斩波电路.ppt
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《斩波开关技术》课件
详细描述
斩波开关技术是一种通过快速控制开关的通断来调节输出电压或电流的幅度和方向的电力电子技术。在斩波器中 ，开关通常由晶体管或场效应管等半导体器件实现。通过调节开关的占空比，可以控制输出电压或电流的平均值 ，从而实现各种不同的应用需求。
通断来调节输出电压或电流的幅度和方向，其工作原 理主要基于开关的快速通断和能量守恒原理。
噪声大
优化斩波开关的结构设计，减少机械振动；对斩波开关的电路板 进行电磁屏蔽。
05
斩波开关技术的发展趋势
技术创新
斩波开关技术的不断优化
随着科技的发展，斩波开关技术也在不断进步，包括电路 设计、控制算法等方面的优化，以提高系统的效率、稳定 性和可靠性。
新型斩波器材料的研发
新型材料的出现和应用，为斩波器的设计和制造提供了更 多的选择和可能性，有助于提高斩波器的性能和寿命。
关。
可调斩波开关能够根据实际需求 调整输出参数，具有更高的灵活
性和适应性。
可调斩波开关通常采用电子控制 方式实现调节功能，具有较长的
调节范围和较高的调节精度。
选择依据
1
根据实际应用需求选择合适的斩波开关类型。
2
考虑斩波开关的输出参数、调节范围和精度等性 能指标。
3
考虑斩波开关的成本、可靠性和稳定性等因素。
随着环保意识的不断提高，绿色环保成为斩波开关技术的重要发展方向，未来将更加注重 环保和节能的设计和应用。
• 总结词：斩波开关技术广泛应用于电动汽车、不间断电源、电机控制、
太阳能逆变器和风力发电等领域。
• 详细描述：斩波开关技术在许多领域都有广泛的应用。在电动汽车领域，斩波开关技术用于控制电池的充电和放电过程 ，提高能量利用率和延长电池寿命。在不间断电源领域，斩波开关技术用于实现输出电压的稳定，为计算机、通信设备 和医疗设备等提供可靠的电源供应。在电机控制领域，斩波开关技术用于实现电机的速度控制和转矩控制，广泛应用于 电动工具、家用电器和工业自动化等领域。此外，斩波开关技术在太阳能逆变器和风力发电等领域也有广泛的应用，用 于实现高效、可靠的能源转换和控制。
斩波开关技术是一种通过快速控制开关的通断来调节输出电压或电流的幅度和方向的电力电子技术。在斩波器中 ，开关通常由晶体管或场效应管等半导体器件实现。通过调节开关的占空比，可以控制输出电压或电流的平均值 ，从而实现各种不同的应用需求。
通断来调节输出电压或电流的幅度和方向，其工作原 理主要基于开关的快速通断和能量守恒原理。
噪声大
优化斩波开关的结构设计，减少机械振动；对斩波开关的电路板 进行电磁屏蔽。
05
斩波开关技术的发展趋势
技术创新
斩波开关技术的不断优化
随着科技的发展，斩波开关技术也在不断进步，包括电路 设计、控制算法等方面的优化，以提高系统的效率、稳定 性和可靠性。
新型斩波器材料的研发
新型材料的出现和应用，为斩波器的设计和制造提供了更 多的选择和可能性，有助于提高斩波器的性能和寿命。
关。
可调斩波开关能够根据实际需求 调整输出参数，具有更高的灵活
性和适应性。
可调斩波开关通常采用电子控制 方式实现调节功能，具有较长的
调节范围和较高的调节精度。
选择依据
1
根据实际应用需求选择合适的斩波开关类型。
2
考虑斩波开关的输出参数、调节范围和精度等性 能指标。
3
考虑斩波开关的成本、可靠性和稳定性等因素。
随着环保意识的不断提高，绿色环保成为斩波开关技术的重要发展方向，未来将更加注重 环保和节能的设计和应用。
• 总结词：斩波开关技术广泛应用于电动汽车、不间断电源、电机控制、
太阳能逆变器和风力发电等领域。
• 详细描述：斩波开关技术在许多领域都有广泛的应用。在电动汽车领域，斩波开关技术用于控制电池的充电和放电过程 ，提高能量利用率和延长电池寿命。在不间断电源领域，斩波开关技术用于实现输出电压的稳定，为计算机、通信设备 和医疗设备等提供可靠的电源供应。在电机控制领域，斩波开关技术用于实现电机的速度控制和转矩控制，广泛应用于 电动工具、家用电器和工业自动化等领域。此外，斩波开关技术在太阳能逆变器和风力发电等领域也有广泛的应用，用 于实现高效、可靠的能源转换和控制。
第三章 直流斩波电路 ppt课件
ppt课件
4
负载电流为：
I 0 U 0 EM E EM
R
R
电源电流平均值为： I1 ton I 0 I 0
T
同乘以Ｅ：EI1=αEI0=U0I0 即输入功率等于输 出功率，因α小于1，可将降压变压器看作直流 降压变压器。
ppt课件
5
根据输出电压调制方式的不同，斩波电路有三种 控制方式：
常用的直流斩波电路包括：降压斩 波电路、升压斩波电路、升降压斩波电 路等，前两种电路应用广泛，而且是其 他斩波电路的基础。
ppt课件
1
