直流斩波电路
第5章 直流斩波电路
图5.21 Zeta斩波电路
图5.8 升压型斩波器主电路临界导通时的电压和电流的波形
5.3.2 连续导电模式
电流连续时升压型斩 波电路的工作波形如 图5.9所示。 输出电压
U0 T t o ff E 1 1 D E
图5.9 升压型斩波器电压与电流波形
5.3.3 断续导电模式
当E和D保持不变时， 若输出负载功率逐步 减小，其电流也逐步 减小。当小于临界电 流时，电流就会出现 断续，虽然电流峰值 ILm不变，但其输出 功率将减小。
图5.19 Cuk电路断续工作波形
5.6 其他形式斩波电路
5.6.1 Sepic斩波电路
5.6.2 Zeta斩波电路
5.6.1 Sepic斩波电路
图5.20是Sepic斩波电路的主 电路图。当VT处于通态时， E—L1—VT回路和C1—VT— L2回路同时导电，L1和L2储 能。VT处于断态时，E— L1—C1—VD—负载(C2和R) 回路及L2—VD—负载回路同 时导电，此阶段E和L1既向负 载供电，同时也向C1充电， C1储存的能量在VT处于通态 时向L2转移。 Sepic斩波电路的输入/输出关 系由下式给出： t E D E U
L
图5.5 断续状态下斩波器输出波形
5.2.4 输出电压纹波
斩波电路的输出端电 容不可能无穷大，而 是一个有限值，所以 输出电压含有脉动成 分。
图5.7 降压斩波电路的输出纹波
5.3 升压斩波电路(Boost电路)
5.3.1 电路结构与基本原理
5.3.2 连续导电模式 5.3.3 断续导电模式 5.3.4 输出电压纹波
5.2.1 电路结构与基本原理
假设VT、VD均为理想开关元件，并设VT的一个控制周期 为T。在t = 0时刻驱动VT导通，在ton导通期间内，电感L 中有电流通过，电流按指数曲线缓慢上升，负载电压等于 电源电压E。t = t1时刻，VT关断，负载电流经续流管VD 释能，输出电压近似为零，负载电流呈指数曲线下降。
直流斩波电路的性能研究(六种典型线路)
直流斩波电路是一种常用于电力电子器件中的控制电路，用于将直流电源转换成可控的脉冲电压输出，常用于调节、变换和逆变等应用中。
以下是六种典型的直流斩波电路及其性能研究：1. 单元斩波电路：单元斩波电路是最基本的斩波电路，通过单个开关器件（如晶闸管或晶体管）控制输出电压的开关，简单实用。
2. 双元斩波电路：双元斩波电路采用两个开关器件进行控制，可以提高输出电压的精度和稳定性，适用于一定功率范围内的应用。
3. 三元斩波电路：三元斩波电路引入第三个开关器件，通常用于中功率的直流斩波调节电路中，提高了输出波形的质量和稳定性。
4. 逆变斩波电路：逆变斩波电路是将直流输入转换为交流输出的电路，通过斩波技术实现对输出波形的调节和控制，适用于各种逆变器应用。
5. 多电平斩波电路：多电平斩波电路通过控制多个开关器件的状态，实现输出波形的多级调节，提高了输出波形的谐波失真程度和效率。
6. 多电压级斩波电路：多电压级斩波电路结构复杂，但能够实现更高精度的输出电压控制和更低的谐波失真，适用于高要求的功率电子应用。
性能研究包括但不限于以下几个方面：-效率和功率因数：研究直流斩波电路的效率和功率因数，评估其能量转换效率和功率因数对系统整体性能的影响。
-波形质量：分析输出波形的谐波含量、波形失真度等指标，评估直流斩波电路对输出波形的调节和控制能力。
-动态响应特性：研究直流斩波电路的动态响应特性，包括开关速度、响应时间等参数，评估其对系统动态性能的影响。
-稳定性和可靠性：考察直流斩波电路在不同工况下的稳定性和可靠性，包括温度变化、负载变化等条件下的性能表现。
-成本和复杂度：综合考虑直流斩波电路的成本和复杂度，评估其在实际应用中的经济性和可行性。
通过对六种典型直流斩波电路的性能研究，可以全面了解各种电路结构的优缺点，为选择合适的直流斩波电路结构和优化设计提供参考和指导。
直流斩波电路
图3-8 可关断晶闸管电极判别
（3）可关断晶闸管触发特性测试
如图3-9所示。将万用表置于R×1档，黑表笔 接可关断晶闸管的阳极A，红表笔接阴极G悬空，这 时晶闸管处于阻断状态，电阻应为无穷大（∞）， 如图3-9（a）所示。
（4）可关断晶闸管关断能力的初步检测
测试方法如图3-10所示。采用1.5V干电池一节， 普通万用表一只。
3.1.4绝缘栅双极晶体管
1．IGBT工作原理 由结构图可知，IGBT相当于一个由MOSFET
驱动的厚基区GTR。其剖面图见图3-21， N沟道IGBT的图形符号如图3-22所示。
图3-21 IGBT结构剖面图
图3-22 N-IGBT图形符号
2．IGBT主要特性
（1）静态特性
IGBT的静态特性包括转移特性和输出特性。
图3-16 功率MOSFET的输出特性
图3-17 功率MOSFET的转移特性
图3-18 功率MOSFET开关过程的电压波形
3．功率MOSFET 的主要参数 （1）通态电阻Ron （2）开启电压UGS（th） （3）跨导gm （4）漏源击穿电压BUDS （5）栅源击穿电压BUGS 4．功率MOSFET的安全工作区
