第3章 直流斩波电路新

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1、第3章DC/DC变换电路·引言DC/DC变换电路（DC/DCConverter）将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。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。两类：按输入与输出间是否有电气隔离非隔离DC/DC变换电路（不带隔离变压器)，也称直流斩波电路。隔离DC/DC变换电路（带隔离变压器)13.1直流斩波电路6种基本斩波电路：降压（Buck）斩波电路、升压（Boost）斩波电路、升降压（Buck-Boost）斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。23.1.1斩波电路的基本控制方

2、式DC-DC变换是采用一个或多个开关（功率开关器件）将一种直流电压变换为另一种直流电压。当输入直流电压大小恒定时，则可控制开关的通断时间来改变输出直流电压的大小。如果开关S导通时间为ton，关断时间为toff，则在输入电压E恒定条件下，控制开关的通、断时间ton、toff的相对长短，便可控制输出平均电压U0的大小，实现了无损耗直流调压。从工作波形来看，相当于是一个将恒定直流进行“斩切”输出的过程，故称斩波器。3一、时间比控制通过改变斩波器的通、断时间而连续控制输出电压的大小。即（3-1）式中T=ton+toff=1/f为斩波周期

3、；f为斩波频率；为导通比。可以看出，改变导通比即可改变输出电压平均值U0，而的变化又是通过对T、ton控制实现的。时间比控制又有以下几种实现方式：4（1）脉宽控制斩波频率固定（即T不变），改变导通时间ton实现变化、控制输出电压U0大小，常称定频调宽，或脉宽调制（直流PWM）。图3-2脉宽控制方式（a）原理电路；（b）控制波形5图（a）为一电压比较器，UT为频率固定的锯齿波或三角波电压，Uc为直流电平控制信号，其大小代表期望的斩波器输出电压平均值U0。当Uc>UT，比较器输出UPWM=“1”（高）；当Uc

4、（低），从而获得斩波器功率开关控制信号UPWM。改变Uc大小，改变斩波器开关导通时间，在UT固定条件下，斩波器开关频率固定，实现了定频调宽。6由于斩波器开关频率固定，这种控制方式下为消除开关频率谐波的滤波器设计提供了方便。（2）频率控制固定斩波器导通时间ton，改变斩波周期T来改变导通比的控制方式。这种方式的实现电路比较简单，但由于斩波频率变化，消除开关谐波的滤波电路较难设计。（3）混合控制这是一种既改变斩波频率（即周期T）、又改变导通时间ton的控制方式，其优点是可较大幅地改变输出电压平均值，但也由于斩波频率变化，滤波困难。7

5、二、瞬时值控制在恒值（恒压或恒流）控制或波形控制中，常采用瞬时值控制的斩波方式。此时将期望值或波形作为参考值，规定一个控制误差ε，当斩波器实际输出瞬时值达指令值上限时，关断斩波器；当斩波器实际输出瞬时值达指令值下限时，导通斩波器，从而获得围绕参考值在误差带2ε范围内的斩波输出。下图为实现恒流瞬时值控制原理性框图及斩波器输出波形。83.1.2降压斩波电路电路结构主要应用于开关稳压电源，直流电机速度控制，以及需要直流降压变换的场合。降压斩波电路(BuckChopper)全控型器件若为晶闸管，须有辅助关断电路。续流二极管L-C形式的低

6、通滤波电路负载电阻9电感电流iL可能连续或断续，影响变换器的输出特性。分别讨论1、电流连续时10输入、输出电压关系为：（3-2）因，故为降压变换关系。输入、输出电流关系为（3-3）因此电流连续时Buck变换器完全相当于一个“直流”变压器。112、电流断续时电流连续与否的临界状态是VT关断结束时（或导通开始时）电感电流iL=0。12Buck变换器电流断续运行状态时的波形如图所示。图3-7电流断续时波形13■例3-1在3.1.2所示的降压斩波电路中，已知E=200V，R=10Ω，L值极大，T=50μs，ton=20s,计算输出电压

7、平均值Uo，输出电流平均值Io。解：由于L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为输出电流平均值为143.1.3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一)升压斩波电路的基本原理151、电流连续时电感电流连续iL>0时，有关波形及VT导通、关断两工作模式下的等效电路。16Boost变换器的输入、输出电压关系为因为，故为升压变换关系。变换器的输入、输出电流关系为因此电流连续时Boost变换器相当一个升压的“直流”变压器。172、电流断续时随着负载的减小，电感电流iL将减小。当VT关断结束

8、时（或导通开始时）iL=0，则进入电流连续与否的临界状态，其电感电压uL、电感电流iL波形如下。18■例3-2在3.1.3所示的升压斩波电路中，已知E=50V，L值和C值极大，R=20，采用脉宽调制控制方式，当T=40s，ton=25s时，计算输出电压平均