第十三讲 直流斩波电路
直流斩波电路
❖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 ※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.
斩波电路原理
斩波电路原理一、斩波电路概述斩波电路是一种将直流电转换为交流电的电路，通常用于交流电机驱动、逆变器等应用中。
其原理是通过周期性地开关导通和断开，使直流电源经过一个高频变压器的变换，输出具有一定频率和幅值的交流电。
二、斩波电路分类1. 单极性斩波电路：只有一个半桥开关管或全桥开关管，在负载两端产生单向脉冲。
2. 双极性斩波电路：有两个半桥开关管或全桥开关管，在负载两端产生双向脉冲。
三、单极性斩波电路原理单极性斩波电路主要由直流源、半桥开关管、高频变压器和输出滤波器四部分组成。
其中直流源提供稳定的直流输入，半桥开关管控制输入信号的导通和断开，高频变压器将输入信号变换成具有一定频率和幅值的交流信号，输出滤波器则对交流信号进行平滑处理。
1. 直流源直流源通常使用整流桥将市区或三相交流转换为稳定的直流电源，直流电压的大小取决于所选用的整流桥和滤波器。
2. 半桥开关管半桥开关管通常由一个N沟道MOSFET管和一个二极管组成。
当N 沟道MOSFET导通时，二极管截止；当N沟道MOSFET截止时，二极管导通。
通过控制N沟道MOSFET的导通和截止，可以实现直流信号的周期性开关。
3. 高频变压器高频变压器是斩波电路中最重要的部分之一。
它通过将输入信号变换为具有一定频率和幅值的交流信号，实现了直流到交流的转换。
高频变压器通常由磁芯、一些绕组和辅助元件组成。
4. 输出滤波器输出滤波器主要用于对交流信号进行平滑处理，去除其残留的脉冲噪声和杂散波形。
输出滤波器通常由电感、电容等元件组成。
四、双极性斩波电路原理双极性斩波电路与单极性斩波电路类似，只不过在半桥开关管上增加了一个相同结构相反的开关管。
这样，当一个开关管导通时，另一个开关管截止，从而在负载两端产生双向脉冲。
五、斩波电路优缺点1. 优点：(1) 斩波电路可以将直流电源转换为交流电源，用于驱动交流负载。
(2) 斩波电路具有高效率、高速度和可靠性等优点。
(3) 斩波电路可以实现输出电压和频率的调节。
直流斩波电路设计
一、设计项目与要求1、输入直流电压U i=60V,R=8Ω；2、输出电压范围为0-100V，试选用合适斩波电路；3、计算占空比α=23%和α=59%时，负载两端输出电压和电流；4、画出α=23%和α=59%时斩波电路的电压电流波形分析图；5、IGBT的工作特性分析。
二、电路原理图设计2.1主电路的设计斩波电路:将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。
也称为直流-直流变换器(DC/DCConverter)。
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。
升降压斩波斩波电路结构Boost型升降压斩波变换器的特点是输出电压可以低于电源电压，也可以高于电源电压，是将降压斩波和升压斩波电路结合的一种直接变换电路。
主要由功率开关、二极管、储能电感、输出滤波电容等组成。
本次课题是在输入直流电压为60V时，想要输出电压的范围为0-100V，故而要选择的斩波电路应为升降压斩波斩波电路。
图1升降压斩波电路原理图2.2触发电路设计斩波器触发电路由三部分组成，图2为斩波器触发电路的原理图。
第一部分为由幅值比较电路U1和积分电路U2组成一个频率和幅值均可调的锯齿波发生器。
电位器RP1用来调节锯齿波的上下位置，电位器RP2用来调节锯齿波的频率，频率从100到700Hz可调。
由于晶闸管的开关速度及LC振荡频率所限，所以在斩波实验中我们一般选用200Hz这一范围。
第二部分是比较器部分。
比较器U3输入的一路是锯齿波信号，另一路是给定的电平信号，输出为前沿固定后沿可调的方波信号。
改变输入的电平信号的值，则相应改变了输出方波的占空比。
第三部分是比较器产生的方波送到4098双单稳电路U4，单稳电路则在方波的前沿和后沿分别产生两个脉冲，如图4所示，其后沿脉冲随方波的宽度变化而移动，前沿脉冲相位则保持不变，输出的脉冲经三极管放大通过脉冲变压器输出。
将上述两脉冲分别送至主晶闸管及辅助晶闸管，其中方波前沿触发脉冲G1、K1接主晶闸管VT1，而后沿触发脉冲G2、K2接辅助晶闸管VT2。
直流斩波电路的工作原理是什么
直流斩波电路的工作原理是什么
直流斩波电路是一种用于将直流电转换为脉冲电流或脉冲电压的电路。
其工作原理如下：
1.自激振荡：