3 . 1 基本斩波电路
3．1．1 降压斩波电路
斩波电路的基本用途是拖动直流电动机， 也可带蓄电池负载，总之负载中都有反电势。
电路如图，使用了一个全控型器件V，V采 用的是绝缘栅双极晶体管IGBT，二极管VD的 作用是V关断时进行续流的。
T
uLdt 0
0
当V导通时，uL=E; 当V关断时，uL=- u0，
于是 Eton= u0 toff 输出电压为：
U 0 ton E ton E E
toff
T ton
1
改变占空比α，当0<α<1/2 时为降压电路，当
1/2<α<1时为升压电路。
ppt课件
此外采用多重多相电路还可使电路的可靠性提高， 当一路出现故障时，其余单元可继续运行。
ppt课件
25
ppt课件
26
第四章 交流控制电路和交交变频电路
本章研究对交流电的调节电路。 交流控制电路是指改变交流电电压、电流 的电路； 交交变频电路是指改变交流电源频率的电 路，变频电路有交直交变频和矩阵式变频电路。
直流斩波电路 PPT
√负载电流平均值为
Io
Uo
Em R
(5-2)
☞电流断续时，负载电压uo平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情 况。
5.1.1 降压斩波电路
◆斩波电路有三种控制方式
此种方式应 用最多
☞脉冲宽度调制（PWM）：T不变，改变ton。
☞频率调制：ton不变，改变T。
☞混合型：ton和T都可调，改变占空比
5.1.1 降压斩波电路
■例5-1 在图5-1a所示的降压斩
波电路中，已知E=200V， R=10Ω，L值极大，Em=30V， T=50μs，ton=20s,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，于是输出电压平均值为
U otT on E2 5 02008 0(V 0)
➢ 在整个周期T中，负载消耗的能量为 Ro 2 T IE M Io T
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。
Eoto In Ro 2T IE M IoT
假设电源电流平均值为I1，则有
Io
EEM
R
I1 tTonIo Io
其值小于等于负载电流Io，由上式得
E1 I Eo IU oIo
☞主要用于电子电路的供 电电源，也可拖动直流电动机
或带蓄电池负载等，后两种情
况下负载中均会出现反电动势， 如图中Em所示。
3.1.1 降压斩波电路
2) 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 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。
第一节：基本斩波电路
二．DC — DC 变换的分类
● ●
三．直流斩波电路的基本电路 1．降压斩波电路 4．Cuk 斩波电路 2．升压斩波电路 5．Sepic 斩波电路 3．升降压斩波电路 6．Zeta 斩波电路
其中前两种是最基本的电路； 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； 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； 相同结构基本斩波电路组合；
综合式（3-4）（3-6）（3-7）（3-8）可得： ）（3 ）（3 ）（3 可得：
et1 /τ −1 E E eαρ −1 E M − I10 = T /τ = ρ −m R e −1 R R e −1
1−e−t1 /τ E EM 1−e−αρ E − I20 = = −m R 1−e−T /τ R R 1−e−ρ
3.1.2 升压斩波电路
一．升压斩波电路的基本原理
假设升压电感 L 值很大，C 值也很大，能够维持其输出电压 u0 不变 值很大， 值也很大，
1．在 V 导通期间 E 向 L 充电，充电电流恒为 I1 ，同时 C 上的电压向负载供电； 充电， 上的电压向负载供电； 因 C 值很大， 输出电压 u0 为恒值， 值很大， 为恒值， 记为 Uo ；
三．升压斩波电路的能量传递 1．忽略电路中的损耗， 忽略电路中的损耗， 则由电源 E 提供的能量全部由负载 R 消耗，即： 消耗， 该式表明： 该式表明：
EM
二．降压斩波电路的参数关系
1．电流连续时负载电压平均值
E
V
L
io
R +
iG
VD uo
M EM
-
电力电子技术Buck降压斩波电路ppt课件
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
巩固练习
数量关系计算： 1.有一开关频率100kHz的降压斩波电路，输入电压为20V，占
