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第第3章章 直流斩波电路直流斩波电路目目 录录3.1基本斩波电路基本斩波电路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3.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路 3.2复合斩波电路和多相多重斩波电路复合斩波电路和多相多重斩波电路3.2.1 电流可逆斩波电路 3.2.2 桥式可逆斩波电路3.2.3多相多重斩波电路本章小结本章小结第三章第三章 直流斩波电路直流斩波电路v直流斩波电路（DC Chopper）Ø将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电Ø也称为直接直流--直流变换器（DC/DC Converter）Ø一般是指直接将直流电变为另一直流电，不包括直流—交流—直流Ø习惯上，DC—DC变换器包括以上两种情况，且甚至更多地指后一种情况 v直流斩波电路的种类Ø6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Ø复合斩波电路——不同基本斩波电路组合Ø多相多重斩波电路——相同结构基本斩波电路组合 ■3.1 基本斩波电路基本斩波电路v重点介绍最基本的两种基本电路---降压斩波电路和升压斩波电路■3.1.1 降压斩波电降压斩波电路路v斩波电路的典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载，两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中EM所示 图3-1 降压斩波电路的原理图及波形a）电路图   b）电流连续时的波形   c）电流断续时的波形v工作原理工作原理 Øt=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按指数曲线上升Øt=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使串接的电感L值较大 ■3.1.1 降压斩波电降压斩波电路路v数量关系数量关系Ø电流连续时电流连续时，负载电压平均值 （3-1）ton——V通的时间 toff——V断的时间 a--导通占空比占空比 Uo最大为E ，减小占空比a，Uo随之减小因此称为降压降压斩波电路 负载电流平均值 （3-2）v电流断续时，电流断续时，Uo被抬高，一般不希望出现 图3-1 降压斩波电路的原理图及波形a）电路图   b）电流连续时的波形   c）电流断续时的波形■3.1.1 降压斩波降压斩波电路电路v斩波电路三种控制方式（根据对输出电压平均值进行调制的方式不同而划分）1.T不 变 ， 变 ton —脉 冲 宽 度 调 制（PWM）2.ton不变，变T —频率调制3.ton和T都可调，改变占空比—混合型图3-1 降压斩波电路的原理图及波形a）电路图   b）电流连续时的波形   c）电流断续时的波形v基于“分段线性”的思想，对降压斩波电路进行解析       V通通态态期期间间，设负载电流为i1，可列出如下方程：               （3-3）■设此阶段电流初值为I10，=L/R，解上式得 V断态期间断态期间，设负载电流为i2，可列出如下方程：（3-5） 设此阶段电流初值为I20，解上式得：当电流连续时，有：图3-1 降压斩波电路的原理图及波形a）电路图   b）电流连续时的波形   c）电流断续时的波形3.1.1 降压斩波电路降压斩波电路■即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。

由式（3-4）、（3-6）、（3-7）、（3-8）得出： （3-9） （3-10）式中: ； ； 由图3-1b可知，I10和I20分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值把式（3-9）和式（3-10）用泰勒级数近似，可得 （3-11）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3.1.1 降压斩波电路降压斩波电路■v从能量传递关系出发进行的推导Ø 由于L为无穷大，故负载电流维持为Io不变Ø电源只在V处于通态时提供能量，为Ø在整个周期T中，负载一直在消耗能量，消耗的能量为Ø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 （3-12）则 （3-13） 在上述情况中，均假设L值为无穷大，负载电流平直的情况。

这种情况下，假设电源电流平均值为I1，则有 （3-14）其值小于等于负载电流Io，由上式得 （3-15）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 3.1.1 降压斩波电路降压斩波电路■ 负负载载电电流流断断续续的的情情况况：： I10=0，且t=tx时，i2=0，利用式（3-7）和式（3-6）可求出tx为： （3-16）电流断续时，tx1，_输出电压高于电源电压，故称该电路为升压升压斩波电路3.1.2 升压斩波电路 v工作原理Ø假设L值很大，C值也很大 ØV通时，E向L充电，充电电流恒为I1，同时C的电压向负载供电，因C值很大，输出电压uo为恒值，记为Uo。

