3.直流斩波电路

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1、PowerElectronics广东工业大学第3章直流斩波电路3.1基本斩波电路3.2复合斩波电路和多相多重斩波电路1PowerElectronics广东工业大学第3章直流斩波电路直流斩波电路（直流--直流变换器）将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电（不包括直流—交流—直流）直流斩波电路的种类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Zeta斩波电路，其中前两种是最基本的电路复合斩波电路——不同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2PowerElectronics广东工业大学3.1基本

2、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3PowerElectronics广东工业大学3.1.1降压斩波电路图3-1降压斩波电路的原理图及波形a)电路图V为该电路全控型器件，若采用晶闸管，需设置使其关断的辅助电路。为在V关断时给负载中的电感电流提供通道，设置了续流二极管VD。斩波电路用途之一是拖动直流电机，也可带蓄电池负载，负载均会出现的反电动势。4PowerElectronics广东工业大学当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

3、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，通常串接L值较大的电感。当电路工作于稳定时，负载电流在一个周期的初值和终值相等。tttOOOb)TEuGEtontoffioi1i2I10I20t1uo图3-1降压斩波电路的原理图及波形b)电流连续时的波形5PowerElectronics广东工业大学（3-1）（3-2）负载电压平均值为式中，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（简称占空比或导通比）。降压斩波电路（Buck变换器）输出到负载的电压

4、平均值U0最大为E，若减小占空比a，则U0随之减小。负载电流平均值为6PowerElectronics广东工业大学OOOtttTEEc)uGEtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEM图3-1降压斩波电路的原理图及波形c)电流断续时的波形负载中L值较小，则在V关断后，到了t2时刻，负载电流已衰减为零，会出现负载电流断续，由波形可见，负载电压uo平均值会抬高，一般不希望出现电流断续的情况。7PowerElectronics广东工业大学斩波电路三种控制方式1）脉冲宽度调制（PWM脉冲调宽型)保持开关周期T不变，调节开关导通时间ton2)频率调制（调平型）保持开关导

5、通时间ton不变，改变开关周期T混合型ton和T都可调，占空比改变V为通态期间，设负载电流为i1，可列出如下方程设此阶段电流初值为I10，=L/R，解上式得（3-3）（3-4）8PowerElectronics广东工业大学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，解上式得当电流连续时，有I10=i2(t2)I20=i1(t1)V进入通态时的电流初值就是V在断态阶段结束时的电流值，反过来，V进入断态时的电流初值就是V在通态阶段结束时的电流值。（3-5）（3-6）（3-7）（3-8）9PowerElectronics广东工业大学由式（3-4

6、）、（3-6）、（3-7）和（3-8）得出（3-9）（3-10）式中；；将式（3-9）和式（3-10）用泰勒级数近似，可得上式表示了平波电抗器L为无穷大，负载电流完全平直时的负载电流平均值Io，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。（3-11）10PowerElectronics广东工业大学从能量传递关系推导得，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EI0ton。从负载看，在整个周期T中负载一直在消耗的能量为(RI2T+EMIoT)。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，即o（3-12）（3-13）假设L值无穷大

7、，且负载电流平直，假设电源电流平均值为I1，则有（3-14）11PowerElectronics广东工业大学I1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假如负载中L值较小，可能出现负载电流断续，电流断续时有I10=0、且t=ton+，i2=0，利用式（3-7）和式（3-6）可求出tX为电流断续时，tx