DC_DC电路转换原理(含计算方式)

第三章 第 24 页
3.1.2 升压斩波电路
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；
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
EI1 U o Io
（3-24）
（3-1）
ton——V通的时间 toff——V断的时间 α--导通占空比
Uo最大为E ，减小占空比α ，Uo随之减小。因此 称为降压斩波电路。
负载电流平均值：
Io

Uo
- EM R
（3-2）
电流断续时，Uo被抬高，电机机械特性变软，一般 不希望出现 。
图3-1 降压斩波电路的原理图及波形
第三章 第 16 页
L上积蓄的能量为 EI1ton
V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 Uo - E I1toff
稳态时，一个周期T中L积蓄 能量与释放能量相等。
E
V
C
iG
iG
a)
O io
I1 O
b)
图3-2 升压斩波电路及其工作 波形
uo R
t t
I10
I20
I10
a） 电路图 b） 电流连续时 O ton
toff
t
c） 电流断续时
T b)
O
t
io
i1
i2
I20
O
ton
t1 tx t2
t
toff
T
c)
第三章 第 26 页
3.1.2 升压斩波电路
用于直流电动机传动时 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； 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； 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。
m E R
Uo - Em R
（3-19）第三章 第 21 页
3.1.2 升压斩波电路
升压斩波电路工作原理（boost变换器）
L
VD
假设L值很大，C值也很大；
i1
io
E
V
C
uo R
V通时，E向L充电，充电电流恒为I1，同
iG
时C的电压向负载供电，因C值很大，输出
iG
a)
电压uo为恒值，记为Uo。设V通的时间为
（3-20）
化简得：
Uo

ton toff toff
E
T
toff
E
（3-21）
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
第三章 第 22 页
3.1.2 升压斩波电路
工作原理 假设L值很大，C值也很大 ；
L
VD
i1
io
V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
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。
根 据 电 路 结 构 并 结 合 式 （ 3 - 2 3 ） 得 出 输 出 电 流 的 平 均 值 Io 为
Io
Uo R

1

E R
（3-25)
由式（3-24）即可得出电源电流I1为：
I1
Uo E
Io

1
2
E R
（3-26）
第三章 第 25 页
3.1.2 升压斩波电路
2. 升压斩波电路的典型应用
一 是 用 于 直 流 电 动 机 传 动 ；
二 是 用 作 单 相 功 率 因 数 校 正（PFC）电路；
三是用于其他交直流电源
中。
uo
L
VD
M EM
V uo
E
a)
E
uo
E
O
t
i
i1
i2
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
电力变换
常见的电力变换种类
第三章 第 1 页
CLASSIFY COMPARE
第三章 第 2 页
COMPARE
第三章 第 3 页
BUCK
第三章 第 4 页
BOOST
第三章 第 5 页
BUCK/BOOST
第三章 第 6 页
HALF-FORWARD
第三章 第 7 页
FLYBACK
第三章 第 8 页
Io
Io
（3-14）
其值小于等于负载电流Io，由上式得: EI1=U0I0
（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。
第三章 第 20 页
3.1.1 降压斩波电路
m EM / E
t1
/

t1 T


T



负载电流断续的情况： I10=0，且t=tx时，i2=0，利用式（3-7）和式（3-6）
ton，此阶段L上积蓄的能量为EI 1ton
O io
t
V断时，E和L共同向C充电并向负载R供电。
I1 O
t
设V断的时间为toff，则此期间电感L释放能
b)
图3-2 升压斩波电路及其工作波形
量为 Uo - EI1toff
a）电路图 b）波形
稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量
相等：
EI1ton Uo - E I1toff
toff
T
。 β 和导通占空比α 有如下关系：
1
（3-22）
因此，式（3-21）可表示为
Uo

1
E

1 1-
E
（实际上，同学们只需记忆α即可） 升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因：
一是L储能之后具有使电压泵升的作用； 二是电容C可将输出电压保持。
（3-23）
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
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
基于“分段线性”的思想，对降压斩波电路 进行解析：
注 意 ： 直 流 电 源 侧 电流不连续。
图3-1 降压斩波电 路的原理图及波形
a）电路图 b）输 出电流连续时的波 形 c）输出电流断
续时的波形
第三章 第 15 页
3.1.1 降压斩波电路
基本数量关系
电流连续时，负载电压平均值
Uo

ton ton toff
E

ton T
E
E
（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。
第三章 第 19 页
3.1.1 降压斩波电路
从能量传递关系出发进行的推导（可以得到和前面一样的结果）：
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 EIoton ； 在整个周期T中，负载一直在消耗能量，消耗的能量为
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 第三章 第 14 页
工作原理
t=0 时 刻 驱 动 V 导 通 ，
电源E向负载供电，负 载流i电o按压指u数o=曲E，线负上升载；电
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 动小通常使串接的电 感L值较大。
PUSH-PULL
第三章 第 9 页
HALF-BRIDGE
第三章 第 10 页
FULL-BRIDGE
第三章 第 11 页
METHODS OF CONTROL
第三章 第 12 页
直流斩波电路
直流斩波电路（DC Chopper）
将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电； 也称为直接直流--直流变换器（DC/DC Converter）； 一般直流斩波是指直接将直流电变为另一直流电，不包括直


当V处于断态时，设电动机电枢电流为i2，得下式：
V通态期间，设负载电流为i1，可列出如下 方程：
L
d i1 dt

Ri1

EM

E
（3-3）
图3-1 降压斩波电路的原理章续时第的17波页形
3.1.1 降压斩波电路
设此阶段电流初值为I10，=L/R，解上式得：
i1

-t
I10e

E - EM R
1
-
-t
e


(3 - 4)
V断态期间，设负载电流为i2，可列出如下方程：
L
d i2 dt

Ri2

EM

0
（3-5）
设此阶段电流初值为I20，解上式得：
i2

-t
I20e
-
EM R
-t 1- e

(3 - 6)
当电流连续时，有：
I10 i2(t2)
I20 i1(t1)
(3- 7) (3 - 8)