IGBT的转移特性是描述集电极电流IC与栅射电压 UGE之间关系的曲线，如图3-23（a）所示。
图3-23（b）是以栅源电压UGE为参变量的IGBT正 向输出特性，也称伏安特性 。
（2）动态特性
IGBT的动态特性也称开关特性，包括开通和关 断两个部分，如图3-24所示。
图3-23 IGBT的静态特性曲线 （a）转移特性 （b）输出特性
图3-9 可关断晶闸管触发特性简易测试方法
图3-10 可关断晶闸管的Leabharlann 断能力测试3.1.2电力晶体管
直流斩波电路 PPT
√负载电流平均值为
Io
Uo
Em R
(5-2)
☞电流断续时，负载电压uo平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情 况。
5.1.1 降压斩波电路
◆斩波电路有三种控制方式
此种方式应 用最多
☞脉冲宽度调制（PWM）：T不变，改变ton。
☞频率调制：ton不变，改变T。
☞混合型：ton和T都可调，改变占空比
5.1.1 降压斩波电路
■例5-1 在图5-1a所示的降压斩
波电路中，已知E=200V， R=10Ω，L值极大，Em=30V， T=50μs，ton=20s,计算输出电
压平均值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
U otT on E2 5 02008 0(V 0)
➢ 在整个周期T中，负载消耗的能量为 Ro 2 T IE M Io T
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。
Eoto In Ro 2T IE M IoT
假设电源电流平均值为I1，则有
Io
EEM
R
I1 tTonIo Io
其值小于等于负载电流Io，由上式得
E1 I Eo IU oIo
☞主要用于电子电路的供 电电源，也可拖动直流电动机
或带蓄电池负载等，后两种情
况下负载中均会出现反电动势， 如图中Em所示。
3.1.1 降压斩波电路
2) 工作原理
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 上 升 。
t=t1 时 控 制 V 关 断 ， 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。
单片机第三章直流斩波电路n
滤波原理
直流斩波电路通过滤波电路对 高频脉冲进行滤波，得到稳定 的直流输出。
控制原理
直流斩波电路通过控制器对开 关元件的控制信号进行调节， 实现对输出的精确控制。
直流斩波电路的基本结构
控制器
控制器负责生成开关元件的控制 信号，用于调节电源的输出。
开关元件
滤波电路
开关元件是直流斩波电路的核心 部分，负责快速切换电源的输出。
优点
• 高效率 • 精确控制 • 能量回收
局限
• 电磁干扰 • 纹波幅度 • 成本较高
直流斩波电路的未来发展趋势
随着电力电子技术的不断进步，直流斩波电路将进一步提高电压和电流的调 节精度，降低纹波幅度，并应用于更广泛的领域，如新能源和电动汽车。
直流斩波电路的作用
电压/电流调节
直流斩波电路能够调节直流电源的输出电压或电流，满足特定的需求。
能量回收
直流斩波电路可实现电能的回收利用，减少能源的浪费。
电机驱动
直流斩波电路可用于控制电机的速度和转向，实现高精度的电机控制。
直流斩波电路的原理
切换原理
直流斩波电路通过开关元件的 快速切换，将直流电源的输出 转换为高频脉冲。
直流斩波电路
直流斩波电路是一种用于调节直流电源输出的电路，通过切换电源的开关来 改变输出电压或电流。
直流斩波电路的定义
1 调节直流电源
直流斩波电路可通过高频开关路由，调节直流电源的输出电压或电流。
2 重要组成部分
直流斩波电路主要由控制器、开关元件和滤波电路组成。
3 作为电源变换器
直流斩波电路也可以将直流电源转换为交流电源。
滤波电路对高频脉冲进行滤波， 使输出稳定且纹波尽可能小。
直流斩波电路的应用示例
5直流斩波电路
形式。
斩波器的电能变换功能是由电力电子器件的通/断控制实现的。用于斩波器的电力电子
器件可以是晶闸管，也可以是 IGBT 等全控器件。由于晶闸管没有自关断能力，采用晶闸
管构成斩波电路时，必须设置专门的强迫换流电路来实现关断，因此电路结构比较复杂。
而全控制型器件具有自关断能力，通过控制电路即可实现导通与关断的控制，故由全控型
期。斩波器的输出波形如图 5.1(b)所示。开关的导通时间与开关周期之比定义为斩波器的
占空比(Duty Ratio)D，即
D = ton T
(5.1)
(a)电路
(b)波形
图 5.1 斩波电路原理图
在斩波电路中，输入电压是固定不变的，通过调节开关的开通时间与关断时间，即调 节占空比，即可控制输出电压的平均值。
次导通为止。断续状态下斩波器输出波形如图 5.5
所示。
当负载电流断续时，电路中存在三种工作状
态。第一种情况是开关 VT 导通，续流管 VD 截止。
此阶段电感电流呈上升趋势。第二种情况是开关
VT 关断，续流管 VD 导通，电感通过续流二极管
