总复习第三章斩波电路
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2018/10/24
■
3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路
1、升降压斩波电路
由上式可得：
toff 1- I2 I1 I1 ton
（3-43）
如果V、VD为没有损耗的理想开关时，则
EI1 U o I 2
（3-44）
其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。
2018/10/24
上面三种控制方式中 第一种PWM方式应用最多
7
■
PWM
保持开关周期T不变，调节开关导通时间 ton ,称为脉冲宽度调制（ Pulse Width Modulation，缩写为PWM。
返回
2018/10/24 8
3.1.2 升压斩波电路（Boost Chopper)
1.升压斩波电路的基本原理
工作原理
2018/10/24
Uo
1 E 的结果。 E 1- 1
12
■
3.1.2 升压斩波电路
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 EI U I （3-24） 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（ 3-23 ）得出输出电流的平均 值 Io为
目
3.1基本斩波电路
3.1.1
录
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
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
2018/10/24
故称该电路为升压斩波电路。 ——升压比，调 T / toff
3.1.2 升压斩波电路
节其大小即可改变 Uo 大小，调节方法与导通比
的方法类似。将升压比的倒数记作,即： t off 。 则和有如下关系： T 1 （3-22）
因此，式（3-21）可表示为
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图3-2 升压斩波电路及其 工作波形
a）电路图
■
b）波形
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3.1.2 升压斩波电路（Boost Chopper)
1.升压斩波电路的基本原理
工作原理
E iG a) L i1 V io C uo R VD
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，
例：降压斩波电路（见图3-1）， 已知：E=200V,R=10,L值极大，EM=30V， T=50s,ton=20 s, 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，则
ton 20 200 输出电压平均值 U o E 80 (V ) T 50 U o - EM 80 - 30 输出电流平均值 I o 5( A) R 10
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V i1 E uL
i2 VD IL L C uo R
a) i1 IL to n to ff
o
i2 IL
t
o
b)
t
图3-4 升降压斩波电路及其波形 a）电路图 b）波形
15
■
3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路 1、升降压斩波电路
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， 该电路也称作反极性斩波电路
t
c） 电流断续时
I2 0
t
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3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路
1. 升降压斩波电路
设 L 值很大， C 值也很大。 使电感电流 iL和电容电压即负 载电压uo基本为恒值。 基本工作原理 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。
返回
1
3.1 基本斩波电路 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
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2
■
3.1.1 降压斩波电路(Buck Chopper)
斩波电路的典型用途：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
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。 图3-1
L VD M EM V uo E
3.1.2 升压斩波电路
a) uo
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
O i i1 I1 0 O to n T I2 0
E
uo
E
t i2 I1 0 to ff b) t
O io i1 O to n T i2 t1 t x t2 to ff c)
1 o o
U o 1 E （3-25) Io R R
Uo 1 E I1 I o 2 E R
由式（3-24）即可得出电源电流I1为： （3-26）
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■
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
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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 3 ）电流断续时的波形
3.1.1 降压斩波电路
数量关系
电流连续时，负载电压平均值：
ton ton Uo E E E （ 3-1） ton toff T ton——V通的时间 toff——V断的时间 —— 导通占空比 (duty factor)
图 3-4b 中给出了电源电流 i1 和负载 电流i2的波形，设两者的平均值分别 为 I1 和 I2，当电流脉动足够小时， 有 （3-42） t
V i1 E uL i2 VD IL L C uo R
a) i1 IL to n to f f
o
i2 IL
t
o
b)
t
I1 on I2 t off
图3-4 升降压斩波电路及其波形 a）电路图 b）波形
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■
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） T 不变，变ton —脉冲宽度调制（PWM） ton不变，变T —频率调制（调频型） ton 和T 都可调—混合型
ton
toff
T
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uO
E
UO
1 Uo E E 1-
■
1
（3-23）
11
3.1.2 升压斩波电路
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可将输出电压保持住。
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 于式
V1 E V2 uo L R io M EM V3 VD4
VD2 VD1
+
V4
VD3
图3-8 桥式可逆斩波电路
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精品课件！
精品课件！
作业：
P111 题1、2、4、5
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（3-41）