直流斩波电路中，使用一个开关器件（如晶体管或MOSFET）和一个电感器构成振荡回路。
当开关器件关闭时，电感器上的电流开始积累。
当开关器件打开时，电感器上的电流被迫流过负载电阻，产生脉冲电流或脉冲电压。
2.周期性切换：
通过周期性地打开和关闭开关器件，直流斩波电路可以实现周期性地转换直流电源电流。
开关器件的开闭操作由一个控制电路控制，该控制电路根据电流或电压的变化来调整器件的状态。
3.削波：
直流斩波电路通过改变开关器件的开闭状态，将直流电源的平均电压降低到所需的脉冲电压水平。
在开关器件关闭时，电感器上的电流将通过负载电阻流过，形成脉冲，因此平均电压较低。
在开关器件打开时，电感器上的电流不再流过负载电阻，电压升高。
通过调整开关器件的开闭频率和占空比，可以实现所需的电压输出。
总的来说，直流斩波电路利用开关器件和电感器的相互作用，将直流电源电流转换为周期性的脉冲电流或脉冲电压。
这种电路的主要应用是在电源变换、驱动和开关控制器等领域。
直流斩波电路工作原理
直流斩波电路工作原理
直流斩波电路是一种电子电路，用于将直流电源输出变为脉冲或交流信号。
其工作原理基于开关管的导通和断开，使得直流电源的电压在输出端产生高频脉冲。
直流斩波电路由两个主要部分组成：开关管和滤波电容。
开关管的导通和断开控制通过外部电路或脉冲生成器进行调控。
当开关管导通时，直流电源的电压就会传递到输出端，此时输出就是高电平。
相反，当开关管断开时，输出端的电压就会降为低电平。
滤波电容与开关管并联连接，作为电荷储存和释放的元件。
当开关管导通时，滤波电容开始充电，存储电荷。
当开关管断开时，滤波电容开始放电，释放电荷。
由于滤波电容具有一定的电荷和放电时间常数，输出信号会变为脉冲或周期性交流信号。
通过调控开关管的导通和断开时间，可以改变输出信号的频率和占空比。
频率可以通过改变开关管操作频率来调节，而占空比可以通过调控导通和断开时间比例来实现。
直流斩波电路的主要应用是在交流电源中产生脉冲信号，例如交流变频器、电力电子传动等领域。
它也可以用于产生交流电信号进行实验室测试和研究。
直流斩波电路的工作原理
直流斩波电路的工作原理直流斩波电路是一种将直流电源转换为可调控的脉冲电流的电路。
其主要原理是通过开关管（例如晶闸管和二极管）的控制，改变电路中的通断状态，从而使直流电源的电压在时间上发生间断性变化，实现电流的控制和调节。
直流斩波电路通常由三个核心部分组成：开关装置、滤波装置和控制装置。
开关装置是直流斩波电路的关键部分，它负责将直流电源中的电流通过开关管进行周期性地开关，以实现电路中电压的间断变化。
开关装置通常由晶闸管和二极管构成。
滤波装置用于滤除开关操作产生的脉冲电压，将电路中的电压变为平滑的直流信号，以保证输出的电流稳定。
滤波器通常由电容和电感构成。
控制装置是直流斩波电路的控制中心，它通过对开关装置的控制，调节开关管的通断状态和开关闭合的周期，从而控制电路中的电流输出。
控制装置通常由控制电路和触发电路组成。
直流斩波电路的工作过程如下：1. 当控制装置使得开关管导通时，直流电源的正极与负极通过开关管形成一个低电阻通路，直流电源的电流可以顺利通过直流斩波电路，输出的电流电压保持稳定。
同时，此时电阻网络的电压为零，输出电压接近直流电源的电压。
2. 当控制装置使得开关管截止时，开关管阻断了直流电源的电流通路，此时输出电流电压开始变化。
由于电感的自感作用，原先通过开关管的电流无法瞬间消失，而是沿着电感的方向形成一个反向电流。
造成了电感两端的电压对地电压增加，同时电容接收到的电压减小。
因此，此时输出的电流电压下降。
3. 当电感的反向电流逐渐减小到零时，电容开始通过二极管向直流电源放电，此时输出的电流电压开始增加。
4. 当电容通过二极管完全放电后，电感两端的电压对地电压下降到零，输出的电流电压再次恢复到直流电源的电压值。
通过不断地周期性开闭开关管，直流斩波电路实现了电源电压的间断变化，从而控制了输出的电流电压，实现了对直流电源的调节。
通过控制开关管的通断状态和开关闭合的时间，可以调节输出电压的大小以及电流的形状，从而满足各种不同的电路需求。
《直流斩波电路 》课件
分为Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk和Sepic等。
按输出电压极性分类
分为正极性斩波和负极性斩波。
02
直流斩波电路的工作 模式
降压斩波模式
总结词
通过降低输出电压来调整直流电源的
详细描述
在降压斩波模式中，斩波器将直流电源的输出电压降低到一个预设的值。通过周期性地打开和关闭开关，斩波器 将输入电源的连续直流电压转换为具有较低平均电压的脉冲电压。这种模式常用于需要降低电源电压的场合，例 如电池供电的应用。
