第4章直流斩波电路2012.

《第4章直流斩波电路2012.》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、《电力电子技术》第4章第4章　直流斩波电路直流斩波电路是一种将电压恒定的直流电变换为电压可调的直流电的电力电子变流装置，亦称直流斩波器或DC/DC变换器。用斩波器实现直流变换的基本思想是通过对电力电子开关器件的快速通、断控制把恒定的直流电压或电流斩切成一系列的脉冲电压或电流，在一定滤波的条件下，在负载上可以获得平均值可小于或大于电源的电压或电流。如果改变开关器件通、断的动作频率，或改变开关器件通、断的时间比例，就可以改变这一脉冲序列的脉冲宽度，以实现输出电压、电流平均值的调节。早在1940年德国人采用机械开关通断的思想来调节直流电压以控制直流电动机的转速，1960年美国人把晶

2、体管斩波器用于控制柴油发电机的励磁系统，1963年德国人把晶闸管斩波器用于控制蓄电池车。早期主要应用于城市电车，地铁、电动汽车等直流牵引调速控制系统中。随着自关断电力电子开关器件和脉宽调制(PulseWidthModulation—PWM)技术的不断发展，直流斩波器具有效率高、体积小、重量轻、成本低等显著优点，广泛应用于开关电源、有源功率因数校正、超导储能等新技术领域。一般来说，直流斩波电路有两类不同的应用领域：一类负载是要求输出电压可在一定范围内调节控制，即要求电路输出可变的直流电压，例如直流电动机负载，为了改变其转速，要求可变的直流电压供电；另一类负载则要求无论在电源电压

3、变化或负载变化时，电路的输出电压都能维持恒定不变，即输出一个恒定的直流电压，如开关电源等。这两种不同的要求均可通过一定类型的控制系统根据反馈控制原理实现。直流斩波电路的种类较多，根据其电路结构及功能分类，主要有以下4种基本类型：降压(Buck)斩波电路、升压(Boost)斩波电路、升降压(Buck-Boost)斩波电路、丘克(Cuk)斩波电路，其中前两种是最基本的电路，后两种是前两种基本电路的组合形式。由基本斩波电路衍生出来的Sepic斩波电路和Zeta斩波电路也是较为典型的电路。利用基本斩波电路进行组合，还可以构成复合斩波电路和多相多重斩波电路。本章将详细介绍基本斩波电路的

4、工作原理和稳态工作特性，对其它电路作一般性的原理分析。为了获得各类直流斩波电路的基本工作特性而又简化分析，在本章的分析中，都假定直流斩波电路是理想的，即满足以下条件：（1）开关器件和二极管从导通变为阻断，或从阻断变为导通的过渡时间均为零。（2）开关器件的通态电阻为零，电压降为零。断态电阻为无限大，漏电流为零。（3）电路中的电感和电容均为无损耗的理想储能元件，且电感量和电容量均为足够大。（4）线路阻抗为零。无特殊说明时电源的输入功率等于输出功率。4.1直流斩波电路的工作原理最基本的直流斩波电路如图4.1(a)所示，图中S是可控开关，R为纯电阻负载。当S闭合时，输出电压；当S关断

5、时，输出电压，输出波形如图4.1(b)所示。假设开关S通断的周期TS不变，导通时间为，关断时间为，则输出电压的平均值可表示为（4.1）(a)电路(b)电压波形图4.1最简单直流斩波电路图及输出电压波形45《电力电子技术》第4章由式（4.1）可知，在周期TS不变的情况下，改变就可以改变的大小。将S的导通时间与开关周期之比定义为占空比(Dutyratio)，用表示。则　　　　　（4.2）由于占空总是小于等于1，所以输出电压总是小于或等于输入电压E。因此，改变值就可以改变输出电压平均值的大小。而占空比的改变可以通过改变或TS来实现。通常直流斩波电路的控制方式有三种：(1)脉冲频率调

6、制控制方式：即维持不变，改变TS。在这种控制方式中，由于输出电压波形的周期或频率是变化的，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困难，输出波形谐波干扰严重，一般很少采用。(2)脉宽调制控制方式：即维持TS不变，改变。在这种控制方式中，输出电压波形的周期或频率是不变的，因此输出谐波的频率也是不变的，这使得滤波器的设计变得较为容易，并得到普遍应用。常把这种调制控制方式称为脉冲宽度调制(PulseWidthModulation，PWM)。(3)调频调宽混合控制方式：这种控制方式不但要改变和也要改变TS，其特点是：可以使大大提高输出的范围，但由于频率是变化的，也存在着设

7、计滤波器较难的问题。4.2基本直流斩波电路基本直流斩波电路是指降压(Buck)斩波电路、升压(Boost)斩波电路、升降压(Buck-Boost)斩波电路和丘克(Cuk)斩波电路。本节将对Sepic斩波电路和Zeta斩波电路一并给予介绍。4.2.1降压斩波电路降压斩波电路又称Buck斩波电路，该电路的特点是输出电压比输入电压低，而输出电流则高于输入电流。也就是通过该电路的变换可以将直流电源电压转换为低于其值的输出直流电压，并实现电能的转换。降压斩波电路的拓扑结构如图4.2(a)所示。图中S是开关器件，可