第七章斩控调压电路1

u L 、i L U iL 0 Ud uL
DT
T
2T
升降压型斩波器电量分析(2)
根据前面分析，电感上电压为 稳态时，uL的平均值为0，即电感在一个周期内平均能量 为0，由此可得下式，式中KV为电压变换系数。 电感中电流表达式为
S导通期间电路方程为
S关断期间电路方程为
式中
由上面两式解出
升降压型斩波器电量分析(3)
晶闸管定频调宽斩波器分析（3）



t=t4～t6：VT1关断后，振荡电路通过 VD2继续振荡。这时振荡电流ic继续增 加，大于负载电流id，到t5时刻，振荡 电流达到峰值，然后开始衰减。所以ic 分为两个部分，大于id的那部分通过 VD2，t6时，振荡电流等于负载电流 VD2中电流为0，VD2关断。等效电路 见图e。 t=t6～t7：负载电流流过C、L1、VD1、 L2和负载，给C1恒流充电，直至C上电 压接近电源电压。等效电路见图f。 t=t7～t8：VDR开始导通，负载电流开 始由C上换流至VDR，至t8时刻负载电 流全部换至VDR中，电路又进入续流阶 段。等效电路见图g。
T为开关S的工作周期，ton为导通时间。 由波形图可得到输出电压平均值为
式中U为输入直流电压。 若认为开关T无损耗，则输入功率为
输出电压平均值 的改变：因为D 是0～1之间变化 的系数，因此在 D的变化范围内 输出电压UO总是 小于输入电压U， 改变D值就可以 改变其大小。 占空比的改变： 通过改变ton 或T 来实现。
晶闸管定宽调频斩波器分析（3）

定宽调频 式斩波器 换流过程 的波形
晶闸管定频调宽斩波器分析（1）



VT1为斩波主晶闸管，VDR为续流 二极管，其它元件组成换流回路。 换流回路由辅助晶闸管VT2控制换 流时间，关断主晶闸管VT1。工作 中主晶闸管和辅助晶闸管均定频触 发，主晶闸管先于辅助晶闸管导通， 两者触发脉冲的时间间隔即为主晶 闸管的导通时间。改变这一时间间 隔，可以调节斩波器输出电压的脉 冲宽度。 电路的工作过程可分为7个阶段， 设电路已进入稳态，平波电抗器足 够大，负载电流不变。 t=0～t1：在此之前，VDR导通， 电路续流，t=0时触发VT1，VT1 与VDR换流，等效电路见图a。
晶闸管定宽调频斩波器分析（2）





t=t3～t4：VT关断，L1、 L2、C和VD构成振荡回路， VT承受反向电压。等效电 路见图b。 t=t4～t5：L1、L2、C和VD 继续振荡，VT承受正向电 压。等效电路见图c。 t=t5～t6：VD关断，VDR 尚未导通，C恒流充电。等 效电路见图d。 从t6开始VDR导通，负载电 流逐渐由C换至VDR中。等 效电路见图e。 负载电流完全换到VDR中， 电路进入续流阶段。等效电 路见图f。
直流斩波器的电量分析
在进行电量分析时，有以下假设条件： 构成斩波器的元件具有理想特性（储 能元件足够大、开关元件为理想开关 特性），则斩波器为无损耗电能变换 与传递的理想变流装置。 负载为电阻RL和电容C并联，且时间 常数τ ＝RLC>>T，稳态时可忽略其两 端电压变化，用于模拟电动势负载。 采用定频调宽方式实现占空比调节
总结：电感电流连续时Boost变换器的工作分为两个 阶段: ① S导通时为电感L储能阶段，此时电源不向负载提 供能量，负载靠储于电容C的能量维待工作。 ② S阻断时，电源和电感共同向负载供电，同时给 电容 C充电。
升降压型斩波器电量分析(1)




升降压变换电路（Buck-boost电 路），又称极性反转型斩波器的 输出电压平均值可以大于或小于 输入直流电压，输出电压与输入 电压极性相反。它通过电感实现 能量传递，主要用于要求输出与 输入电压反相，其值可大于或小 于输入电压的直流稳压电源。 导通期间（ton ）：二极管VD反偏 截止，电感L储能，电容C给负载 RL提供能量。U=-eL=uL，iL线性上 升。 关断期间（toff）：二极管VD导 通，电感L释放能量，对负载RL供 电。 eL=-uL=-Ud，iL线性下降。 电量分析时，我们只考虑稳态电 感电流连续的情况。
U
on
iL1
(1-D)T DT uL1 off (U-UC1=-Ud) UC1-Ud on off -Ud iL2 uL2
丘克（Cuk）变换电路电量分析(3)





