直流斩波电路-降压斩波电路（电力电子技术课件）

电力电子技术直流电压变换电路的基本原理

直流电压变换电路（直流斩波电路）的功能是将一个恒定的直流电压变换成另一个固定的或可调的直流电压，也称DC／DC变换电路。那么你了解直流电压变换电路的基本原理吗？今天学习的内容就是“直流电压变换电路的基本原理”。3a）图：电路通过可控开关S的接通和断开，将恒定直流电压源UD与负载R接通继而又断开，它能将恒定输入的直流电压经过斩波后形成可调的负载电压。b）图：表示变换电路输出电压u的波形。

图1：直流电压变换电路原理图及输出波形图

4.1.1.2直流电压变换电路的基本原理直流斩波电路a）原理图b）输出电压直流电压变换电路原理图及输出波形图：在ton时间内，开关S接通，则直流电源电压UD

与负载接通，变换电路输出电压UO=UD。在toff期间，开关S断开，变换电路输出电压UO=0。直流斩波电路4.1.1.2直流电压变换电路的基本原理基本原理：4图1：直流电压变换电路原理图及输出波形图

a）原理图b）输出电压直流电压变换电路原理图及输出波形图所示由图b）可得，直流变换电路输出电压的平均值为T为开关S的工作周期，ton为导通时间，

toff为关断时间。α是变换电路的工作频率或开关的占空比

直流斩波电路4.1.1.2直流电压变换电路的基本原理基本原理：5图1：直流电压变换电路原理图及输出波形图

a）原理图b）输出电压6变换电路的输出电压的平均值UO受占空比α的控制，通过改变α的值即可改变电路的输出电压平均值。因为α是0～1之间变化的系数，因此在α的变化范围内输出电压UO总是小于输入电压UD。占空比的改变：通过改变ton或T来实现。直流斩波电路4.1.1.2直流电压变换电路的基本原理6图1：直流电压变换电路原理图及输出波形图

a）原理图b）输出电压基本原理：输出电压平均值：电力电子技术直流电压变换电路的控制方式

变换电路的输出电压的平均值是受占空比α控制的，通过改变α的值即可改变电路的输出电压平均值。欲改变占空比α，有三种方法，那么你们知道有哪三种方法吗？

今天我们就来了解下直流电压变换电路的三种控制方式。4.1.1.3直流电压变换电路的控制方式变换电路的输出电压的平均值UO受占空比α的控制，通过改变α的值即可改变电路的输出电压平均值。占空比的改变：通过改变ton或T来实现。输出电压平均值：直流斩波电路4.1.1.3直流电压变换电路的控制方式又称定频调宽控制控制方式：保持斩波周期T不变，及电路频率f=1/T不变，只改变开关S的导通时间ton。特点:变换电路的基本频率不变，所以滤除高次谐波的滤波器设计比较简单。1.脉冲宽度调制—PWM直流斩波电路4.1.1.3直流电压变换电路的控制方式又称定宽调频控制控制方式：保持变换电路开关S的导通时间ton不变，只改变电路周期T（改变电路的频率)。特点:斩波回路和控制回路变得简单，但频率是变化的，因而滤波器的设计比较困难。2.脉冲频率调制—PFM直流斩波电路4.1.1.3直流电压变换电路的控制方式控制方式:不但改变变换电路的工作频率，而且改变变换电路的导通时间。特点:可以大幅度地变化输出，但也存在着由于频率变化所引起的设计滤波器较困难的问题。3.调频调宽混合控制直流斩波电路4.1.1.3直流电压变换电路的控制方式

在这三种方法中，除在输出电压调节范围要求较宽时采用混合调制外，一般都采用频率调制或脉宽调制，原因是它们的控制电路比较简单。

又由于当输出电压的调节范围要求较大时，如果采用频率调制，则势必要求频率在一个较宽的范围内变化，这就使得后续滤波器电路的设计比较困难。

因此直流电压变换电路中，比较常用的还是脉冲宽度调制。脉冲宽度调制(PWM)脉冲频率调制（PFM）调频调宽混合控制直流斩波电路电力电子技术降压斩波电路分析

降压式斩波电路(buckchopper)是最基本的斩波电路，其特点是输出电压平均值低于输入直流电源电压。

今天我们就来分析降压斩波电路，了解其基本数量关系。电力电子电路的实质上是分时段线性电路的思想基于“分段线性”的思想，对降压斩波电路进行解析。分V处于通态和处于断态初始条件分电流连续和断续4.1.2.2降压斩波电路分析直流斩波电路数量关系电流连续负载电压平均值：ton——V通的时间toff——V断的时间a--导通占空比负载电流平均值：c)