详细描述
混合调制控制是将脉冲宽度调制和频率调制两种控制策略结合起来，根据需要选择不同 的调制方式进行调节。这种控制策略可以综合PWM控制和频率调制控制的优点，提高 输出电压的调节精度和动态响应速度。但同时，混合调制控制的实现也较为复杂，需要
更多的控制电路和计算资源。
04
直流斩波电路的实验 与仿真
实验平台的搭建
总结词
通过调节脉冲的宽度来控制输出电压的大小 。
详细描述
PWM控制是通过调节斩波电路中开关的开 通时间和关断时间，来改变输出电压的平均 值。当开通时间较长时，输出电压较大；当 关断时间较长时，输出电压较小。PWM控 制具有输出电压稳定、调节速度快、动态响
应好等优点。
频率调制控制
总结词
通过改变斩波电路中开关的工作频率来调节输出电压的大小。
定性和非线性问题，提高控制精度和鲁棒性。
高频化与小型化研究
要点一
高频化研究
通过改进斩波电路的结构和元件参数，提高斩波频率，减 小电路体积和重量，满足现代电子设备对高频率、小型化 的需求。
要点二
小型化研究
采用新型的电子元件和集成技术，减小斩波电路中各元件 的体积和重量，实现斩波电路的整体小型化。
直流斩波电路分析_电力电子技术
（3-16）
e a - 1 m e -1
第十一讲
直流斩波电路分析
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） – 一般是指直接将直流电变为另一直流电，不包括直流—交流—直流 – 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
11.1.1 11.1.2 11.1.3 11.1.4 降压斩波电路 升压斩波电路 升降压斩波电路和Cuk斩波电路 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
返回
11.1.1 降压斩波电路
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
工作原理
I 20 1 - e -t1 / 1 - e -T /
；
ea - 1 E e -1 - m R
（3-9）
E EM 1 - e -a E m - R R R 1- e
；
（3-10）
式中:
。由图3-1b可知， t1 T t1 / a 分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值。 T / m EM / E I10和I20 T
降压斩波电路
11.1.2 升压斩波电路
11.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路
11.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
11.2
复合斩波电路和多相多重斩波电路
11.2.1 电流可逆斩波电路 11.2.2 桥式可逆斩波电路 11.2.3多相多重斩波电路
11.1
基本斩波电路
直流斩波电路
重庆三峡学院实验报告课程名称电力电子技术实验名称直流斩波电路实验类型验证学时 2系别电信学院专业电气工程及自动化年级班别2015级2班开出学期2016-2017下期学生姓名袁志军学号 2实验教师谢辉成绩2017 年 6 月 4 日（2）凡需用坐标纸作图的应使用坐标纸进行规范作图实验八直流斩波电路一、实验目的(1)加深理解斩波器电路的工作原理。
(2)掌握斩波器主电路、触发电路的调试步骤和方法。
(3)熟悉斩波器电路各点的电压波形。
二、实验所需挂件及附件序号型号备注1 DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。
2 DJK05直流斩波电路该挂件包含触发电路及主电路两个部分。
3 DJK06 给定及实验器件该挂件包含“给定”等模块。
4 D42 三相可调电阻5 双踪示波器自备6 万用表自备三、实验线路及原理本实验采用脉宽可调的晶闸管斩波器，主电路如图3-24所示。
其中VT1为主晶闸管，VT2为辅助晶闸管, C和L1构成振荡电路,它们与VD2、VD1、L2组成VT1的换流关断电路。
当接通电源时，C经L1、VD1、L2及负载充电至+U d0，此时VT1、VT2均不导通，当主脉冲到来时，VT1导通，电源电压将通过该晶闸管加到负载上。
当辅助脉冲到来时，VT2导通，C通过VT2、L1放电，然后反向充电，其电容的极性从+U d0变为-U d0，当充电电流下降到零时，VT2自行关断，此时VT1继续导通。