当开关闭合时，由于电容电 压UC1的作用，使得二极管 VD反偏，电感中的电流iL1和 iL2均从开关S流过，由于 UC1>U d，电容C1通过开关放 电，并将能量传送给电感L2 和输出端的负载，因此， iL2 将会增大。另一方面，输入 端电源传送能量给L1，使电 流iL1也增加。 电感L1上的电压为 uL1=U 电感L2上的电压为 uL2=UC1-Ud 开关闭合时的等效电路及有 关波形见右图。
电源电流即电力电子开关的电流表达式为
二极管VD中电流表达式为
电容C足够大时，iVD中的交流成分通过电容C，直流成分通过 负载电阻，所以VD中电流平均值与负载中电流平均值相等。
不考虑损耗，斩波器变换的功率为
丘克（Cuk）变换电路电量分析(1)




1）丘克(Cuk)变换电路属升降压型直流变换电路。 2）电路的特点：输出电压极性与输入电压相反，输入端 电流纹波小，输出直流电压平稳，降低了对外部滤波器 的要求。 3)稳态时，电感上的平均电压UL1和UL2均为0，则电容C1 上的平均电压为UC1=Ud+U，即UC1>Ud ， UC1>U 。 4）图中C1主要起到储能和由输入端向输出端传送能量 的作用，若C1足够大，则认为uC1=UC1。
iL
2T t
eL
Ud
uS
tБайду номын сангаас
升压型直流斩波器电量分析(2)
由于在ton期间有
在toff期间有 可以解出 式中 称为升压型斩波器的电压变换系数
在稳态时，电源及电感电流可表示为：
其平均值为： 所以有
升压型直流斩波器电量分析(3)
通过二极管的电流为
其平均值就是负载电流的平均值
若不考虑损耗，升压型斩波器变换与传递的功率为
S
L _
iL eL + Ud C Id RL
+ U _ ud U Ud O eL iL iL DT
VD
ud
DT T eL
2T
t
O
T
2T
t
降压型直流斩波器电量分析(2)

输出电压平均值为：
KV=D，称为降压型斩波器的电压变换系数。若电 感中电流是连续的（只讨论这一种情况），有
电路的方程为：
降压型直流斩波器电量分析(3)
丘克（Cuk）变换电路电量分析(2)



当开关断开时，电感中的电流 iL1和iL2均流过二极管VD，输入 端及电感L1中的能量都经VD向 电容C1充电。由于UC1>U， iL1 逐渐减小，与此同时储存在电 感L2中的能量馈送到输出端， 所以iL2也减小。 电感L1上的电压为 uL1=U-UC1=-Ud 电感L2上的电压为 uL2=-Ud 开关断开的等效电路及有关波 形见右图。
晶闸管定宽调频斩波器分析（1）



由半控器件构成的斩波器必 须设置强迫关断电路来控制 关断。晶闸管定频调宽电路 的换流电路由C、L1、L2、 VD等元件构成。VT导通后 持续一段时间由换流电路关 断。斩波器输出电压脉冲宽 度决定于换流电路的电气参 数，故为定值。 设负载电流id为恒定值，电 路工作过程分为五个阶段。 t=0～t3：t=0时C上有左正 右负电压，触发VT，L1、 C构成谐振回路。等效电路 见图a。
晶闸管定频调宽斩波器分析（2）



t=t1～t2：换流结束后，VDR截止， 负载电流全部流过VT1。等效电路见 图b。 t=t2～t3：在此之前C上存有电压， 方向上正下负，由于VT2未导通，没 有放电回路，故此电压维持不变。当 t2时刻，触发VT2，VT2导通后与C、 L1构成振荡回路，开始振荡，至t3时 刻，振荡电流ic反向，VT2关断。等 效电路见图c。 t=t3～t4：VT2关断后，振荡电路通 过VD1继续振荡。注意这时VT1仍在 导通，VT1中的电流除负载电流外， 还有振荡电流ic。到t4时刻，振荡电 流与负载电流相等，VT1中电流为0， VT1关断。等效电路见图d。
直流斩波器的工作原理
图中S是可控开关， R为纯阻性负载。在 + ton时间内开关S接通， U 电流经负载电阻R流 _ 过， R两端就有电 压；在toff时间内开 关T断开， R中电流 uo 为零，电压也变为 零。
O S
uo
R
ton T
toff
t
直流斩波器的工作原理
电路中开关的占空比
D ton T 0 D 1

从前面的电路方程中解出： 负载上电流Id等于iL的平均值，为 由上面两式可得： 电源及电力电子开关上的电流为：
电源电流平均值为
斩波器传递的功率为
升压型直流斩波器电量分析(1)




直流输出电压的平均值高于输 入电压的变换电路称为升压变 换电路，又叫Boost电路。为了 实现升压变换和能量传递，在 脉冲升幅斩波电路和负载之间 接一逆止二极管VD。 eL、iL 导通期间（ton ）：二极管反偏 U 截止，电感L储能，电容C给负 载RL提供能量。 uS=0，eL=-U<0， 0 DT T iL线性上升。 关断期间（toff）：二极管VD导 -U 通，电感L经二极管VD给电容充 u 、U 、i S d VD 电，并向负载RL提供能量。 us=U+eL=Ud，eL=Ud-U>0，iL线性 下降。 iVD 电量分析时，我们只考虑电源 电流连续的情况。 0