释放储能，电感电流呈下降趋势。第三种情况是
开关 VT 处于关断状态，续流管 VD 也处于截止状
第 5 章 直流斩波电路
通过电力电子器件的开关作用，将恒定直流电压变为可调直流电压或将变化的直流电 压变换为恒定的直流电压的电力电子电路，称为直流斩波电路，相应的装置称为斩波器。斩 波器具有效率高、体积小、重量轻、成本低等优点，广泛应用于直流牵引变速拖动系统、可 调整直流开关电源、无轨电车、地铁列车中。本章首先介绍斩波电路的基本工作原理，并对 四种基本斩波电路的结构与工作情况进行分析，最后对其他形式的斩波电路做简要介绍。
直流斩波电路
精选课件
34
u1正半周：V1导通输出电压，V1关断时， V3续流；
u1负半周：V2导通；V2关断 时，V4续流。 可通过改变占空比α调节输出电压的大小。
通过谐波分析可知，电源电流中不含有低次 谐波，只含有和开关周期T成反比的高次谐波， 这些高次谐波用很小的滤波器即可滤除。电路的
第三章 直流斩波电路
将电压恒定不变的直流电变为电压 大小可调的直流电称为直流斩波。
常用的直流斩波电路包括：降压斩 波电路、升压斩波电路、升降压斩波电 路等，前两种电路应用广泛，而且是其 他斩波电路的基础。
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1
3 . 1 基本斩波电路
3．1．1 降压斩波电路
斩波电路的基本用途是拖动直流电动机， 也可带蓄电池负载，总之负载中都有反电势。
图示电路是三相三重斩波电路，由三个降压斩波 电路并联构成，总输出电流为三路电流之和。三个单 元电流的脉动幅值互相抵消，使总的输出电流脉动幅 值变的很小。所需平衡电抗器的重量减小。
此外采用多重多相电路还可使电路的可靠性提高， 当一路出现故障时，其余单元可继续运行。
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25
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26
第四章 交流控制电路和交交变频电路
时将机械能回馈电源； 当电流降为零后，使V2 V3导通，为电动机提供反向
电压电机反转，为反向电动运行； 当V2 V3关断时，电枢电流需经过VD2 VD3续流，同
时将机械能回馈电源； 此电路应防止V1 V2或V3 V4同时导通，否则会
出现短路现象。
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24
3．2．3 多相多重斩波电路
多相多重斩波电路是在电源和负载之间接入多个 结构相同的基本斩波电路而构成的如图。
精选课件
直流斩波电路
0 uL d t 0
V处于通态
uL = E
E ton Uo toff
V处于断态
uL = - uo
所以输出电压为： U o
ton toff
E ton T ton
E 1
E
升降压斩波电路和Cuk斩波电路
结论
当0<a <1/2时为降压，当1/2<a <1时为升压，故称作升
降压斩波电路。也有称之为buck-boost 变换器。
US
U0
L diL dt
L I ton
t=t1时刻，驱动V关断，在时间内， 电路工作于模式2。VD承受正向 电压而导通，电感L释放储能， 电感电流经VD续流，并呈指数规 律下降。电容C上旳电流为电感 电流与负载电流之差。假如L和C 参数选择合适，负载R上旳电流 基本维持不变，
U0
L
diL dt
L I T ton
因为L和C数值合适时，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 UsIoton 在整个周期T中，负载消耗旳能量为 RIo2T
一周期中，忽视损耗，则电源提供旳能量与负载消耗旳能量相等。
Us Ioton RIo2T
Us I1 Uo Io Uo Io
Io
U s
R
I1
U0
ton
T
t on T
△U
ton
0
T
开通 关断
t
i
0 t
图6.5 平均控制方式波形
3、时间比与瞬时值混合控制方式
此种控制方式是前面两种控制方式旳结合，合用于要求电 流（或电压）按时间比喻式输出，同步又要求控制输出电 流（或电压）瞬时值旳场合。
6.2 基本斩波电路
直流斩波电路
（1）直流-直流变流电路（DC-DC ）定义：将一种直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电的装置。
（2）常见的直流-直流变流电路为直流斩波电路。
（3）基本直流斩波电路为：降压斩波电路和升压斩波电路。
降压斩波电路电路原理图（1）包含全控型器件V ，由IGBT 组成。
（2）包含续流二极管VD ，作用是保证IGBT 关断时给负载中电感电流提供通道。
（3）负载：直流电动机，两端呈现反电动势m E 。
（4）分析前提：假设负载中电感值很大，即保证电流连续。
工作原理分析（1）给出IGBT 的栅射极电压GE U 波形，即G i 波形，周期为T 。