VT2关断后，电容C通过VD1及VT1反向放电，流过VT1的电流开始减小，当流过VT1的反向放电电流与负载电流相同的时候，VT1关断；此时，电容C继续通过VD1、L2、VD2放电，然后经L1、VD1、L2及负载充电至+U d0，电源停止输出电流，等待下一个周期的触发脉冲到来。
VD3为续流二极管，为反电势负载提供放电回路。
图3-24 斩波主电路原理图从以上斩波器工作过程可知，控制VT2脉冲出现的时刻即可调节输出电压的脉宽, 从而可达到调节输出直流电压的目的。
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 )(-。
直流斩波电路
4.2.4 Cuk电路的结构及工作原理
V 关断时，电感 L1 释放 能 量 ， VD 导 通 。 电 源 和 电 感 L1 同 时 向 电 容 充 电 。 负载由电感L2供电。
一周期中， V 关断时， C 吸收能量；V导通时，C 释放能量，从而将能量 从输入端传递到输出端， 起到了传递能量的作用。
4.3.1 正激变换电路的结构及工作原理
◆变压器的磁心复位过程
W3与VD3组成磁心复位电路。 S关断后，W3绕组感应电势极性为上正下负，使VD3 导通，磁场能量回馈给电源，回路电流逐渐减小为零。 S关断期间，开关承受的电压高于电源电压，为：结构及工作原理
按电路结构：单元电路 / 多元电路（单重、多重）
4.1 概述
4.1 .1 直流斩波的基本工作原理
DC/DC直流降压电路
4.1 .1 直流斩波的基本工作原理
直流－直流变换方案一: 电阻降压
4.1 .1 直流斩波的基本工作原理
直流－直流变换方案二: 串联晶体管
4.1 .1 直流斩波的基本工作原理
4.2.3 升降压斩波电路的结构及工作原理
设电源电流i1和负载电流i2的平均值分别为I1和I2， 当电流脉动足够小时，有：
t on I1 I2 t off
EI1 U o I 2
其输出功率和输入功率相等，可看作为一升降压直 流变压器。 电路特点：负载与电容并联，电容不是无穷大，则 电容电压有波动，负载电流也波动；输入电流断续。 由于输入和输出电流波动，对电源和负载都产生电磁 干扰。
◆☞磁心复位所需的时间为
U i ton
N1 U i t rst N3
t rst
N3 t on N1
4.3.1 正激变换电路的结构及工作原理
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
直流斩波电路原理
直流斩波电路原理直流斩波电路是一种用于将直流电信号转换为可变直流电压波形的电路。
它可以通过控制开关器件的状态来改变输出电压的大小和极性，使得输出波形可以经过调制和滤波后，适用于各种应用场景，如变压器、直流电机、光伏发电以及电动汽车等。
直流斩波电路的基本原理是利用开关器件的开关行为来改变电路的通断状态。
常用的开关器件包括二极管、晶体管、场效应管和继电器等。
当开关器件处于导通状态时，电流可以流过它们，形成一个导通通道，电路便处于闭合状态。
而当开关器件处于截止状态时，电流无法通过它们，电路便处于断开状态。
在直流斩波电路中，常使用的开关器件是晶体管。
晶体管有三个引脚：基极、发射极和集电极。
当基极电流为零时，晶体管处于关断状态；当有正向电流（低于器件的饱和电流）通过基极时，晶体管处于饱和状态，允许大电流从集电极流入发射极；当有反向电流通过基极时，晶体管处于截止状态，几乎没有电流流过。
基于晶体管的开关特性，直流斩波电路可以通过控制晶体管的饱和和截止状态，来改变电路的通断状态和电流路径。
一个典型的直流斩波电路包括一个晶体管开关和一个电感元件。
晶体管开关控制电流的流动路径，调整电感元件的连接和断开状态，从而改变电路的通断状态。
当晶体管处于饱和状态时，电流通过电感元件；当晶体管处于截止状态时，电流绕过电感元件。
通过周期性地调整这种通断状态，可以在电感元件上产生一种有脉冲宽度和频率的方波电压。
直流斩波电路的输出波形可以通过滤波电路进行整形和平滑。
在滤波电路中，通常使用电容器和电阻器来滤除方波中的高频噪声成分，从而得到一个平坦的可变直流电压波形。
直流斩波电路的应用非常广泛。
在变压器中，直流斩波电路用于调整输入输出电压的大小，实现电压的升降。
在直流电机中，直流斩波电路用于控制电机的转速和方向，实现电机的启动、停止和调速。
在光伏发电系统中，直流斩波电路用于优化光伏板的输出功率，将直流能量转换为交流能量。
在电动汽车中，直流斩波电路用于调整电池的输出电压和电流，实现电动汽车的行驶控制。
《直流斩波电路》课件
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2. 在仿真软件中搭建斩波 电路的仿真模型。
01
03 02
仿真模型的建立与验证