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3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路
1、升降压斩波电路
改变导通比，输出电压既可以比电 源电压高，也可以比电源电压低。 当0<<1/2时为降压，当1/2<<1时 为升压，因此将该电路称作升降压 斩波电路。也有文献直接按英文称 之 为 buck-boost 变 换 器 （ BuckBoost Converter）
18
■
3.2.2 桥式可逆斩波电路
使V4保持通时，等效为图3-7a所示的电流可逆斩波电路， 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 使 V2 保持通时， V3、VD3 和 V4、VD4 等效为又一组电流 可逆斩波电路，向电动机提供负电压，可使电动机工 作于第3、4象限
L i1 E iG a) V io C uo R VD
假设L 值很大，C 值也很大
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， i
G
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
O io I1 O b)
t
t
EI1ton
iG O io
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,即：
t I1
O b)
t
图3-2 升压斩波电路及其 工作波形 a）电路图 b）波形
EI1ton (U o - E I1toff （3-20）
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■
ton toff T E E 化简得：U o （3-21） toff toff 上式中的（T/toff）1,输出电压高于电源电压，
稳态时，一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为 零，即： T （3-39） uL d t 0 0 当V处于通态期间， uL = E；而当V处于断态期间， uL = - uo。于是： （3-40）
所以输出电压为：
E ton Uo toff
ton ton Uo E E E toff T - ton 1-
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■
3.1.1 降压斩波电路
根据电力电子电路分时段线性化的思想，通过列 解析式对降压斩波电路进行分析，得到结论：
当平波电抗器L为无穷大，则电流连续
1）负载电流完全平直； 2）V导通时，电源提供能量为： EI0ton 负载消耗的能量为：RI02T+EMI0T 在一个周期中，忽略电路中的损耗，则电源的输 出功率等于输入功率：EI0ton=RI02T+EMI0T 电源电流的平均值为：I1 =（ ton/T）I0 = I0 即：EI1= EI0 = U0I0
=1 时，Uo最大为E ；若
负载电流平均值： Uo
0 时，Uo 0 。因此称为降压斩波电路。
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
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U o - EM Io R
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（3-2）
4 a）电路图 b）电流连续时的波形 c
3.1.1 降压斩波电路
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3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路
1、升降压斩波电路
由上式可得：
toff 1- I2 I1 I1 ton
（3-43）
如果V、VD为没有损耗的理想开关时，则
EI1 U o I 2
（3-44）
其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。
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上面三种控制方式中 第一种PWM方式应用最多
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PWM
保持开关周期T不变，调节开关导通时间 ton ,称为脉冲宽度调制（ Pulse Width Modulation，缩写为PWM。
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3.1.2 升压斩波电路（Boost Chopper)
1.升压斩波电路的基本原理
工作原理
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Uo
1 E 的结果。 E 1- 1
12
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3.1.2 升压斩波电路
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 EI U I （3-24） 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（ 3-23 ）得出输出电流的平均 值 Io为
目
3.1基本斩波电路
3.1.1
录
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
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
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故称该电路为升压斩波电路。 ——升压比，调 T / toff
3.1.2 升压斩波电路
节其大小即可改变 Uo 大小，调节方法与导通比
的方法类似。将升压比的倒数记作,即： t off 。 则和有如下关系： T 1 （3-22）
因此，式（3-21）可表示为
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图3-2 升压斩波电路及其 工作波形
a）电路图
■
b）波形
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3.1.2 升压斩波电路（Boost Chopper)
1.升压斩波电路的基本原理
工作原理
E iG a) L i1 V io C uo R VD
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，
例：降压斩波电路（见图3-1）， 已知：E=200V,R=10,L值极大，EM=30V， T=50s,ton=20 s, 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，则
ton 20 200 输出电压平均值 U o E 80 (V ) T 50 U o - EM 80 - 30 输出电流平均值 I o 5( A) R 10
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V i1 E uL
i2 VD IL L C uo R
a) i1 IL to n to ff
o
i2 IL
t
o
b)
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图3-4 升降压斩波电路及其波形 a）电路图 b）波形
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3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路 1、升降压斩波电路
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， 该电路也称作反极性斩波电路
t
c） 电流断续时
I2 0
t
