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1、华东理工大学第第5章章 直流斩波电路直流斩波电路5.15.1 基本斩波电路基本斩波电路基本斩波电路基本斩波电路 本章小结本章小结本章小结本章小结华东理工大学华东理工大学第第5章章 直流斩波电路直流斩波电路引言引言直流斩波电路（DC Chopper）将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。也称为直流-直流变换器（DC/DC Converter）。一般指直接将直流电变为另一直流电，不包括直流交流直流。电路种类6种基本斩波电路：降降压压斩斩波波电电路路、升升压压斩斩波波电电路路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。复合斩波电路不同结构基本斩波电路组合。多相多重斩
2、波电路相同结构基本斩波电路组合。华东理工大学5.1 基本斩波电路基本斩波电路5.1.1 降压斩波电路降压斩波电路5.1.2 升压斩波电路升压斩波电路5.1.3 升降压斩波电路和升降压斩波电路和Cuk斩波电路斩波电路5.1.4 Sepic斩波电路和斩波电路和Zeta斩波电路斩波电路 华东理工大学5.1.1 降压斩波电路降压斩波电路 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。降压斩波电路降压斩波电路（Buck Chopper)华东理工大学图5-1 降压斩波电路波形华东理工大学5.1.1 降压斩波电路降压斩波电路工
3、作原理工作原理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。华东理工大学5.1.1 降压斩波电路降压斩波电路数量关系数量关系电流连续负载电压平均值：（5-1）（5-2）tonV通的时间通的时间 toffV断的时间断的时间 导通占空比导通占空比 电流断续，Uo被抬高，一般不希望出现。负载电流平均值：华东理工大学5.1.1 降压斩波电路降压斩波电路斩波电路三种控制方式T不变，变ton 脉冲宽度调制（PWM）。ton不变，变T 频率调制
4、。ton和T都可调，改变占空比混合型。此种方式应用最多第3章3.1节介绍过：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华东理工大学5.1.1 降压斩波电路降压斩波电路同样可以从能量传递关系出发进行的推导 由于L为无穷大，故负载电流维持为Io不变 电源只在V处于通态时提供能量，为 在整个周期T中，负载消耗的能量为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。一周期中，忽略损耗，则电源提供的能量与负载消耗的能量相等。华东理工大学5.1.1 降压斩波电路降压斩波电路 负载电流断续的情况：负载电流
5、断续的情况：I10=0，且t=tx时，i2=0式（5-7）式（5-6）（5-16）tx1，输出电压高于电源电压，故为升压升压斩波电路。升压比；升压比的倒数记作b，即。b和a的关系：因此，式（5-21）可表示为 （5-23）（5-22）华东理工大学5.1.2 升压斩波电路升压斩波电路电压升高得原因：电感L储能使电压泵升的作用 电容C可将输出电压保持住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：。（5-24）与降压斩波电路一样，升压斩波电路可看作直流变压器。输出电流的平均值Io为：(5-25)电源电流的平均值Io为：(5-26)华东理工大学5.1.2 升升压斩波电路压斩波电路 例例
6、1 在升压斩波电路中，已知E=50V，R=20，L值和C值极大，采用脉宽调制控制方式，当T=40s，ton=25s时，求输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。输出电压平均值为：Uo=E*T/toff=50*40/（40-25）V=133.3V输出电流平均值为：Io=Uo/R=133.3/20A=6.667A华东理工大学5.1.2 升压斩波电路升压斩波电路2)升压斩波电路典型应用一是用于直流电动机传动二是用作单相功率因数校正（PFC）电路三是用于其他交直流电源中用于直流电动机传动再生制动时把电能回馈给直流电源。电动机的反电势电源；直流电源负载。电动机电枢电流连续和断续两种工作状态。直流电源的电
7、压基本是恒定的，不必并联电容器。华东理工大学EMV开通V关断a）华东理工大学5.1.2 升压斩波电路升压斩波电路数量关系当V处于通态时，设电动机电枢电流为i1，得下式：(5-27)当V处于断态时，设电动机电枢电流为i2，得下式：（5-29）当电流连续时，考虑到初始条件，近似L无穷大时电枢电流的平均值Io，即（5-36）该式表明，以电动机一侧为基准看，可将直流电源电压看作是被降低到了 。华东理工大学5.1.2 升压斩波电路升压斩波电路如图5-3c，当电枢电流断续时：当t=0时刻i1=I10=0，令式（5-31）中I10=0即可求出I20，进而可写出 i2的表达式。另外，当t=t2时，i2=0，可