（2）10t -（on t ）期间：IGBT 导通，电源E 向负载供电，负载电压E U =o ，由于电感存在，因此负载电流不能突变，所以按指数曲线上升。
（3）T t -1（of f t ）期间：控制IGBT 关断，负载电流经过续流二极管VD 续流，负载电压基本为0，负载电流呈现指数曲线下降。
（4）当负载电感值较大时，负载电流连续而且脉动小。
公式（1）负载电压平均值：E E Tt U on α==o ，其中α为占空比。
（2）电感L 极大时，负载电流平均值：R E U I m o -=o 。
计算题：例5-1总结（1）通过改变降压斩波电路的占空比大小，就可以改变输出负载电压的平均值。
电路原理图（1）包含全控型器件V ，由IGBT 组成。
（2）包含极大值的电感L 和电容C 。
（3）负载为电阻R 。
工作原理分析（1）当IGBT 导通阶段：● 电源E 向电感L 充电，充电电流为恒定电流1I ；●电容C 上的电压向负载R 供电，因C 值很大，因此输出电压为恒值o U 。
●通态时间为on t ，此阶段电感L 上积蓄能量为on t EI 1。
（2）当IGBT 关断阶段：●电源E 和电感L 共同向电容C 充电，并向负载R 提供能量。
● 此期间，电感L 释放的能量为off t I E U 1o )(-。
dc-dc直流斩波电路的原理
DC-DC直流斩波电路的原理一、引言DC-DC直流斩波电路是一种将直流电能进行调节和转换的电路，广泛应用于各种电子设备和系统中。
由于其具有效率高、体积小、稳定性好等优点，DC-DC 直流斩波电路已成为电力电子领域的重要分支之一。
本文将详细介绍DC-DC直流斩波电路的基本结构和工作原理，以及不同控制策略的斩波电路、应用和实例，以期为相关从业人员提供有益的参考。
二、DC-DC直流斩波电路的基本结构和工作原理DC-DC直流斩波电路的基本结构主要包括电源、开关、负载和滤波器等部分。
其工作原理是利用开关的快速通断，将直流电源的电压进行斩波，形成一定占空比的脉冲信号，再通过滤波器将脉冲信号转换成平滑的直流电压。
在斩波电路中，开关的通断时间以及占空比是关键参数，它们决定了输出电压的大小和波形。
当开关处于导通状态时，电流通过负载，输出电压等于电源电压；当开关处于断开状态时，电流为零，输出电压为零。
通过调节开关的通断时间，可以改变输出电压的大小和波形。
三、不同控制策略的斩波电路根据控制方式的不同，斩波电路可以分为定频控制、定宽控制和PWM控制等类型。
1.定频控制：保持斩波频率恒定，通过改变斩波的宽度来调节输出电压。
这种控制方式实现简单，但调节不够平滑。
2.定宽控制：保持斩波宽度恒定，通过改变斩波的频率来调节输出电压。
这种控制方式适用于对输出电压波形要求不高的场合。
3.PWM控制：通过对斩波的宽度进行PWM调制，实现对输出电压的连续调节。
这种控制方式调节效果好，但实现较为复杂。
四、斩波电路的应用和实例1.电池充电：利用斩波电路可以实现对电池的恒流、恒压充电，有效延长电池寿命。
例如，采用PWM控制的斩波电路为电动汽车电池充电，可以确保充电过程安全可靠。
2.稳压电源：斩波电路可以实现直流稳压电源，具有效率高、体积小等优点。
例如，将斩波电路应用于LED驱动电源，可以有效提高LED亮度并延长其使用寿命。
3.电机驱动：在电机驱动领域，斩波电路可以通过调节输入电压的大小和波形，实现对电机的速度和转矩的控制。
第六章直流斩波变换电路-精品文档
平均负 载电流
在给定T、UO、L和k等参数的条件下，如果平均输 出电流或平均电感电流小于由上式给出的ILB值，那 么iL将不再连续。
6.1 降压式斩波变换电路
三、电流不连续导通时的工作模式 电流不连续导通的工作模式分为输入电压Ud不变和输出 电压UO不变两种情况，这里主要介绍Ud不变的非连续导 通模式。
图6-5 临界连续时的电压、电流波形
6.1 降压式斩波变换电路
电流临界连续时 i0min＝０
平均电感电流
1 1 I ( i i ) i LB 0 max 0 min 0 max 2 2
t kT on I ( U U ) ( U U ) I LB d O d O O B 2 L 2 L
图6-1 直流变换系统的结构图
第一节 降压式斩波变换电路
一、基本斩波器的工作原理
降压式斩波电路的输出电压平均值 低于输入直流电压Ud 。
最基本的降压式斩波电路如图 6-2 所示： Q 为斩波开关，是斩波电 路中的关键功率器件，它可用普 通型晶闸管、可关断晶闸管 GTO 或者其它自关断器件来实现。
Q交替通断，在负载上就可得到方 波电压。
第六章 直流斩波变换电路
直流斩波电路：将一个固定的直流电压变换成大小可变的直 流电压的电路。也称之为直流变换电路。 直流斩波技术的应用：被广泛应用于开关电源及直流电动机 驱动中，如不间断电源(UPS)、无轨电车、地铁列车、蓄电 池供电的机动车辆的无级变速及电动汽车的控制。从而使上 述控制获得加速平稳、快速响应的性能，并同时收到节约电 能的效果。 直流变换系统的结构如图6-1所示:
CC 22 2 8 C
2 2 T ( 1 k ) U f 0 1 C2 ( 1 k )( ) 其纹波电压相对值： U 8 LC 2 fs 0
