第3章__直流斩波电路

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1、第3章直流斩波电路（DC/DC变换）直流斩波电路有时也称为直流-直流变换器。它的功能是将直流电转变为另一固定电压或可调电压的直流电。它的种类较多，包括6种基本斩波电路：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Zata斩波电路。其中降压斩波电路和升压斩波电路是最基本的电路。3.1基本斩波电路3.2复合斩波电路和多相多重斩波电路3.1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斩波电路和Zeta斩波电路3.1.1降压斩波电路（BuckChopper）图3

2、-1降压斩波电路的原理图及波形根据图中的控制信号原理知：◆在t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压u0=E，负载电流i0按指数曲线上升。◆当t=t1时刻，控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压u0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，通常串接L值较大的电感。◆至一个周期结束，重复上一周期过程，直至稳态。能量关系当电路工作于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，此时负载电压的平均值为：………(3-1)式中，ton为V处于通态的时间；toff为Ｖ处于断态的时间；T为开关周期；a为导通占空比。由此式知，输出到负载的电压

3、平均值U0的最大值为E，若减小占空比a，则U0随之减小。因此，该电路称为降压斩波电路。也有很多文献中直接使用其英文名称，称为Buck变换器。负载平均电流为：…………(3-2)若负载中L值较小，则在Ｖ关断后，到了t2时刻，负载电流已衰减至零，会出现负载电流断续的情况。此时输出电压U0的平均值就会被抬高，一般不希望电流出现断续情况。根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路可有三种控制方式：⑴保持开关周期T不变，调节开关导通时间ton，称为脉冲宽度调制(PulseWidthModulation，缩写为PWM)，或脉冲调宽型。⑵保持开关导通时间ton不变，改变开

4、关周期T，称为频率调制或调频型。⑶ton和T都可调，使占空比改变，称为混合型。其中第1种方式应用最多。基于电力电子实质上是分时段线性电路这一思想，对降压斩波电路进行解析。在V处于通态期间，设负载电流为i1，则列出如下方程：，设此阶段电流初值为I10，τ=L/R解上式得：在V处于断态期间，设负载电流为i2，可列出如下方程：设此阶段电流初值为I20，解得：。当电流连续时，有：I10=i2(t2)，I20=i1(t1)。由此可得到：，式中有：。将上面的两个式子用泰勒级数近似可得：上式表明，当平波电抗器L为无穷大，负载电流完全平直时的负载电流平均值I0。此时负载最大、最

5、小电流均等于平均值。以上能量关系的简单推导由于L无穷大，故负载电流维持为I0不变。电源只在V处于通态时提供能量，为EI0ton。从负载看，在整个周期T中负载一直在消耗能量，消耗的能量为（）。一周期中，忽略电路中的损耗，则电源提供的能量与负载消耗的能量相等，即：则与前面计算的结论一致。由于负载电流平直，假设电源电流平均值为I1，则有：其值小于等于负载电流I0，由上式得：即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。若负载中L值较小，则有可能出现负载电流断续的情况。电流断续时有I10=0，且t=ton+tx时，i2=0，利用前面的式子可求得：电流断续时

6、，tx

7、1ton。当V处于断态时E和L共同向电容C充电，并向负载R提供能量。设V处于断态的时间为toff，则在此期间电感L释放的能量为(U0-E)I1toff。图3-2升压斩波电路及其工作波形a)电路图b)波形当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等，即：EI1ton=(U0-E)I1toff化简得：上式中的T/toff≥1，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。也有的文献中直接采用其英文名称，称为Boost变换器。式中T/toff表示升压比，调节其大小，即可改变输出电压U0的大小。若将升压比的倒数记作β，即β=toff/T，则β与导通

8、占空比α的关系为：α+β