电子电力技术斩波的应用及其重要性斩波的应用及其重要性

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1、电子电力技术斩波的应用及其重要性摘要：电力电子电路的基本作用是进行电能的变换与控制，即将一定形式的输入电能变换成另外一种形式的电能输出，从而满足不同负载的要求。电能的形式可以分为交流和直流两种类型，因此根据输入、输出的不同形式，可将电力电子电路分为四大类型，即AC－DC变换器、DC－AC变换器、DC－DC变换器、AC－AC变换器，本文主要介绍其中的DC－DC变换器，有时也称为直流斩波器。本文主要叙述了斩波的概念、基本原理、电路原理以及它的应用。关键词：斩波；斩波器；降压式变换器；升压式变换器前言：斩波（Chopper），将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流

2、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。斩波简介：直流斩波电路（DCChopper）种类：有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。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式，Ts（周期）不变，改变Ton（通用，Ton为开关每次接通的时间），二是频率调制方式，Ton不变，改变Ts（易产生干扰）。一、斩波器的基本原理：直流斩波器乃利用功率组件对固定电压之电源做适当之切割以达成负载端电压改变之目的。若其输出电压较

3、输入之电源电压低，则称为降压式(Buck)直流斩波器，若其输出电压较输入之电源电压高，则称为升压式(Boost)直流斩波器；当直流斩波器导通(Ton)时，负载端之电压Vo等于电源电压Vs，当直流斩波器截止(Toff)时，负载端之电压Vo为0，如此适当的控制直流斩波器可使直流电源断续的出现在负载测，只要控制直流斩波器的导通时间，即可改变负载的平均电压。由图1.1(b)可看出输出电压之峰值等于电源电压Vs，而输出电压之平均值Vo随Ton之时间而变。而最常见之改变方式为1.周期T固定，导通时间Ton改变，称脉波宽度调变。2.导通时间Ton固定，周期T改变，称频率调变

4、。3.周期T及导通时间Ton同时改变，即波宽调变及频率调变混合使用。在实际应用中，因直流斩波器常需在负载端接上滤波电感及滤波电容，若频率改变过大对电感及电容影响大，因此多数采用脉波宽度调变。直流斩波器依负载电压及负载电流极性来区分可分为下列三种︰1.单象限直流斩波器。2.两象限直流斩波器。3.四象限直流斩波器。(1)最基本的斩波电路如图1所示，斩波器负载为R。当开关S合上时，UOUT=UR=UIN，并持t1时间。当开关切断时UOUT＝UR＝0，并持续莎2时间，T＝t1＋t2为斩波器的工作周期，斩波器的输出波形如图1（b）所示。定义斩波器的占空比D＝t1／T，t

5、1，为斩波器导通时间，T为通断周期。通常斩波器的工作方式有两种：一是脉宽调制工作方式，即维持t1不变，改变T；二是脉频调制工作方式，即维持T不变，改变t1。当占空比D从0变到1时，输出电压的平均值从零变到UIN，其等效电阻也随着D而变化。　　 图1降压斩波电路原理（2）降压式变换器：　　如图2所示的直流变换器在使用时的输出纹波较大，为降低输出纹波，可在输出端接入电感L、电容C，如图2所示。图中的VD1为续流二极管。降压（Buck）式变换器的输出电压平均值UOUT总是小于输入电压UIN。电路中通过电感的电流（iL）是否连续，取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数

6、值。　　图2降压式（Buck）变换器当电路工作频率较高时，若电感和电容量足够大并为理想元件，则电路进入稳态后，可以认为输出电压为常数。当晶体管VT1导通时，电感中的电流呈线性上升，因而有式中，ton为晶体管导通时间；iOUT（max）为输出电流的最大值；iOUT（min）为输出电流的最小值；Δion为晶体管导通时间内的输出电流变量。当晶体管截止时，电感中的电流不能突变，电感上的感应电动势使二极管导通，这时式中，toff为晶体管截止时间；Δioff为晶体管截止时间内的输出电流变量。在稳态时式中，Δi为输出电流变量。因为电感滤波保持了直流分量，消除了谐波分量，故输

7、出电流平均值为式中，R为负载电阻。（3）升压式变换器　　 图3为升压式DC／DC变换器，它由功率晶体管VT1、储能电感L、二极管VD1及滤波电容C组成。当功率晶体管导通时，电源向电感储能，电感电流增加，感应电动势为左正右负，负载Z由电容C供电。当VT1截止时，电感电流减小，感应电动势为左负右正，电感释放能量，与输人电压一起顺极性经二极管向负载供电，并同时向电容充电。这样就把低压直流变换成了高压直流。在电感电流连续的条件下，电路工作于如图3（b）所示的两种状态。　　图3升压式（Boost）DC／DC变换器①当晶体管导通、二极管截止（即0≤t≤t1）期间，t1＝0

8、～DT。t＝0时刻，VT1导通，电感中