直流斩波电路
直流斩波电路简介直流斩波电路（DC Chopper）是一种用来控制直流电动机的电路。
它可以为直流电机提供高效的调速和转向控制，因此在工业应用中非常广泛。
直流斩波电路主要由斩波器、控制电路和直流电源组成。
斩波器是控制电动机转速和方向的核心部分，它通过调节输出电压和电流的波形来实现电机的控制。
控制电路则通常采用微处理器或单片机，用来控制斩波器的工作状态和输出信号的频率、幅值和相位。
直流电源则是为整个系统提供电能，以保证电机能够正常运行。
斩波器斩波器是直流斩波电路中最重要的部分，它通常包括一个开关器件和一个电感元件。
开关器件可以是晶闸管、MOSFET管、IGBT管等。
而电感元件则是用来限制输出电流和平滑输出电压波形的。
在斩波器中，当开关器件导通时，电感元件会吸收输入电源中的能量，同时输出电压也会上升。
而当开关器件关断时，电感元件会反向放电，同时输出电压也会下降。
通过改变开关器件的工作状态，我们就可以改变电源的输出电压和电流波形，从而实现对电动机的控制。
控制电路在直流斩波电路中，控制电路主要负责控制斩波器的开关状态。
控制电路通常由微处理器或单片机实现，可以使用PID等算法来控制输出电压和电流的稳定性和响应性。
控制电路同样可以控制输出信号的频率、幅值和相位。
这些信号不仅可以控制电动机的运行状态，还可以用来监测电机的转速和位置，以实现更加精确的控制。
直流电源直流电源是为整个电路提供电能的部分，它的稳定性和可靠性对整个电路的运行非常重要。
在直流斩波电路中，直流电源通常采用整流电路和充电电路的结合，以实现对电池的充电和电机运行的供电。
直流电源的质量也直接影响了斩波器和控制电路的稳定性，因此需要特别注意。
应用直流斩波电路可以应用于各种不同类型的电机控制，包括直流电动机、无刷直流电机和步进电机等。
它的高效能和高精度控制使得它在精密控制和节能降耗等方面具有广泛的应用前景。
除此之外，直流斩波电路还可以应用在光伏逆变器、风力发电机、电子变压器等领域中，以实现对电能的转换和传输。
直流斩波
开关器件
+
ud -
uo
图5-1 斩波器原理示意图
uo
Ud Uo t
5.1
直流斩波电路基本原理
ud u udd 1
斩波电路的控制
时间比控制方式
定频调宽式（脉冲宽度控制PWM）
开关器件的触发频率恒定，调节脉冲宽度τ。
1
toff
ud u udd
t
2T T1 T1
ton tton on
四 象 限 斩 波
电压极性可变、电流极性也可变
V1 E V2 VD1 VD2 L uo R io M EM V4 VD3 V3 VD4
图5- 9 全桥式斩波电路
图
•V1、VD1＋ V4、VD4＝B型两象限斩波器 V1、V4导通时，uo>0，io>0；电机吸收能量，io增加 io > 0，Uo可正可负，位于第一、四象限。 VD1、VD4导通时，uo<0，io>0；电机释放能量，io减小 •V2、VD2＋ V3、VD3＝B型两象限斩波器（左右翻转） V2、V3导通时，uo<0，io<0；电机反方向吸收能量，io增加 io < 0，Uo可正可负，位于第二、三象限。 VD2、VD3导通时，uo>0，io<0；电机反方向释放能量， io减小 •组合后 Io、Uo 极性均可变，电机可四象限运行。
EI Lton (U 0 E ) I Ltoff
化简得：
Uo
ton toff toff
T E E toff
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
5.2.3
i1
升降压斩波电路
V i2 VD IL E uL L C uo R
实验五直流斩波电路实验报告
实验五：直流斩波电路实验报告摘要：本实验通过搭建直流斩波电路，探究斩波电路的工作原理和特性。
实验过程中分别采用了负载电阻和电感作为负载，测量了负载电压和负载电流的波形，并对实验结果进行了分析和总结。
一、实验目的：1. 熟悉直流斩波电路的基本原理和组成；2. 探究负载对直流斩波电路性能的影响；3. 学习使用示波器测量电路中的电压和电流波形。
二、实验仪器与材料：1. 电压信号发生器2. 直流电源3. 电阻4. 电感5. 整流二极管6. 电容7. 示波器8. 万用表9. 连接线三、实验原理：直流斩波电路是一种可以将直流电信号转换为脉冲电信号的电路。
其基本原理是利用一个开关元件（如开关管）对直流信号进行开关控制，通过对开关的开关和关断，可以产生近似方波的脉冲信号。
斩波电路一般由直流电源、开关元件、负载电阻、滤波电路等组成。
四、实验内容：1. 搭建直流斩波电路；2. 分别设置负载电阻和电感作为负载；3. 设置电压信号发生器输出直流信号；4. 调节直流电源的输出电压，观察负载电压和负载电流的波形；5. 利用示波器测量并记录负载电压和负载电流的波形；6. 分析实验结果，总结实验现象和规律。
五、实验步骤：1. 将直流电源和电容连接成充电电路，电容两端接地；2. 将电容两端接入斩波电路，与负载电阻或电感串联；3. 将电容两端连接到示波器，观察负载电压的波形；4. 将负载电阻或电感两端接入示波器，观察负载电流的波形；5. 调节电压信号发生器输出直流信号，设置合适的频率和幅度。
