直流斩波电路（电力电子技术课件）

降压斩波电路降压斩波电路结构☞使用一个全控型器件V，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。01☞设置了续流二极管VD，在V关断时给负载中电感电流提供通道。02电路应用主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。降压斩波电路☞电流连续时，负载电压的平均值为☞

电流断续时，负载电压uo平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。t（时间）开关管V状态二极管VD状态负载电压Ｕ0负载电流变化t=0导通关断Ｕ0=E按指数曲线上升t=t1关断导通Ｕ0=0按指数曲线下降图5-1降压斩波电路的原理图及波形

010203脉冲宽度调制（PWM）：T不变，改变ton。频率调制：ton不变，改变T。混合型：ton和T都可调，改变占空比斩波电路控制方式☞设此阶段电流初值为I10，

解上式得在V处于通态期间，设负载电流为,可列出如下方程：(5-1)斩波电路解析(5-2)基于分时段线性电路这一思想，按V处于通态和处于断态两个过程来分析，初始条件分电流连续和断续。电路解析降压斩波电流连续时有(5-3)(5-4)(5-6)(5-5)设电流初值为I20

在V处于断态期间，设负载电流为,可列出如下方程：降压斩波☞平波电抗器L为无穷大，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。把式（5-5）和式（5-6）用泰勒级数近似，可得(5-7)(5-6)(5-5)I10和I20分别是负载电流瞬时最大值和最小值电路解析即输出功率等于输入功率，可将降压斩波器看作直流降压变压器。电源提供能量负载消耗能量式(5-7)所示的关系还可从能量传递关系简单地推得，一个周期中，忽略电路中的损耗，则假设电源电流平均值为I1降压斩波电流断续时有I10=0，且t=ton+tx时，i2=0，可以得出

电流断续时，tx<toff，由此得出电流断续的条件为

负载电流平均值为输出电压平均值为(5-9)(5-8)(5-10)(5-11)升压斩波电路升压斩波电路工作原理设通态时间ton储存的能量为EI1ton0iGE0ioI1升压斩波电路工作原理☞当V处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。0iGE0ioI1升压斩波电路工作原理设通态时间toff释放的能量为(uo-E)I1toff0iGE0ioI1升压斩波电路☞当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等，即0iGE0ioI1a)b)图3-1升压斩波电路及其工作波形基本数量关系化简得上式中的电路解析☞将升压比的倒数记作β，即，则

和导通占空比

有如下关系则：

如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载R消耗，即☞输出电压高于电源电压，关键有两个原因：一是L储能之后具有使电压泵升的作用，二是电容C可将输出电压保持住。010203一是用于直流电动机传动。二是用作单相功率因数校正（PowerFactorCorrection—PFC）电路。三是用于其他交直流电源中。典型应用升压斩波升压斩波电路a)b)图3-2升压斩波电路及其工作波形ttTEiOOi1i2I10I20I10tontoffuotOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI20以用于直流电动机传动为例☞在直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源。升压斩波电路a)b)图3-2升压斩波电路及其工作波形ttTEiOOi1i2I10I20I10tontoffuotOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI20实际电路中L为有限值☞电动机电枢电流分连续和断续两种工作状态。升压斩波电路a)b)图3-2升压斩波电路及其工作波形ttTEiOOi1i2I10I20I10tontoffuotOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI20电动机的反电动势☞直流电源的电压基本是恒定的，不必并联电容器。原理图中电源

直流电源电路负载升压斩波电路a)b)图3-2升压斩波电路及其工作波形ttTEiOOi1i2I10I20I10tontoffuotOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI20☞基于分时段线性电路思想，电流连续时，得L为无穷大时电枢电流的平均值Io为升压斩波电路tOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI20☞当电枢电流断续时，可求得i2持续的时间tx，即☞当tx<t0ff

时，电路为电流断续工作状态，tx<t0ff

是电流断续的条件，即图3-3用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形c）电流断续时(1)(2)(1)升降压斩波电路升降压斩波升降压变换电路Buck-boost变换电路电路应用主要用于要求输出电压与输入电压反相，其值可大于或小于输入电压的直流稳压电源。升降压斩波工作原理otb)oti1i2tontoffILIL图5-4升降压斩波电路及其波形a）电路图b）波形

a)设电路中电感L值和电容C值都很大，使电感电流iL和电容电压即负载电压u0基本恒值。升降压斩波工作原理otb)oti1i2tontoffILIL图5-4升降压斩波电路及其波形a）电路图b）波形

a)☞V导通时，电源E经V向L供电使其贮能，此时电流为i1，同时C维持输出电压恒定并向负载R供电。升降压斩波工作原理otb)oti1i2tontoffILIL图5-4升降压斩波电路及其波形a）电路图b）波形

a)☞V关断时，L的能量向负载释放，电流为i2，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。升降压斩波otb)oti1i2tontoffILIL图5-4升降压斩波电路及其波形a）电路图b）波形

a)☞稳态时，一个周期T内电路解析电压uL对时间的积分为零电路解析所以输出电压为：

改变导通比

，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<

<1/2时为降压，当1/2<

<1时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路。☞当V处于通态期间，uL=E；而当V处于断态期间，uL=-uo。于是：电路解析设电源电流i1和负载电流i2的平均值分别为I1和I2，当电流脉动足够小时如果V、VD为没有损耗的理想开关时，则输出功率和输入功率相等，即Cuk斩波电路库克变换电路的结构电路组成图5-1Cuk变换电路库克变换电路储能电感开关管V耦合电容储能电感快速恢复二极管直流电源负载库克变换电路库克变换电路属于升降压变换电路图5-1Cuk变换电路工作原理库克变换电路☞V导通时，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路分别流过电流工作原理库克变换电路☞V关断时，E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路分别流过电流输出电压的极性与电源电压极性相反工作原理库克变换电路☞电容C的电流在一周期内的平均值应为零，即工作原理库克变换电路开关S合向B点的时间=V处于通态时间ton电容电流和时间的乘积为I2ton工作原理库克变换电路开关S合向A点的时间=V处于断态时间toff电容电流和时间的乘积为I1toff工作原理库克变换电路库克变换电路☞开关S合到B点，uB=0,uA=-uC;☞开关S合到A点，uB=uC