01 1. 将仿真结果与实验结果进行对比，分析误差来 源。
02 2. 通过调整仿真参数，验证仿真模型的正确性和 可靠性。
03 3. 利用仿真模型进行优化设计，为实际应用提供 参考。
06
直流斩波电路的发展趋势 与展望
高效率斩波电路的研究
工作原理
通过周期性地快速打开和关闭开关， 将直流电压或电流斩波成一系列的脉 冲，再通过滤波电路将脉冲转换为平 滑的直流电压或电流。
直流斩波电路的应用
电源供应
用于调整输出电压或电流的幅度，如电动车充电 器、可调电源等。
电机控制
用于控制电机的输入电压或电流，如直流无刷电 机、电动工具等。
电网平衡
用于平衡电网中的有功和无功功率，提高电网的 稳定性。
脉冲频率调制（PFM）
总结词
通过改变脉冲的频率来控制输出电压或电流的平均值。
详细描述
在PFM控制策略中，斩波器以变化的频率周期性地开启和关闭，通过改变开启和关闭 的周期来调节输出电压或电流的平均值。PFM控制具有低噪声、低纹波等优点，适用
于对噪声敏感的应用场景。
混合调制
总结词
同时调节脉冲宽度和脉冲频率以实现更精细 的控制。
《直流斩波电路》ppt课件
contents
目录
• 直流斩波电路简介 • 直流斩波电路的工作模式 • 直流斩波电路的参数设计 • 直流斩波电路的控制策略 • 直流斩波电路的实验与仿真 • 直流斩波电路的发展趋势与展望
01
直流斩波电路简介
定义与工作原理
定义
直流斩波电路原理实验
直流斩波电路原理实验概述直流斩波电路是一种将直流信号转换为脉冲信号的电路。
该电路通过控制开关管的导通和截止，实现了直流信号的二值化处理。
本文将介绍直流斩波电路的原理和实验步骤。
直流斩波电路原理直流斩波电路的原理基于开关管的开关功能，当开关管导通时，直流信号通过；当开关管截止时，直流信号被切断，产生脉冲信号。
在直流斩波电路中，常用的开关管有晶体管和场效应管。
实验材料1.直流电源2.NPN型晶体管3.耦合电容4.变压器5.负载电阻6.示波器实验步骤1. 搭建电路根据电路原理图，搭建直流斩波电路实验电路。
将直流电源连接到变压器的输入端，变压器的输出端与晶体管的集电极相连，同时将负载电阻接在晶体管的发射极和地之间。
2. 调整参数调整变压器的变比，使得输出信号的幅值适当。
同时调整负载电阻的阻值，以达到所需的输出功率。
3. 连接示波器将示波器的探头分别连接到晶体管的集电极和发射极上，以观察输出信号的波形。
4. 实验记录记录示波器显示的波形和各个参数的数值。
实验结果分析根据实验记录的数据，分析直流斩波电路的性能和特点。
主要包括以下几个方面：1. 输出波形通过示波器观察输出波形，可以判断直流斩波电路的工作状态和性能。
根据波形的幅值、频率和占空比等参数，可以评估电路的性能。
2. 电路效率根据输入功率和输出功率的比值，计算直流斩波电路的效率。
效率越高，电路的能量转换效率越高。
3. 噪声分析通过分析输出波形的噪声水平，可以评估直流斩波电路的抗干扰能力和噪声性能。
实验应用直流斩波电路在实际应用中有着广泛的用途，主要包括以下几个方面：1. 消息传输直流斩波电路可以将模拟信号转换为数字信号，用于消息传输和通信系统中。
2. 电力变换直流斩波电路在电力系统中可以用于直流与交流的转换，实现电力的变压变频控制。
3. 电动机控制直流斩波电路可用于电动机控制系统，实现电机的速度和方向控制。
4. 脉冲控制直流斩波电路产生的脉冲信号可用于触发其他电路和系统的工作，如触发器、计数器等。
直流斩波电路工作原理分析
直流斩波电路工作原理分析直流斩波电路的主要是实现直流电能的变换，对直流电的电压或电流进行控制。
按照输入电压与输出电压之间的关系，可以分为六种不同的形式，分别为降压斩波电路（BUCK ）、升压斩波电路（BOOST ）、升降压斩波电路（BUCK-BOOST ）、Cuk 斩波电路、Sepic 斩波电路和Zeta 斩波电路。
下面分别对它们的工作原理进行简单的介绍。
一．降压斩波电路降压斩波（BUCK ）电路的拓扑结构图如1-1所示。
U io图1-1 BUCK 电路拓扑结构分析在开关器件导通和关断时，电路的动态工作过程。
图1-1中实线部分表示开关器件导通时的回路，虚线部分表示器件关断时的续流回路。
在续流过程中，根据电感中的电流的不同分为，电感电流连续（CCM ）和断续（DCM ）两种情况。
由此可以得到降压斩波电路的动态工作过程如图1-2所示。
U ioa) S 导通时等效电路oCob) S 关断，i L ≠0时等效电路c) S 关断，i L =0时等效电路图1-2 BUCK 电路动态工作过程在工作过程中，驱动信号以及电感上的电压和电流波形如图1-2所示。