六、实验结果与分析：在负载电阻为负载时，通过示波器观察到负载电压为一周期的方波信号，频率与信号发生器设置的频率相同，幅度由直流电源的输出电压决定。
过渡过程中存在电阻的上升和下降，但变化很快并趋于平稳。
在电感为负载时，观察到负载电压和电流呈现一周期的正弦波信号。
电感的存在使得电流与电压之间存在相位差，并且电感会给斩波电路引入一个时间常数，导致波形的变化较为平缓。
实验五 直流斩波电路实验报告
实验五直流斩波电路实验报告一、实验目的1、熟悉直流斩波电路的工作原理。
2、掌握直流斩波电路的基本组成和结构。
3、学会使用实验设备对直流斩波电路进行测试和分析。
4、深入理解斩波电路中占空比与输出电压之间的关系。
二、实验设备1、直流电源2、示波器3、信号发生器4、电阻、电容、电感等电子元件5、数字万用表三、实验原理直流斩波电路是将直流电源电压斩成一系列脉冲电压，通过改变脉冲的宽度或频率来控制输出电压的平均值。
常见的直流斩波电路有降压斩波电路（Buck 电路）、升压斩波电路（Boost 电路）和升降压斩波电路（BuckBoost 电路）等。
以降压斩波电路为例，其工作原理如下：当开关管导通时，电源向负载供电，电感储存能量；当开关管截止时，电感释放能量，二极管续流，维持负载电流连续。
通过调节开关管的导通时间与周期的比值（即占空比 D），可以改变输出电压的平均值。
输出电压的平均值＄U_{o}＄与输入电压＄U_{in}＄的关系为：＄U_{o} ＝ D ＼times U_{in}＄，其中 D 为占空比。
四、实验步骤1、按照实验电路图连接好电路，仔细检查电路连接是否正确，确保无误。
2、调节直流电源，使其输出一个合适的电压值，作为输入电压。
3、设置信号发生器，产生合适的控制信号，控制开关管的导通与截止。
4、用示波器观察输入电压和输出电压的波形，测量并记录其幅值、频率和占空比。
5、改变占空比，重复步骤 4，记录不同占空比下的输出电压值。
6、对升压斩波电路和升降压斩波电路进行同样的实验操作。
五、实验数据记录与分析｜占空比 D ｜输入电压＄U_{in}＄（V）｜输出电压＄U_{o}＄（V）｜理论计算值＄U_{o}＄（V）｜误差｜｜｜｜｜｜｜｜ 02 ｜ 10 ｜ 20 ｜ 20 ｜ 0% ｜｜ 04 ｜ 10 ｜ 40 ｜ 40 ｜ 0% ｜｜ 06 ｜ 10 ｜ 60 ｜ 60 ｜ 0% ｜｜ 08 ｜ 10 ｜ 80 ｜ 80 ｜ 0% ｜从实验数据可以看出，实际测量值与理论计算值基本相符，误差在可接受范围内。
实验五直流斩波电路实验报告
实验五直流斩波电路实验报告一. 实验目的本实验旨在通过搭建直流斩波电路，探究斩波电路的工作原理以及其对直流信号的作用，并通过实验数据对斩波电路进行分析和验证。
二. 实验简介直流斩波电路是一种用于将直流信号转换为脉冲信号的电路，其主要由一个开关和电容组成。
通过开关的合闸和断开，可以使电容充电和放电，从而实现对直流信号的斩波。
在本次实验中，我们将搭建一个简单的直流斩波电路，并通过观测电路的电压波形来分析斩波效果。
三. 实验器材1. 直流电源2. 变阻器3. 电容4. 开关5. 示波器6. 万用表四. 实验步骤1. 按照实验电路图搭建直流斩波电路，其中电源正极接入电容的正极，电源负极接入开关的一端，电容的负极经过开关的另一端接地。
2. 打开直流电源，调节电压至适宜的实验范围。
3. 调节变阻器的电阻，观察电路中电压的变化。
4. 使用示波器连接电容两端，观察电压的波形。
5. 调节开关的合闸和断开时间，观察斩波效果的变化。
6. 使用万用表测量电路中的电压和电流数据，记录实验结果。
五. 实验结果与分析在进行实验过程中，我们观察到随着电容充电和放电的时刻变化，电压波形产生了斩波的现象。
斩波电路能够将直流信号转换为包含脉冲的信号，其中脉冲的频率和幅值取决于充放电时间和电容的数值。
通过调节开关的合闸和断开时间，我们可以改变电路中的斩波效果。
实验中，我们使用示波器观察到了不同的电压波形，以及随着合闸和断开时间的变化而产生的不同效果。
当合闸和断开时间较短时，电路中的脉冲频率较高，脉冲幅值较小。
而当合闸和断开时间较长时，脉冲频率较低，脉冲幅值较大。
通过万用表测量的数据，我们可以进一步分析电路中的电压和电流变化。
随着合闸时间的增加，电容充电时间增加，电压上升较慢；随着断开时间的增加，电容放电时间增加，电压下降较慢。
同时，电路中的电流也随着充放电时间的变化而变化，电流呈现出充电和放电的周期性变化。
六. 实验总结本次实验通过搭建直流斩波电路，探究了斩波电路的工作原理和对直流信号的作用。
直流斩波电路实验报告
实验名称：直流斩波电路实验实验日期：2021年X月X日实验地点：实验室实验目的：1. 理解直流斩波电路的工作原理及组成；2. 掌握直流斩波电路的基本性能参数；3. 分析直流斩波电路在不同负载下的性能变化。
实验仪器：1. 直流斩波电路实验装置；2. 数字示波器；3. 数字万用表；4. 电源及负载。