8、求得i2持续的时间tx，即图5-3 用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形-电流断续的条件txt0fftOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI20华东理工大学邮箱：kechengPPT密码：123456s3-24华东理工大学5.1.3升降压斩波电路和升降压斩波电路和Cuk斩波电路斩波电路 升降压斩波电路升降压斩波电路 (buck-boost Chopper)电路结构华东理工大学otb)oti1i2tontoffILILV开通：V关断：图5-4 升降压斩波电路及其波形a）电路图 b）波形华东理工大学5.1.3升降压斩波电路和升降压斩波电路和Cuk斩波电路斩波电路基本工作
9、原理V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。V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反极性斩波电路。华东理工大学5.1.3升降压斩波电路和升降压斩波电路和Cuk斩波电路斩波电路数量关系稳态时，一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零，即（5-39）所以输出电压为：（5-41）V处于通态uL=EV处于断态uL=-uo（5-40）华东理工大学5.1.3升降压斩波电路和升降压斩波电路和Cuk斩波电路斩波电路图5-4b中给出了电源电流i1和负载电流i2的波形，设两者的平均值分
10、别为I1和I2，当电流脉动足够小时，有：（5-42）由上式得：（5-43）结论当0a 1/2时为降压，当1/2a 1时为升压，故称作升降压斩波电路。也有称之为buck-boost 变换器。其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。（5-44）otb)oti1i2tontoffILIL华东理工大学5.1.3升降压斩波电路和升降压斩波电路和Cuk斩波电路斩波电路2)Cuk斩波电路斩波电路V通时，EL1V回路和RL2CV回路有电流。V断时，EL1CVD回路和RL2VD回路有电流。输出电压的极性与电源电压极性相反。电路相当于开关S在A、B两点之间交替切换。图3-5 Cuk斩波电路及其等效电路a）电路
11、图 b）等效电路华东理工大学5.1.3升降压斩波电路和升降压斩波电路和Cuk斩波电路斩波电路同理：数量关系（5-45）V处于通态的时间ton，则电容电流和时间的乘积为I2ton。V处于断态的时间toff，则电容电流和时间的乘积为I1 toff。由此可得：（5-46）（5-46）（5-48）优点优点（与升降压斩波电路相比）：输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很 小，有利于对输入、输出进行滤波。华东理工大学b)Zeta斩波电路5.1.4 Sepic斩波电路和斩波电路和Zeta斩波电路斩波电路a)Sepic斩波电路图5-6 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路电路结构Speic电路原理V通
12、态，EL1V回路和C1VL2回路同时导电，L1和L2贮能。V断态，EL1C1VD负载负载回路及L2VD负载负载回路同时导电，此阶段E和L1既向负载供电，同时也向C1充电（C1贮存的能量在V处于通态时向L2转移）。输入输出关系：（5-49）华东理工大学5.1.4 Sepic斩波电路和斩波电路和Zeta斩波电路斩波电路Zeta斩波电路原理V处于通态期间，电源E经开关V向电感L1贮能。V关断后，L1VDC1构成振荡回路，L1的能量转移至C1，能量全部转移至C1上之后，VD关断，C1经L2向负载供电。输入输出关系：图5-6 Sepic斩波电路和 Zeta斩波电路（5-50）相同的输入输出关系。Sepic电路的电源电流和负载电流均连续，Zeta电路的输入、输出电流均是断续的。两种电路输出电压为正极性的。b)Zeta斩波电路华东理工大学 本章本章小结小结本章介绍了6种基本斩波电路、2种复合斩波电路及多相多重斩波电路。本章的重重点点是，理解降降压压斩斩波波电电路路和升升压压斩斩波波电电路路的工作原理，掌握这两种电路的输入输出关系、电路解析方法、工作特点直流传动是斩波电路应用的传统领域，而开开关关电电源源则是斩波电路应用的新领域，前者的应用在逐渐萎缩，而后者的应用是电力电子领域的一大热点。