u Su Li Li La) 电感电流连续时波形b) 电感电流断续时波形图1-3 BUCK 电路的工作原理图由电感器件的伏秒平衡原理，可以得出在电流连续和断续两种情况下，BUCK 斩波电路的输出电压。
a) 电感电流连续时，有()(1)0i o o U U D U D ---= （1-1）化简可得o i U DU = （1-2）b) 电感电流断续时，有1()0i o o U U D U --∆= （1-3）化简可得1o i DU U D =+∆ （1-4） 由此可以看出，电感电流断续情况下的输出电压更高。
二．升压斩波电路升压斩波（BOOST ）电路的拓扑结构如图2-1所示。
U iLo图2-1 BOOST 电路拓扑结构在图2-1中，实线部分表示开关器件导通时的回路，虚线部分表示开关器件关断时的回路，由此可以得到升压斩波电路的动态工作过程如图2-2所示。
第十三讲直流斩波电路
PWM控制器SG3525
5.1V 基准
欠压锁定
CT
RT
振荡器
触发器
VCON OA
误差放大器
1 f
CT (0.7RT 3RD )
锁存器 50uA
OB GND
SG3525
合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组
降压斩波电路(BUCK)
❖从能量传递关系出发进行的推导
0 ton
t
L
T
- ❖在直流斩波器中，因输入电源为直流电，电流无自然过零点，半控元件的切换
只能通过强迫换流措施来实现。由于强迫换流电路需要较大的换流电容、辅助晶
闸管等，造成了线路的复杂化和成本的提高。因此，直流斩波器多以全控型电力
电子器件具有自关断能力的器件作为开关器件。
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EI1 U oபைடு நூலகம்Io
（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
Io
Uo R
1
b
E R
（3-25)
➢ 由式（3-24）即可得出电源电流I1为：
I1
Uo E
V
L io R
• 由于L为无穷大，故负载电流维持为Io不变
iG
E
VD uo
• 电源只在V处于通态时提供能量，为 EI oton
• 在整个周期T中，负载一直在消耗能量，消耗的能量为 RIo2T EM IoT
+
M EM
-
• 一周期中，忽略损耗，则电源提供的能量与负载消耗
直流斩波电路
工作情况：
（1）当V通时，设电枢电流为i1，EM对 L储能，uo=0, i1增加。 （2）当V截至时，EM和L经VD将制动能量回馈给E， 此时uo=E, i2减小。 当负载及L足够大时，电流连续时，波形如图b 。
电枢电流为：
EM U O EM bE EM (1 ) E Io R R R
直流-直流变换电路
直流斩波电路（DC Chopper）：
通过电力电子器件的开关作用，将一种直流电压变为另 一固定或可调的直流电压的电路。
也称为直流--直流变换器（DC/DC Converter）。
电路种类：分为隔离型和非隔离型。 非隔离型有 6种：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。 隔离型有：正激变换电路，反激变换电路，推挽电路， 半桥变换电路，全桥变换电路等。
3.2 基本直流斩波电路
3.2.1 降压斩波电路（Buck Chopper)
电路结构
全控型器件 若为晶闸管，须 有辅助关断电路。 负载 出现 的反 电动 势
续流二极管
典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载。
3-4
一、 工作原理：
1、电流连续（设电感L比较大） 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。 通常串接较大电感 L 使负载电 流连续且脉动小，如图b）。 动画演示。
3-1
3.1 斩波电路的工作原理
工作原理：
S是理想开关，开关S的工作周期为T 。R为纯阻性负载。S在ton接通，电流经 负载R流过， R两端有电压E；S在toff断 开， R中电流为零，电压也变为零。 输出电压平均值为:
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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。 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
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-
