河海大学电力电子第03章 直流斩波电路

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1、第3章直流斩波电路3.1基本斩波电路3.2复合斩波电路本章小结1第3章直流斩波电路·引言直流斩波电路（DCChopper）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/DCConverter）。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（chopper）：Buck、Boost、Boost-Buck、Cuk、Sepic和Zetachopper。复合斩波电路——不同结构基本斩波电路组合。多相多重斩波电路——相同结构基本斩波电路组合。2第3章直流斩波电路·引言直流斩波电路工作原理斩波输

2、出直流平均电压：Uo=aUs斩波电路输出功率：Po=UoIo斩波电路输入功率：Ps=UsI1忽略其他损耗，可看作直流变压器：UoIo=UsI133.1基本斩波电路3.1.1降压斩波电路3.1.2升压斩波电路3.1.3升降压斩波电路和Cuk斩波电路3.1.4Sepic和Zeta斩波电路(略)43.1.1降压斩波电路电路结构全控型器件，多为IGBT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)电源输出能量等于负载消耗能量i153.1.1降压斩波电路工作原理t=0时刻驱动V导通，电源E向

3、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。c)电流断续时的波形EV+-MRLVDioEMuotttooob)电流连续时的波形TEuGEtontoffioi1i2I10I20t1uooootttTEEuGEtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMa)电路图图3-1降压斩波电路的原理图及波形6数量关系电流连续负载电压平均值：（3-1）（3-2）ton——V通的时间toff——V断的时间a——导通占空比电

4、流断续，Uo被抬高，一般不希望出现。负载电流平均值：3.1.1降压斩波电路7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。ton和T都可调，改变占空比—混合型。此种方式应用最多基于“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3.1.1降压斩波电路8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。输出功率等于输入功率

5、，可将降压斩波器看作直流降压变压器。3.1.1降压斩波电路93.1.2升压斩波电路升压斩波电路（BoostChopper）保持输出电压储存电能电路结构1)升压斩波电路的基本原理电感的存储能量等于其释放能量10工作原理假设L和C值很大。V处于通态时，电源E向电感L充电，电流恒定I1，电容C向负载R供电，输出电压Uo恒定。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。0uGE0ioI1图3-2升压斩波电路及工组波形a)电路图b)波形3.1.2升压斩波电路11数量关系设V通态的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为EI1ton设V断态的时

6、间为toff，则此期间电感L释放能量为(Uo-E)I1toff稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等：化简得：T/toff>1，输出电压高于电源电压，故为升压斩波电路。T/toff>1——升压比；升压比的倒数记作b，即b=toff/T。b和a的关系：a+b=13.1.2升压斩波电路12电压升高的原因：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：EI1=UoIo。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：电源电流的平均值I1为：3.1.2升压斩波电

7、路132)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电路三是用于其他交直流电源中ttTEioob)电流连续时a)电路图i1i2I10I20I10tontofftoToEtc)电流断续时uoioi1i2t1t2txtontoffI20uo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。电动机电枢电流连续和断续两种工作状态。直流电源的电压基本是恒定的，不必并联电容器。14数量关系当V处于通态时，设电动机电枢电流为i1，得下式：当V处于断态时，设电动机电枢电流为i2，得下式：当

8、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