实验原理：直流斩波电路是一种将直流电压转换为可调直流电压的电力电子电路。
它主要由斩波器、滤波器和控制器等部分组成。
斩波器是直流斩波电路的核心部分，其主要作用是将输入的直流电压斩成脉冲电压，再通过滤波器滤去脉冲电压中的高频谐波，得到稳定的输出电压。
实验步骤：1. 连接实验装置，确保各部分连接正确；2. 打开电源，调整输入电压，观察斩波器输出波形；3. 使用示波器观察斩波器输出波形，分析斩波器开关频率、占空比等参数；4. 调整负载，观察输出电压变化，分析负载对斩波电路性能的影响；5. 记录实验数据，进行数据分析。
实验结果与分析：1. 斩波器输出波形通过观察斩波器输出波形，可以看出斩波器开关频率和占空比对输出波形有重要影响。
当开关频率较高时，输出波形较为平滑；当占空比较大时，输出电压较高。
2. 负载对斩波电路性能的影响当负载增大时，输出电压降低，电流增大。
这是由于负载电流的增加导致斩波器开关频率和占空比发生变化，进而影响输出电压。
3. 实验数据分析通过对实验数据的分析，可以得出以下结论：（1）斩波器开关频率对输出波形有重要影响，频率越高，输出波形越平滑；（2）占空比对输出电压有直接影响，占空比越大，输出电压越高；（3）负载对斩波电路性能有较大影响，负载增大时，输出电压降低，电流增大。
实验结论：通过本次实验，我们了解了直流斩波电路的工作原理及组成，掌握了直流斩波电路的基本性能参数，分析了负载对斩波电路性能的影响。
实验结果表明，斩波器开关频率、占空比和负载对斩波电路性能有显著影响。
注意事项：1. 实验过程中，注意安全，确保电源及负载连接正确；2. 观察波形时，注意调整示波器参数，确保波形清晰；3. 实验数据记录准确，便于后续分析。
直流斩波电路
U0
1
E
1
1a
E
9
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
L
VD
M
EM
V uo
E
a)
uo
E
uo
E
O
t
O
t
i
i1
i2
io
I10
I20
I10
i1
i2
I20
O
ton
toff
T
t
O
ton
t 1 tx
t2
t
t off
T
b)
c)
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
10
3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电 路
第3章 直流斩波电路 （DC/DC变换）
直流斩波电路有时也称为直流-直流变换器。它是将 一种一种直流电压等级转变为另一种电压等级，或固定 为某一电压等级。
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
1
3.1 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
i1(t)dt
0
tx 0
i2
(t)dt
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❖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 ※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。 ➢ 根据电路结构分析输出电流的平均值Io为：
➢ 则电源电流的平均值I1为：
（四）升压斩波电路典型应用（直流电机传动）
✓此时电机的反电动势相当于右图中的电源，而此时的直流电源相当于右图中的 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。
设此阶段电流初值为I10， =L/R，解上式得
② V为断态期间，设负载电流为i2， 有：
设此阶段电流初值为I20， 解上式得：
且：I10＝i2(t2)，I20=i1(t1)，代入<1>,<2>
<1> <2>
当L无穷大时
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。
I1为电源电流平均值
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
5.1.2 升压斩波电路
（一）工作电路
储存电能
保持输出 电压
（二）工作原理及动态演示
（三）数量关系(直接从能量角度分析）
➢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L上积蓄的能量为：
其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。
5.2 复合斩波电路
复合斩波电路： 降压斩波电路和升压斩波电路的组合构成
（1）电流可逆斩波电路※ （2）桥式可逆斩波电路
5.2.1 电流可逆斩波电路
➢ 斩波电路用于拖动直流电动机时，常要使电动机既可电动运行，又可再生制动, 可通过电流可逆斩波电路来实现.电流可逆斩波电路由降压斩波电路和升压斩 波电路复合而成.
i1
作反极性斩波电路.