降压斩波电路
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
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
f
1 CT (0.7 RT 3RD )
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降压斩波电路(BUCK)
从能量传递关系出发进行的推导 • 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
E V iG L io R
+
VD uo M EM
-
2 • 在整个周期T中，负载一直在消耗能量，消耗的能量为 RIo T EM I oT
V i1 E uL i2 VD IL L C uo R
a) i1 IL to n to f f
o
i2 IL
t
图3-4 升降压斩波电路及其波形 a）电路图 b）波形
o
b)
t
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升降压斩波电路
数量关系
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
L1
C
L2
i1
L1 B uB
C uC S A uA
L2 i 2
E
V
VD
uo
R
E
uo
R
a)
图3-5 Cuk斩波电路及其等效电路 a） 电路图 b） 等效电路
b)
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Cuk斩波电路
稳态时电容C的电流在一周期内的平均值应为零，也就是其对时间的积分为零， T 即 iC d t 0 （3-45）
• 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
• 直流斩波电路的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ类
• 6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
• 复合斩波电路——不同基本斩波电路组合 • 多相多重斩波电路——相同结构基本斩波电路组合
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直流斩波电路分析
• 下图是直流斩波器的原理图。图中开关S可以是各种电力电子开关器件，输入 电源电压E为固定的直流电压。当开关S闭合时，直流电流经过S给负载RL供 电；开关S断开时，直流电源供给负载RL的电流被切断，L的储能经二极管VD 续流，负载RL两端的电压接近于零。 u
b 1
tof f 。 b T
1 Uo E E b 1
1
（3-22） （3-23）
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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 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） EI1 U o I o 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 （3-25) 由式（3-24）即可得出电源电流I1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
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降压斩波电路
数量关系
• 电流连续时，负载电压平均值
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
0
在图3-5b的等效电路中，开关S合向B点时间即V处于通态的时间ton，则电容电 流和时间的乘积为I2ton。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I1toff。由此可得 从而可得
L1
I 2 toff T ton 1 I1 ton ton
C L2 i1 L1
I 2ton I1toff
（3-46） （3-47）
C B uB uC S A uA L2 i2
E
V
VD
uo
R
E
uo
R
a)
b)
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的能量相等，即