设V通的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为ØV断时，E和L共同向C充电并向负载R供电设V断的时间为toff，则此期间电感L释放能量为图3-2  升压斩波电路及其工作波形a）电路图        b）波形 ■3.1.2 升压斩波电路升压斩波电路1.升压斩波电路的基本原理升压斩波电路的基本原理v工作原理Ø 假设L值很大，C值也很大ØV通时，E向L充电，充电电流恒为I1，同时C的电压向负载供电，因C值很大，输出电压uo为恒值，记为Uo设V通的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为ØV断时，E和L共同向C充电并向负载R供电设V断的时间为toff，则此期间电感L释放能量为Ø稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等 （3-20）图3-2  升压斩波电路及其工作波形a）电路图        b）波形■化简得： （3-21），输出电压高于电源电压，故称该电路为升升压压斩波电路也称之为boost变换器——升压比，调节其大小即可改变Uo大小，调节方法与3.1.1节中介绍的改变导通比a的方法类似将升压比的倒数记 作b ，即。

b 和导通占空比a有如下关系： （3-22）因此，式（3-21）可表示为 （3-23）v升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因Ø一是L储能之后具有使电压泵升的作用Ø 二是电容C可将输出电压保持住3.1.2 升压斩波电路升压斩波电路■Ø以上分析中，认为V通态期间因电容C的作用使得输出电压Uo不变，但实际C值不可能无穷大，在此阶段其向负载放电，Uo必然会有所下降，故实际输出电压会略低Ø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 （3-24）Ø该式表明，与降压斩波电路一样，升压斩波电路也可看成是直流变压器Ø根 据 电 路 结 构 并 结 合 式 （ 3-23） 得 出 输 出 电 流 的 平 均 值 Io为 （3-25)Ø由式（3-24）即可得出电源电流I1为： （3-26） 3.1.2 升压斩波电路升压斩波电路■2. 升压斩波电路的典型应用升压斩波电路的典型应用Ø一是用于直流电动机传动Ø二是用作单相功率因数校正（PFC）电路Ø 三是用于其他交直流电源中图3-3  用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形a） 电路图     b） 电流连续时c） 电流断续时3.1.2 升压斩波电路升压斩波电路■v 用于直流电动机传动时Ø通常是用于直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源Ø实际电路中电感L值不可能为无穷大，因此该电路和降压斩波电路一样，也有电动机电枢电流连续和断续两种工作状态Ø此时电机的反电动势相当于图3-2电路中的电源，而此时的直流电源相当于图3-2中电路中的负载。

由于直流电源的电压基本是恒定的，因此不必并联电容器 3.1.2 升压斩波电路升压斩波电路■v 电路分析V处于通态时，设电动机电枢电流为i1，得下式 （3-27）式中R为电机电枢回路电阻与线路电阻之和设i1的初值为I10，解上式得(3-28)当V处于断态时，设电动机电枢电流为i2，得下式： （3-29）设i2的初值为I20，解上式得： （3-30） 3.1.2 升压斩波电路升压斩波电路■当电流连续时，从图3-3b的电流波形可看出，，t=ton时刻i1=I20，t=toff时刻i2=I10，由此可得： （3-31） （3-32）由以上两式求得： （3-33） （3-34） 3.1.2 升压斩波电路升压斩波电路■与降压斩波电路一样，把上面两式用泰勒级数线性近似，得 （3-35）该式表示了L为无穷大时电枢电流的平均值Io，即 （3-36）该式表明，以电动机一侧为基准看，可将直流电源看作是被降低到了 。

3.1.2 升压斩波电路升压斩波电路■当电枢电流断续时的波形如图3-3c所示当t=0时刻i1=I10=0，令式（3-31）中I10=0即可求出I20，进而可写出i2的表达式另外，当t=t2时，i2=0，可求得i2持续的时间tx，即 （3-37）当tx

于是： （3-40）所以输出电压为： （3-41）■Ø改变导通比a，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低当0

开关S合向A点的时间为V处于断态的时间toff，则电容电流和时间的乘积为I1 toff由此可得 （3-46）Ø从而可得 （3-47） Cuk斩波电路斩波电路■当电容C很大使电容电压uC的脉动足够小时，输出电压Uo与输入电压E的关系可用以下方法求出当开关S合到B点时，B点电压uB=0，A点电压uA= - uC；相反，当S合到A点时，uB= uC，uA=0因此，B点电压uB的平均值为（UC为电容电压uC的平均值），又因电感L1的电压平均值为零，所以另一方面，A点的电压平均值为 ，且L2的电压平均值为零，按图3-5b中输出电压Uo的极性，有 Cuk斩波电路斩波电路■于是可得出输出电压Uo与电源电压E的关系： （3-48）这一输入输出关系与升降压斩波电路时的情况相同v优优点点（与升降压斩波电路相比）：输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波Cuk斩波电路斩波电路■3.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路 Ø图3-6分别给出了Sepic斩波电路和Zeta斩波电路的原理图。