空比0.8，输出电流4A连续，要求输出纹波电压小于10mV ，求：1）维持电感电流临界连续的电感值LO；
二.工作原理：
3.在稳定条件下，
uO , uC
TS
VT周期性导通、关
UO
断，则电压、电流
t
波形周期性重复， 如图所示。 (续
0
i
t on
t o ff
上一页)
o
IO
0
t
i C I2 IO
0
t
I1 - IO
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
二.工作原理：
3.在稳定条件下，
VT周期性导通、关
uD
TS
断，则电压、电流波
Ud
形周期性重复， 如图所示。
DTS
0
t
uL
on
t off
t
U d
-UO
Ud Uo
0
t
Uo
-UO
iL
I2
IL
I1
t
0
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
二.工作原理：
依据电路参数的不同，本电路可以工作在电感电流连续状态、电感电流 临界连续状态及电感电流断续状态；下面以电感电流连续时为例。
《直流斩波电路 》课件
按斩波器结构分类
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。
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。
《斩控调压电路》PPT课件
ubA1
O
ubA2
通过调节占空比， 实可 现以 对输出电压的 。控制
斩波器的工作原理
斩波电路的电能转换与传递由电力电子开关控制， 控制的主要方式为：
定 频 调 宽
定
宽
调
频
调 频 调 宽
T常数to， n变化 ton常数T变 ，化 ton,T均变化
三. 直流斩波器的主要类型及电量分析
1.主要类型 按电能变换功能分为： 2.电量分析
升压型直流斩波器在直流电动机拖动系统中的应用
3.极性反转型斩波器(Buck-Boost电路)
又称为升降压型斩波器
➢ 原理图：
V i1
i2 VD IL
uL L C
uo R
极性反转型斩波器(Buck-Boost电路)
➢ 基本工作原理
V i1
E uL
i2 VD IL LC
V通时，电源E经V向L供电使其 uo R贮输能出，电此压时恒电定流并为向负i1。载同R时供，电C。维持
➢主电路结构
S1、S2均为双向电力电子开关，其中S1 为斩波开关，S2为续流开关。
➢基本原理
通断规律是：S1闭合S2断开，S1断开时 S2闭合。即S1和S2 的动作规律在时间上是 互补的，所以称为互补式控制方式。
s1
u
s2
Z
u0
图7-29 斩控式交流调压器 原理图
25
26
✓ S1闭合、S2断开期间，u = u0； ✓ S2闭合、S1断开期间，负载被S2短路， u0 = 0 对于电 感性负载，S2为其提供续流通路。
O
T
设斩波周期为T，每一周期内：
uo R
S导通：uO U，导通时间为ton S阻断：uO 0，阻断时间为toff T ton toff 定义：D占 to空 n 0比 D1
《直流斩波电路》课件
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THANKS
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
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
◤按直流斩波器输入输出电压间关系可 以分为：当Uo大于Uin时，称其为升压斩 波器(Boost Converter )；当Uo既可以 小于Uin也可以大于大于Uin时，称其为反 转斩波器或升降压斩波器（Buck-Boost Converter ） ◢
◤按斩波开关所采用的器件分类：BJT 斩波器、MOSFET斩波器、IGBT斩波器、 Thyristor斩波器等等 ◢
I1 IR
t
（1）降压斩波器的输出电压平均值与输入电压之比，刚好等 于斩波开关的导通时间与斩波周期之比。改变导通比就可以控制 斩波器的输出电压和电流的平均值。
（2）在负载电流连续且可略去电流纹波影响时，此斩波电路 有类似于变压器的规律：电压比与电流比成反比，其导通比则类 似变压器的匝比k。
（3）在图4-4a的降压斩波电路中，由于电感的作用，使负载 电流脉动减小、乃至连续，这是实际负载所期望的。因此该电路 也是最常用的。人们把包含斩波开关S、电感L和续流二极管DF 的 电路称为降压斩波器的主电路。
t
由此可知，改变导通比，不仅能够控 制斩波器输出电压的大小，而且能够控制 其输出电流和输出功率的大小
电阻电感性负载
图4-4 带电阻电感性负 载的斩波器
（a）主电路 （b）有 关电压电流波形