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3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路
1. 升降压斩波电路
设 L 值很大， C 值也很大。 使电感电流 iL和电容电压即负 载电压uo基本为恒值。 基本工作原理 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。
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3.1 基本斩波电路 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
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3.1.1 降压斩波电路(Buck Chopper)
斩波电路的典型用途：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
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。 图3-1
L VD M EM V uo E
3.1.2 升压斩波电路
a) uo
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
O i i1 I1 0 O to n T I2 0
E
uo
E
t i2 I1 0 to ff b) t
O io i1 O to n T i2 t1 t x t2 to ff c)
1 o o
U o 1 E （3-25) Io R R
Uo 1 E I1 I o 2 E R
由式（3-24）即可得出电源电流I1为： （3-26）
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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
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降压斩波电路的原理图及波形
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a）电路图 b）电流连续时的波形 c 3 ）电流断续时的波形
3.1.1 降压斩波电路
数量关系
电流连续时，负载电压平均值：
ton ton Uo E E E （ 3-1） ton toff T ton——V通的时间 toff——V断的时间 —— 导通占空比 (duty factor)
图 3-4b 中给出了电源电流 i1 和负载 电流i2的波形，设两者的平均值分别 为 I1 和 I2，当电流脉动足够小时， 有 （3-42） t
V i1 E uL i2 VD IL L C uo R
a) i1 IL to n to f f
o
i2 IL
t
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b)
t
I1 on I2 t off
图3-4 升降压斩波电路及其波形 a）电路图 b）波形
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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） T 不变，变ton —脉冲宽度调制（PWM） ton不变，变T —频率调制（调频型） ton 和T 都可调—混合型
ton
toff
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uO
E
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1 Uo E E 1-
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3.1.2 升压斩波电路
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可将输出电压保持住。
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 于式
V1 E V2 uo L R io M EM V3 VD4
VD2 VD1
+
V4
VD3
图3-8 桥式可逆斩波电路
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作业：
P111 题1、2、4、5
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3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路
1、升降压斩波电路
改变导通比，输出电压既可以比电 源电压高，也可以比电源电压低。 当0<<1/2时为降压，当1/2<<1时 为升压，因此将该电路称作升降压 斩波电路。也有文献直接按英文称 之 为 buck-boost 变 换 器 （ BuckBoost Converter）
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3.2.2 桥式可逆斩波电路
使V4保持通时，等效为图3-7a所示的电流可逆斩波电路， 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 使 V2 保持通时， V3、VD3 和 V4、VD4 等效为又一组电流 可逆斩波电路，向电动机提供负电压，可使电动机工 作于第3、4象限
L i1 E iG a) V io C uo R VD
假设L 值很大，C 值也很大
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， i
G
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
O io I1 O b)
t
t
EI1ton
iG O io
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,即：
t I1
O b)
t
图3-2 升压斩波电路及其 工作波形 a）电路图 b）波形
EI1ton (U o - E I1toff （3-20）
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ton toff T E E 化简得：U o （3-21） toff toff 上式中的（T/toff）1,输出电压高于电源电压，
稳态时，一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为 零，即： T （3-39） uL d t 0 0 当V处于通态期间， uL = E；而当V处于断态期间， uL = - uo。于是： （3-40）
所以输出电压为：
E ton Uo toff
ton ton Uo E E E toff T - ton 1-
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3.1.1 降压斩波电路
根据电力电子电路分时段线性化的思想，通过列 解析式对降压斩波电路进行分析，得到结论：
当平波电抗器L为无穷大，则电流连续
1）负载电流完全平直； 2）V导通时，电源提供能量为： EI0ton 负载消耗的能量为：RI02T+EMI0T 在一个周期中，忽略电路中的损耗，则电源的输 出功率等于输入功率：EI0ton=RI02T+EMI0T 电源电流的平均值为：I1 =（ ton/T）I0 = I0 即：EI1= EI0 = U0I0
=1 时，Uo最大为E ；若
负载电流平均值： Uo
0 时，Uo 0 。因此称为降压斩波电路。
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
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U o - EM Io R
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4 a）电路图 b）电流连续时的波形 c
3.1.1 降压斩波电路