑形式和控制方法
6、双端电路的整流电路可以有多种形式，本章介绍了常
用的全桥和全波两种，它们具有各自的特点和不同
的应用场合
本幻灯片中采用了西安交大, 电力电子技术, 课件
中的部分图表，在此表示感谢
62
目 录
绪论
1 电力电子器件
2 整流电路
3 直流斩波电路
4 交流电力控制电路和交交变频电路
5 逆变电路
6 PWM控制技术
7 软开关技术
8 组合变流技术
