第4章 直流降压斩波电路
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第4章 直流-直流变换 --直流斩波器
直流斩波电路
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）； 一般直流斩波是指直接将直流电变为另一直流电，不 包括直流—交流—直流。 广泛应用于直流牵引的变速拖动（使用直流电源时）。
电路种类
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。
直流斩波器依负载电压及负载电流极性来区分可分 为下列三种︰
• • • • 1. 单象限直流斩波器。 2. 两象限直流斩波器。 3. 四象限直流斩波器。 如图1.2(a)所示为单象限直流斩 波器示意图，其负载电压及负 载电流皆为正；如图1.2(b)所示 负载电压为正，负载电流有正 有负称两象限直流斩波器；若 负载电压有正有负，负载电流 亦有正有负，称四象限直流斩 波器如图1.2(c)所示。本系统可 依接线方式改变，达成上述三 种直流斩波器。
4.1
直流降压斩波电路
• 降压斩波电路 （Buck Chopper)
典型用途之一是拖动 直流电动机，也可带 蓄电池负载。
负载出 现的反 电动势
全控型器件 若为晶闸管， 须有辅助关断 电路。
续流二极管
工作原理
1.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
2.t=t1时刻控制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 3.通常串接较大电感L使负 载电流连续且脉动小
降压斩波电路Buck Chopper
• • • 电路稳态时，负载电流在一个周期 的初值和终值相等 电流连续 负载电压平均值：
Uo t on t on t off E t on T E E
•
负载电流平均值：
Io U EM R
o
•
电流断续，Uo被抬高，一般不 希望出现
① ② ③ •
ton——V导通的时间 toff——V断开的时间 a---导通占空比Duty cycle 输出负载电压平均值最大为E，改 变占空比可改变输出电压大小，所 以此电路为降压斩波电路
电流断续，Uo被抬高， 一般不希望出现。
Io
E EM
R
EI
1
EI
o
U oIo
I1
t on T
Io Io
• 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。
m EM / E
t t1 / 1 T
T
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
负载电流断续的情况： I10=0，且t=tx时，i2=0，利用式（3-7）和式（3-6） 可求出tx为： 1 (1 m ) e t x ln （3-16） m 电流断续时，tx<toff，由此得出电流断续的条件为： （3-17） EM e 1 （ T / ；=L/R） m E e 1 对于电路的具体工况，可据此式判断负载电流是否连续。 在负载电流断续工作情况下，负载电流一降到零，续流二极管VD即关断， 负载两端电压等于EM。输出电压平均值为：
同样可以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 EI t o on 在整个周期T中，负载消耗的能量为 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。
EI o t on RI T E M I o T
2 o
tx
0
t tx E U Em i 2 d t on m o T R R
谢谢
MADE BY HE
Uo t on E (T t on t x ) E M T t tx 1 on T m E
（3-18）
此时Uo不仅和占空比α 有关，也和反电动势EM有关。 此时负载电流平均值为：
1 t on Io i1 d t T 0
斩波电路三种控制方式
此种方式应用 最多
①开关周期T不变，改变导通时间ton —脉 冲宽度调制（Pulse Width Modulation）
②导通时间ton不变，改变开关周期T —频 率调制 ③ton和T都可调，改变占空比—混合型
• 电力电子电路的实质上是分时段线性电 路的思想。 • 基于“分段线性”的思想，对降压斩波 电路进行解析。 • 分V处于通态和处于断态 • 初始条件分电流连续和断续
直流斩波电路
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）； 一般直流斩波是指直接将直流电变为另一直流电，不 包括直流—交流—直流。 广泛应用于直流牵引的变速拖动（使用直流电源时）。
电路种类
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。
直流斩波器依负载电压及负载电流极性来区分可分 为下列三种︰
• • • • 1. 单象限直流斩波器。 2. 两象限直流斩波器。 3. 四象限直流斩波器。 如图1.2(a)所示为单象限直流斩 波器示意图，其负载电压及负 载电流皆为正；如图1.2(b)所示 负载电压为正，负载电流有正 有负称两象限直流斩波器；若 负载电压有正有负，负载电流 亦有正有负，称四象限直流斩 波器如图1.2(c)所示。本系统可 依接线方式改变，达成上述三 种直流斩波器。
4.1
直流降压斩波电路
• 降压斩波电路 （Buck Chopper)
典型用途之一是拖动 直流电动机，也可带 蓄电池负载。
负载出 现的反 电动势
全控型器件 若为晶闸管， 须有辅助关断 电路。
续流二极管
工作原理
1.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
2.t=t1时刻控制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 3.通常串接较大电感L使负 载电流连续且脉动小
降压斩波电路Buck Chopper
• • • 电路稳态时，负载电流在一个周期 的初值和终值相等 电流连续 负载电压平均值：
Uo t on t on t off E t on T E E
•
负载电流平均值：
Io U EM R
o
•
电流断续，Uo被抬高，一般不 希望出现
① ② ③ •
ton——V导通的时间 toff——V断开的时间 a---导通占空比Duty cycle 输出负载电压平均值最大为E，改 变占空比可改变输出电压大小，所 以此电路为降压斩波电路
电流断续，Uo被抬高， 一般不希望出现。
Io
E EM
R
EI
1
EI
o
U oIo
I1
t on T
Io Io
• 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。
m EM / E
t t1 / 1 T
T
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
负载电流断续的情况： I10=0，且t=tx时，i2=0，利用式（3-7）和式（3-6） 可求出tx为： 1 (1 m ) e t x ln （3-16） m 电流断续时，tx<toff，由此得出电流断续的条件为： （3-17） EM e 1 （ T / ；=L/R） m E e 1 对于电路的具体工况，可据此式判断负载电流是否连续。 在负载电流断续工作情况下，负载电流一降到零，续流二极管VD即关断， 负载两端电压等于EM。输出电压平均值为：
同样可以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 EI t o on 在整个周期T中，负载消耗的能量为 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。
EI o t on RI T E M I o T
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0
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谢谢
MADE BY HE
Uo t on E (T t on t x ) E M T t tx 1 on T m E
（3-18）
此时Uo不仅和占空比α 有关，也和反电动势EM有关。 此时负载电流平均值为：
1 t on Io i1 d t T 0
斩波电路三种控制方式
此种方式应用 最多
①开关周期T不变，改变导通时间ton —脉 冲宽度调制（Pulse Width Modulation）
②导通时间ton不变，改变开关周期T —频 率调制 ③ton和T都可调，改变占空比—混合型
• 电力电子电路的实质上是分时段线性电 路的思想。 • 基于“分段线性”的思想，对降压斩波 电路进行解析。 • 分V处于通态和处于断态 • 初始条件分电流连续和断续