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升压斩波电路
1.升压斩波电路的基本原理
i1 L io V C uo R VD
• •
•
假设L和C值很大。 V处于通态时，电源E向电感L充 电，电流恒定I1，电容C向负载R 供电，输出电压Uo恒定。 V处于断态时，电源E和电感L同 时向电容C充电，并向负载提供 能量。 图3-2 升压斩波电路 及其工作波形 a）电路图 b）波形
NCP1402SN50T1是ONSEMI公司生产的高效率、低功耗升压型DC/DC转换器， 其内臵PFM（脉冲频率调制）振荡器、PFM控制器、PFM比较器、软起动电路、 电压基准及MOEFET开关管，还具有限流电路。其输入电压范围为0.8V～5.5V， 输出为固定的5V电压，输出额定电流为200mA。 内 部 MOSFET 开 关 管 导 通 时 ， 管 脚 LX 连 接 的 47uH 电 感 进 行 储 能 ； 内 部 MOSFET开关管关断时，电感释放能量，在管脚OUT产生高于输入电压的+5V， 通过电容滤波，得到稳定输出电压。外接肖特基二极管，使输出电压不会反回至 输入端。
• •
T不变，变ton —脉冲宽度调制（PWM） ton不变，变T —频率调制（PFM）
•
ton和T都可调，改变占空比—混合型
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PWM控制器SG3525
5.1V 基准 欠压锁定 VCON CT RT
振荡器
触发器
OA
锁存器
OB GND
误差放大器
50uA SG3525
U o EM （3-2） R • 电流断续时，Uo被抬高，一般不希望出 现 Io
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ton ton Uo E E E ton toff T
（3-1）
降压斩波电路
斩波电路三种控制方式（根据对输出电压 此种方式应用
最多 平均值进行调制的方式不同而划分）
EI1ton (Uo E) I1toff t tof f T 化简得： U o on E E tof f tof f
T/toff>1，输出电压高于电源电压，故为升压斩波电路。 ——升压比；升压比的倒数记作b ，即
（3-20） （3-21）
b和的关系：
T / toff
因此，式（3-21）可表示为
t on I1 I2 t off
i1
ton
toff
（3-42） IL
i2 （3-43） IL
o
t
o
EI1 U o I 2
（3-44）
b)
t
其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。
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Cuk斩波电路
V通时，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路分别流过电流 V断时，E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路分别流过电流 输出电压的极性与电源电压极性相反 等效电路如图3-5b所示，相当于开关S在A、B两点之间交替切换
T
V处于通态 uL = E
0
uL d t 0
（3-39）
E ton U o toff
（3-40）
V处于断态 uL = - uo
Uo 所以输出电压为：
ton ton E E E （3-41） toff T ton 1
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有源功率因数校正电路
L uL iL VD0 R3 VF R2 R5 C ＋ R4 R uo R1
ud uS
输入电 压检测
输 入 电 流 检 测
SPWM 比较器
高频三角 波发生器
输出电 压检测
电流 调节器
PWM 控制器 误差 放大器 Vref
乘法器
交流输入电压经桥式 整流后，再经过DC／DC变 换，通过相应的控制使输 入电流平均值自动跟随整 流电压基准值，可获得较 高的网侧功率因数，并保 持输出电压稳定。APFC电 路有两个反馈控制环：输 入电流环使DC／DC变换器 输入电流为全波整流波形， 并且与全波整流电压波形 相位相同；输出电压环DC ／DC变换器使输出端为一 个直流稳压源，达到直流 电源的稳压效果。
Io Uo 1 E R b R
Uo 1 E I1 Io 2 E b R
（3-26）
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