电流断续时的波形EV+-MRLVDioEMuoiGtttOOOb)电流连续时的波形TEiGtontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEiGiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMa)

电路图图1降压斩波电路的原理图及波形4.1.2.2降压斩波电路分析直流斩波电路数量关系电流断续c)

电流断续时的波形EV+-MRLVDioEMuoiGtttOOOb)电流连续时的波形TEiGtontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEiGiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMa)

电路图图1降压斩波电路的原理图及波形4.1.2.2降压斩波电路分析直流斩波电路当平波电感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（ｃ）所示，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。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。电力电子技术Buck-Boost电路与Cuk电路的异同

升降压式斩波电路（Buck-Boost电路）可以得到高于或低于输入电压的输出电压。库克电路(Cuk电路)是另一种DC—DC升降压变换电路。

今天我们就来了解下这两种电路的异同点吧。相同点这两种电路都有升降压变换功能，其输出电压与输入电压极性相反，而且两种电路的输入、输出关系式完全相同。Buck-Boost电路Cuk电路Buck-Boost电路与Cuk电路的异同直流斩波电路不同点Buck-Boost电路是在关断期内电感L给滤波电容C补充能量，输出电流脉动很大。Cuk电路中接入了传送能量的耦合电容C1，若使C1足够大，输入输出电流都是平滑的，有效的降低了纹波，降低了对滤波电路的要求。Buck-Boost电路Cuk电路直流斩波电路Buck-Boost电路与Cuk电路的异同电力电子技术降压斩波电路简介

降压式斩波电路(buckchopper)是最基本的斩波电路，其特点是输出电压平均值低于输入直流电源电压。这种电路主要用于直流可变电源和直流电动机变速控制中。那么你们了解这种斩波电路的结构和原理吗？

今天我们就来简单了解下降压斩波电路。是一种输出电压的平均值低于输入直流电源电压的变换电路，又叫BUCK型变换电路。它主要用于直流稳压电源和直流电机的调速。概念用途4.1.2.1降压斩波电路简介直流斩波电路

电路结构

全控型器件若为晶闸管，须有辅助关断电路。续流二极管负载出现的反电动势典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载。

降压斩波电路（BuckChopper)4.1.2.1降压斩波电路简介直流斩波电路图1降压斩波电路电路图c)

电流断续时的波形EV+-MRLVDioEMuoiGtttOOOb)电流连续时的波形TEiGtontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEiGiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMa)

电路图图2降压斩波电路的原理图及波形t=0时刻，驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io按指数曲线上升。t=t1时刻，控制V关断，二极管VD续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。4.1.2.1降压斩波电路简介直流斩波电路

工作原理

降压斩波电路（BuckChopper)电力电子技术Buck电路和Boost电路的异同

降压式斩波电路（Buck电路）是一种输出电压的平均值低于输入直流电压的电路。升压式斩波电路（Boos电路）是一种输出电压总是高于输入电压的电路。

今天我们就来了解下这两种电路的异同点吧。直流斩波电路相同点Buck电路和Boost电路多以主控型电力电子器件（如GTO，GTR，VDMOS和IGBT等）作为开关器件，其开关频率高，变换效率也高。Buck电路Boost电路Buck电路与Boost电路的异同Buck电路和Boost电路的异同直流斩波电路不同点Buck电路在S关断时，只有电感L储存的能量提供给负载，实现降压变换，且输入电流是脉动的。Boost电路在S处于通态时，电源Ud向电感L充电，同时电容C集结的能量提供给负载，而在S处于关断状态时，由L与电源Ud同时向负载提供能量，从而实现了升压，在连续工作状态下输入电流是连续的。Buck电路Boost电路Buck电路与Boost电路的异同电力电子技术Buck电路案例分析1

为了让同学们具有解决实际问题的能力，今天就让我们来看一个Buck电路案例吧。34有一开关频率为25kHz的Buck变换电路工作