在图4-3a)中，因负载是纯阻性的，所以斩波器的输出电流 与输出电压波形相似，且都有很大的脉动。若要使负载电
通时，升压二极管VD承受反向电压而截止，其等效
电路如图4-5b)所示。此时电源电压加在电感L上，
电感电流iL增长，电感L储能增加，与此同时电容C 向负载供电，电容电压下降。当开关S关断时，电感
电流iL下降，电感L的感应电势改变极性，与电源电 压叠加，强迫升压二极管VD导通，电源和电感同时
为负载供电和向电容C充电，由此得到一个比电源电
（a）实现电路 (b) 输入输出关系 图4-11 回差比较器的工作原理
三、时间比与瞬时值相结合的控 制方式
图4-10 瞬时值控制方式 （a）控制系统方框图 （b）输出电压电流波形
图4-12 时间比与瞬时值相结合的控制方式 （a）控制系统框图 （b）输出电压电流波形
4.3.2 PWM(Pulse Width Modulation)信号的产生
图4-13 单极性PWM信号的产生
(a) 信号产生电路 （b）、（c）波形
图4-13产生的PWM信号是一种单一极性的脉 冲信号，当被用来控制一个单极性的斩波器 时，斩波器的输出电压将与这个PWM信号有 相似的波形。当要求产生这种单极性PWM波 时，三角波应该全部位于在时间轴上方，这 时只有正的控制电压起控制作用，且其值不
4.2.2 升压斩波电路
U0
Ts t off
Ud
Ts
Ts ton
Ud
1
1
t
Ud
图4－5 升压斩波 器的工作原理
Io
ID
toff I L Ts
(1 t )I L
图4-5a)所示电路为升压斩波器主电路。当开关S导
U0Io
1
1t
U d (1 t )I L
Ud IL
uR
i
1 R Ts1
Ts
Ts 0
Ts 0
iuRRddt tT1Ts1s
Ts 0
U ton
0
d
uR dt R
dt
1 Ts
Ud
ton 0
(ton ) UTd sdt
R
U d t
Ud R
t
பைடு நூலகம்
PR
1 Ts
Ts 0
uRiR dt
1 Ts
ton 0
Ud
U (
d
R
)dt
Ud2 R
◤图4-2所示就是一种推挽式DC-DC功率变 换器的结构示意图，它是由恒压恒频逆变 器（CVCF inverter）和高频整流电路两 个环节构成的 ◢
◤斩波控制型DC-DC功率变换器也就是直流斩 波器，则是一种从DC到DC的直接功率变换器◢
◤由于只有一级变换，因而具有效率高、体积 小、重量轻、成本低等优点◢
第4章 直流斩波电路
4.1 概述
用斩波器斩切直流的基本思想是：如
果改变开关的动作频率，或改变直流电
流接通和断开的时间比例，就可以改变
加到负载上的电压、电流平均值。
逆变-整流型DC-DC变换器由逆变和整流两 个功率变换环节共同构成
4.1.1 DC-DC功率变换电路
将一个直流电压变换成为另一个直 流电压，被称为DC-DC的功率变换。
调频调宽
图4-7 定 频调宽的 时间比控
制
图4-8 定 宽调频的 时间比控
制
图4-9调频调 宽的时间比
控制
二 瞬时值控制方式
分别预先给定电流或电压的上 限值与下限值，将其与实际电 流或电压的瞬时值进行比较， 当实际电流或电压达到给定上 限值或下限值时，关断或开通 斩波器。这种控制方式就是瞬
时值控制方式。
流平滑化，需在原电路基础上增加平波电抗器L和续流二极
管DF，如图4-4a)所示。
U0
u0
uR
UR
t on Ts
Ud
tU d
P1
1 Ts
U Ts
0
d
Po PR
i1dt
1 TS
Ud
TS 0
(1 Ts
uR
i
Ts 0
Rd
i1
t
dt
)
U d I1
Uo Ud
UR Ud
压还高的输出电压，其等效电路如图4-5c）所示。
4.3 斩波电路的控制
定频调宽
4.3.1斩波电路的三种控制方式
一 时间比控制方式(Time Rate Control —— TRC)
定宽调频
图4-6 时间比控制时斩波器闭环 控制系统框图
时间比控制方式可以分为 定频调宽、定宽调频和调 宽调频三种类型，并且定 频调宽是这三种控制方式 中应用最为广泛的一种。
◤按直流电源与负载间的能量传递关系 对斩波器分类 ：输出电压和电流皆不 可逆的称为单象限斩波器；仅输出电流 或输出电压可逆的称为两象限斩波器； 输出电流和电压都可逆的称为四象限斩 波器 ◢
图4-3 带纯电阻负载的降压斩波器工作原理 （a）主电路（b）输出电压、电流波形
U R
I1＝I R
图4-1 DC-DC功率变换器类型 a) 逆变-整流型 b) 斩波器
◤斩波器可以由多种形式的脉冲宽度调制技 术加以控制，使得它能更好地利用开关器件 ◢
4.1.2直流斩波器及其分类 4.2 直流斩波电路的工作原理
◤依直流斩波器的功能可以分为：功率 控制型、调压型、调阻型等等 ◢
4.2.1 降压斩波电路 纯电阻负载