电力电子第5章直流斩波电路

1、l1、定义：定义：l 利用电力开关器件周期性的开通与关断来改变利用电力开关器件周期性的开通与关断来改变输出电压的大小，将直流电能转换为另一固定电压输出电压的大小，将直流电能转换为另一固定电压或可调电压的直流电能的电路称为直流斩波电路。或可调电压的直流电能的电路称为直流斩波电路。(开关型开关型DC/DC变换电路变换电路/斩波器斩波器)。l2、分类：、分类：l 按稳压控制方式按稳压控制方式:脉冲宽度调制脉冲宽度调制(PWM)、脉冲频、脉冲频率调制、率调制、 混合型调制。混合型调制。l 按变换器的功能按变换器的功能:降压斩波电路降压斩波电路(Buck)、升压斩、升压斩波电路波电路(Boost)、升降

2、压斩波电路、升降压斩波电路(Buck-Boost)、库、库克斩波电路克斩波电路(Cuk)和全桥直流斩波电路。和全桥直流斩波电路。 l 一、直流斩波电路的工作原理一、直流斩波电路的工作原理l 二、二、降压斩波电路降压斩波电路l 三、升压斩波电路三、升压斩波电路l v工作原理：工作原理：图中图中T是可控开关，是可控开关，R为纯阻性负为纯阻性负载。在时间内当开关载。在时间内当开关T接通时，电流经负载电接通时，电流经负载电阻阻R流过，流过， R两端就有电压；在时间内开关两端就有电压；在时间内开关T断开时，断开时， R中电流为零，电压也变为零。中电流为零，电压也变为零。 电路中开关的占空比电路中开关的占

3、空比lTS为开关为开关T的工作周期，的工作周期，ton为导通时间。为导通时间。由波形图可得到由波形图可得到输出电压平均值输出电压平均值为为l 若认为开关若认为开关T无损耗，则无损耗，则输入功率输入功率为为 式（式（3.1.2）中）中Ud为输入直流电压。为输入直流电压。输出电压平均值的改变：输出电压平均值的改变：因为因为D是是01之间变化之间变化的系数，因此在的系数，因此在D的变化范围内输出电压的变化范围内输出电压UO总是总是小于输入电压小于输入电压Ud，改变，改变D值就可以改变其大小。值就可以改变其大小。占空比的改变：占空比的改变：通过改变通过改变ton 或或TS来实现。来实现。 l图图5 5

4、.1.1 基本的斩波器电路基本的斩波器电路l 及其负载波形及其负载波形 SonTtD ddSonTdODUUTtdtuUS 0（5.1. 2）（5.1.1）（5.1.3） SDTdSRUDdtiuTP02001l直流斩波电路的常用工作方式主要有两种：直流斩波电路的常用工作方式主要有两种：l 脉冲频率调制脉冲频率调制(PFM)工作方式：工作方式：l 即即ton维持不变，改变维持不变，改变TS。在这种调压方式中，。在这种调压方式中，由于输出电压波形的周期是变化的，因此输出谐由于输出电压波形的周期是变化的，因此输出谐波的频率也是变化的，这使得滤波器的设计比较波的频率也是变化的，这使得滤波器的设计比较

5、困难，输出谐波干扰严重，一般很少采用。困难，输出谐波干扰严重，一般很少采用。 l 脉宽调制脉宽调制(PWM)工作方式：工作方式：l 即维持即维持TS不变，不变， ton改变。在这种调压方式中，改变。在这种调压方式中，输出电压波形的周期是不变的，因此输出谐波的输出电压波形的周期是不变的，因此输出谐波的频率也不变，这使得滤波器的设计容易。频率也不变，这使得滤波器的设计容易。l 一、直流斩波电路的工作原理一、直流斩波电路的工作原理l 二、二、降压斩波电路降压斩波电路l 三、升压斩波电路三、升压斩波电路l 原理图原理图 续流二极管续流二极管全控型电全控型电力器件力器件输入直输入直流电压流电压滤波电感滤

6、波电感滤波电容滤波电容负载负载导通导通期间（期间（ton ）：）：电力开关器件电力开关器件导通，电感蓄能，二极管导通，电感蓄能，二极管D D反偏。反偏。 等效电路如图等效电路如图5.2.1 (b)5.2.1 (b)所示所示 ；关断期间（关断期间（t toffoff）：）：电力开关器电力开关器件断开，电感释能，二极管件断开，电感释能，二极管D D导导通续流。等效电路如通续流。等效电路如5.2.1(c)5.2.1(c)所所示；示；由波形图由波形图5.2.1(d)可以计算出可以计算出输出输出电压的平均值电压的平均值为：为：图图5 5.2.1 降压电路及其波形图降压电路及其波形图(5(5.2.3) )

7、ddOdOIDIUUI1 )0(1)(10000 SononSTttdSTSdtdtuTdttuTUddSonDUUTt 忽略器件功率损耗，即忽略器件功率损耗，即 输入输出电流关系输入输出电流关系为：为：l 一、直流斩波电路的工作原理一、直流斩波电路的工作原理l 二、二、降压斩波电路降压斩波电路l 三、升压斩波电路三、升压斩波电路l l1) 1) 定义：定义：直流输出电压的平均值高于输入电压的直流输出电压的平均值高于输入电压的斩波电路称为升压斩波电路，又叫斩波电路称为升压斩波电路，又叫Boost电路。电路。全控型电力全控型电力器件开关器件开关储能储能保持输出电压保持输出电压2 2）原理图）原理

8、图l3）工作原理：）工作原理：ton工作期间：工作期间：二极管反偏二极管反偏 截止，电感截止，电感L L储能，电容储能，电容C C 给负载给负载R R提供能量。提供能量。toff工作期间：工作期间：二极管二极管 导通，电感导通，电感L L经二极管给经二极管给 电容充电，并向负载电容充电，并向负载R RL L提提 供能量。供能量。l可得：可得：l l式中占空比式中占空比D=tD=tonon/T/TS S，当，当D=0D=0时，时，U U0 0=U=Ud d，但，但D D不能为不能为1 1，因此在，因此在l0D0D1 1的变化范围内的变化范围内 U Uo oUUinin图图5 5.3.1 升压斩波电路及其波形升压斩波电路及其波形DUUtttUddoffoffon 10 T T导通时为电感导通时为电感L L储能阶段，此时电储能阶段，此时电源不向负载提供能源不向负载提供能量，负载靠储于电量，负载靠储于电容容C C的能量维待工作。的能量维待工作。 T T阻断时，电