V
i2 VD
IL
uL L
C
uo R
※动态演示
（三）数量关系
V
i2 VD
i1
IL
uL L
C
uo R
稳态时，一个周期T内电感储存的能量等于释放的能量
结论： 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<a <1/2 时为降压，当1/2<a <1时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路。
5.2.2 桥式可逆斩波电路
电流可逆斩波电路：电枢电流可逆，两象限运行，但电压极性是单向的
当需要电动机进行正、反转以及可电动又可制动的场合（即四象限运行），须 将两个电流可逆斩波电路组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压，成 为桥式可逆斩波电路.
➢ 使V4保持通时，等效为一电流可逆斩波电路，向 电动机提供正电压，可使电动机工作于第1、2象 限，即正转电动和正转再生制动状态.
解题步骤：
①根据式
判断电流是否连续。
②由判断决定Uo,Io 的计算方法。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ③根据瞬时分析公式计算电流的最大值，最小值
（三）数量关系分析－从能量传递角度推导
➢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
➢在整个周期T中，负载消耗的能量为:RI02T+EMI0T
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
--------电流断续的条件
5.1.3 升降压斩波电路 (一）原理图：
V
i2 VD
i1
IL
uL
L
C
uo R
（二） 工作原理
➢V通时，电源E经V向L供电使其贮 能，此时电流为i1。同时，C维持输 出电压恒定并向负载R供电。
➢V断时，L的能量向负载释放，电
流为i2。负载电压极性为上负下正， 与电源电压极性相反，该电路也称
5.1 基本斩波电路
5.1.1 降压斩波电路
(一) 工作电路
IGBT,若为晶闸管，须有 关断辅助电路
负载 出现 的反 电动 势
续流二极管
（二） 工作原理 ①电流连续
②电流断续
动态演示
（三）数量关系分析－从电路理论角 度推导 （1）电流连续
❖瞬态分析
① V为通态期间， 设负载电流为i1，有 ：
✓ 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，因此也有电 流连续和断续两种工作状态
❖工作原理
当电枢电流断续时：
uo
E
当t=0时刻i1=I10=0，当t=t2时，i2=0，得：
O
t
io
i1
i2
I20
O
ton
t1 tx
t2
t
toff
T
c)
tx<t0ff
EI1ton
➢V断时，E和L共同向C充电并向负载R供电。设V断开的时间为toff，则此期间电 感L释放能量为：
(U0-E)I1toff
➢ 稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等： EI1ton=(U0-E)I1toff
升压比的倒数记作 ，即 和a的关系：
T/toff——升压比；
因此，U0可表示为 ❖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 不略T可低/t能。off>无1穷，大输，出在电此压阶高段于其电向源负电载压放，电故，称U该o必电然路会为有升所压下斩降波，电故路实际输出电压会
❖ 直流斩波电路 ①将直流电变为另一固定电压或可调电压的变换 电路,也称为直流-直流变换器 ②一般指直接将直流电变为另一直流电，不包括 直流—交流—直流
❖斩波方式： ①周期T不变，改变导通时间Ton——调宽 ②导通时间Ton不变，改变周期T——调频 ③T, Ton都改变——混合调制
❖ 斩波器分类： ※降压斩波器 ，升压斩波器，复合斩波器
电流可逆斩波电路 原理图：
分析： ➢工➢使V作V电12和于和动V第V机DD1作12象构构再限成成生降升制压压动斩斩运波波行电电，路路工，，作由把于电直第源流2向象电直限动流机电的动动机能供转电变，为电电动能机反为馈电到动电运源行，，
➢必须防止V1和V2同时导通而导致的电源短路
只作降压斩波器运行时，则V2和VD2总处于断态； 只作升压斩波器运行时，则V1和VD1总处于断态； 第3种工作方式：一个周期内交替地作为降压斩波电路和升压斩波电路工作
❖平均值分析
ton——V通的时间 toff——V断的时间 a--导通占空比
（2）电流断续 ❖瞬态分析
I10=0，且t=ton+tx时，i2=0代入 上
电流断续的条件：
tx<toff
❖平均值分析
典型例题
在降压斩波电路中，E＝110V，L=1MH，R=0.25Ω，Em=11V，T=2500us, ton=1000us, 计算：负载电流平均值Io， 负载平均电压Uo, 计算负载电流的 最大值，最小值。