第3章直流斩波电路

电容泵常用于小功率电源电路（IC） 由于不用电感，电磁干扰小
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3.2.3
多重斩波电路:
多重斩波电路
等效频率升高,有利滤波平稳电流 可增大输出容量 可冗余备用,提高抗故障能力。
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本章小结
本章介绍了6种基本斩波电路、2种复合斩波电路及多 相多重斩波电路。
本章的重点 降压和升压斩波电路,2,4象限斩波电路 ---- 原理，输入输出关系、分析方法、工作特点

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例
E=200V ,Em=30V, R=1.0Ω,ρ=0.01 m=30/200=0.15 α=0.25, Io=(200*0.25-30)/1.0=20A---? Δi=0.01*0.25*(1-0.25)*200/1.0=0.375 A Io>Δi/2—io连续,Io有效 或: αc=0.15+0.01/8=0.151 α> αc ---……

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降压斩波器I闭环驱动LED
LD—电流给定，CS—电流反馈
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升压斩波电路 （Boost Chopper） 电路 ---利用L电势升压
储存电能
保持输 出电压
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3.1.2 升压斩波电路
工作原理
α期间V通D断: L由 E充电; C向R放电。 β期间V断D通: E和L同时向C和R放电。 电流连续时输出平均电压: 按波形: UV =βUo 按电路: E-r*IL= Uv (电感UL=0 电容Ic=0) 略电源侧r Uo=E/β=E/(1- α) α↑ Uo↑ (同降压..
-∑In*rLn/3
In=(Un-Uo)/rLn可闭环控为Io/3
特点 (1)等效开关频率升为3倍,有利滤 波平稳电流. (2)可增大电流容量 (3)可冗余备用,提高抗故障能力
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电(荷)容泵DC升压与反压电路

升压 v=0时D导通C充电到E v=E时u=v+E升压 D反压关断

反压 k1，k2轮流导通 ……
应用领域
直流传动-----传统领域,逐渐萎缩
开关电源------新领域, 一大热点。
斩波(PWM)技术现广泛应用于各种电力电子设备
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第3章
直流斩波电路· 引言
直流--直流变压器（DC/DC Converter）。 不包括直流—交流—直流。 电路种类
基本斩波电路：降压、升压斩波电路、
升降压、Cuk、Sepic和Zeta斩波电路。 复合斩波电路——不同结构基本斩波电路组合。 多相多重斩波电路——相同结构基本斩波电路组合。
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3.1.1降压斩波电路（Buck Chopper)

工作频率
SCR:几百HZ;
FET,IGBT:几~几百KHZ
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*Δ i
α期间: Ldi/dt=E-Em-iR 积分: LΔi≈αT[E-(Em+IR)] (电流连续时， 平均: Em+IR=Uo=αE ) =αT(1-α)E 令τ=L/R, 时常比ρ= T/τ= R/(Lf) Δi =ρα(1-α)E/R f 越高,L越大则Δi越小 α越近1/2, Δi 越大, 最大Δim=(1/4)ρE/R ( i连续临界条件 : I=Δi/2 记m=Em/E: I=(α-m)E/R = ραβE/R/2 临界αc = m +ραc(1-αc)/2 近似:αc≈ m, m+ρm(1-m)/2, m +ρ/8 )
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3.2.2 桥式可逆(四象限)斩波电路
两个电流可逆斩波电路组合，可提供正反向电压。
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常用工作方式α1=α4=β2=β3 --V为正功通道，D为负功通道 触发V1,V4, 对应桥臂VD1-VD4导通,uo=E 触发V2,V3, …. , uo=-E uo波形如上图 Uo= α1E+α2 (-E)= α1E+(1-α1 )(-E) = (2α1-1)E=αE α1<0.5Uo<0 , α1 >0.5Uo>0 特点:性能最完善, 常用直流可逆调速
须防V1和V2同时导通----设死区,延迟导通
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常用交替工作方式： α1=β2=α
注:触发V对应桥臂V/D通（但 ≠V通)
对负载：V1为正功通道；D1负功通道、V2D2为0功通道 u,i波形与管导通如图; Uo=αE>0 单向, Io=(Uo-Em)/R 双向 可< ,= , >0 特点:电流双向连续，电压单向，响应快 常用不可逆(转)直流调速
*i的波动与连续条件: α : Ldia/dt=Em-iaR ; Δi=αT(Em-Ia*R)/L 代入:Em-Ia*R=βE ρ=T/(L/R) =ραβE/R (临界:Ia=Δi/2,(m-β)=ραβ/2
βc≈m 或 m-ρ/8 连续条件:α>αc = 1-m + ρ/8
)
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升压斩波器I闭环驱动LED
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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 )斩波电路
V1和D2--对E降压斩波： 正电压正电流，电机电动运行。 V2和D1—对Em升压斩波:正电压负电流.电机发电（再生制动）。
Uo=UC2 =(α /β ) UC1
=(α /β )E 特点:
（ UC1=E )
正极性输出; 电源不断流，输入电流平稳
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3.1.4 Zeta斩波电路
1 工作过程 α --V通VD断: E对L1充电, E&C向负载供电。 β--V断VD通: L1放电对C1充电 2 输出电压： 由 UL1= α E +β (-UC1) = 0 Uo = UC1 （ UL1+ UL2 = 0） =(α /β )E 3 特点: 正极性输出; (L2,C2滤波) 输出电流平稳 直流源为二极管LC整流时,功率因数较高
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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 (buck -boost Chopper)
电路结构
V，L和D三者之间 的位置关系
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3.1.3工作原理
α时V通，E对L充电，C对负 载R放电。
β时V断，L经VD对R,C放电。
uo极性与电源E极性相反 ---反极性斩波电路。 由UL= αE- βUo=0 Uo=(α/β)E=αE/(1-α) α↑ Uo↑ α=0~0.5: α=0.5~1: Uo < E Uo > E

