电气工程教案-直流斩波电路.docVIP

PAGE 1 直流斩波电路 直流斩波电路（DC Chopper）/直流--直流变换器（DC/DC Converter）：将DC电变为另一固定电压或可调电压的DC电。（一般指直接将DC电变为另一DC电，不包括DC—AC—DC） 直流斩波电路的种类 （1）基本斩波电路（6种）：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路，其中前两种是最基本的电路（重点介绍）。 （2）复合斩波电路：不同基本斩波电路组合。 （3）多相多重斩波电路：相同结构基本斩波电路组合。 §3.1 基本斩波电路 3.1.1 降压斩波电路（Buck Chopper/Converter）（see 图3-1） 定性分析： 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，负载电流经二极管VD续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小通常使串接的电感L值较大 。 定量分析： （3-1）1． （3-1） （1）负载v平均值: （3-2）ton-V导通时间,toff-V关断时间 ,α （3-2） 图3-1 降压斩波电路 图3-1 降压斩波电路原理图(若为Thy，须有关断辅助电路) 2．负载电流断续时 Uo被抬高。一般不希望出现。 图 图3-1-1 降压斩波电路 斩波电路的控制方式（3种）： 1. 脉冲宽度调制（PWM）：T不变，变ton。（应用最多） 2. 频率调制：ton不变，变T。 3. 混合型：ton和T都可调，改变占空比。 定性分析： 1．负载电流连续时 1. 采用“分段线性”法进行分析 （3-3）（1）V为通态期间，设负载电流为i （3-3） （3-4）设此阶段电流初值为I10，t =L/ （3-4） （3-5）（2）V为断态期间，设负载电流为i （3-5） （3-4）（3- （3-4） （3-6） （3 （3-7） （3-8） 此时， 则： （3 （3-9） （3 （3-10） 式中， ， （3- （3-11） 上式表示了平波电抗器L为∞时的负载电流平均值Io，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。 2.从能量传递关系出发进行的推导 由于L为∞，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T中，负载消耗的能量为 一T中，忽略损耗，则电源提供的能量与负载消耗的能量相等，则 means: Buck可看作DCT(∵输出功率=输入功率)。 2．负载电流断续时 由式（3-6）、（3-7）得 由式（3-6）、（3-7）得 （3 （3-16） （3 （3-17） 电流断续条件： （3 （3-18） 输出电压平均值： （3 （3-19） 负载电流平均值 3.1.2 升压斩波电路（Booster Chopper/Converter）（see 图3-2） 定性定量分析 （3-20）? 稳态时，一个T （3-20） （3 （3-21） 对比Buck Chopper: [V通时，E向L充电，充电电流恒为I1，同时C向负载供电，因C值很大，输出电压uo为恒值/Uo。设V通的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为 ；V断时，E和L共同向C充电并向负载R供电。设V断的时间为toff，则此期间L释放能量为 ] ∵ T/toff1，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。 升压比：T/toff （3-22 （3-22） β和α的关系： （3-23） （3-23） ?以上分析中，认为V通态期间因电容C的作用使得输出电压Uo不变，但实际C≠∞，在此阶段其向负载放电，Uo必然会有所下降，故实际输出电压会略低； 忽略电路的损耗，电源提供的能量仅由R消耗，即 （3 （3-24） means: Booster可看成DCT（∵输出功率=输入功率）。 （3-25）结合式（3-23）, （3-25） （3-26）由式（3-24）, （3-26） 图3-2 B 图3-2 Booster电路图 典型应用（see 图3-3） 直流电动机传动； 单相功率因数校正（PFC）电路； 其他交直流电源中 图 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 a） 电路图 b） 电流连续时 c） 电流断续时 （1） 用于直流电动机传动 通常是用于直流电动机再生制动