Uo=αE +δ Em = αE (io连续) Uo<E ---降压型,直流降压变压器 负载电流平均值：Io=(Uo-Em)/R 忽略损耗,输出功率等于输入功率， 输出断流会升压，一般不希望出现。 电源侧电流不连续是个缺点 输出电压平均值： 斩波电路三种控制方式 T 不变，变ton —定频调宽,脉宽调制（PWM）。 ton不变，变T —定宽调频。 ton和T都可调—调宽调频,混合型
特点：
输出反极性，V压降高 电源电流不连续
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2) Cuk斩波电路
工作原理: (1) E,L1, C ,V,VD --升压斩波器： Uc=E/β (2) C, V,VD, L2,R--降压斩波器: (3) (1)&(2): Uo=(α /β )E 或：Uo=αUc=Uc-E，消Uc后：
Uo=α Uc。
全控型器件 若晶闸管，须有 关断电路。
续流二极管
V与E共地 易驱动
典型用途:驱动动直流电机(如电瓶叉车)、LED….
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3.1.1
δ—断流比
工作波形
降压斩波电路
α=ton/T--导通比 β=1-α—关断比
输出电压平均值：
Uo=αE+ δEm。
io连续>0 则 Uo =αE
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3.1.1

降压斩波电路
图3-2 升压斩波电路及工组波形
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电流 Io=Uo/R E*IL≈Uo*Io IL ≈(Uo/E)Io=Io/β

注意:如负载开路,C将充电至很高电压 由于电源侧电流可连续，应用广泛
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3.1.2升压斩波电路
2)典型应用
直流电动机传动; 功率因数校正（PFC）;… 例:直流电动机再生制动 电能回馈给直流电源。
Uo =(α/β)E
特点: 电源不断流, (L1&L2滤波),输入输出电流平稳。 反极性输出。
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3.1.4 Sepic 斩波电路
(cuk L2,D对换)
工作过程:
α : V通，E对L1充电, C1对L2充电，C2对负载R供电。
β : VD通，E、L1、L2向C1,C2,R放电。
输出电压： 由 UL2=α (-UC1)+β UC2=0,
ia连续: Uv=β E ( 断续: Uv=(β -δ )E+δ Em ↓) Em-RIa=Uv ia连续: Ia =（Em-β E)/R Io=β Ia 显然:ia连续必须 Em>β E 或α >(1-Em/E) 注(1)无论连续断续总有 Ia>0 , Em > Uv (2)输出(E)升高断流
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晶闸管降压斩波器
C经L-D1-R1 充电. V 导通供电负载 关断过程:V1导通LC振荡,电压电流如图 iL=0,V1无流关断 iL>0 , 先沿D2-V反灌流至V关断,再沿D1-R1充电C
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3.2.3 多重斩波电路
3重降压斩波电路 ----3套移相120°并联。 Un=α nE --Uo= (∑Un)/3