直流斩波电路 PPT
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第三章 直流斩波电路 ppt课件
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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。
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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。
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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。
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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。
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25
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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。
电力电子技术 第五章直流斩波 优质课件
二、连续导电模式
1、波形分析
稳态时，Vo基本恒定， IC=0，UL=0， I0=ID ， Id=IL
VG
(a)
t
TS vL
Vd
(Vd )
(b)
t
iL
TS
(Vd Vo )
忽略电路损耗，Pd=Po，即： (c) 0
(IL Id )
t
UdId=UoIo
i d ton
toff
(d) 0
t
iD
第 5章
直流变换器(DC-DC变换器 )
概述
1、直流电压的调节方式
（1）线性调节方式 通过与负载相串联的线
性元件来调节电压
损耗大、效率低
（2）开关调节方式
通过电子开关的闭 合/断开来调节电压
+
Vd
-
voi
Vo R(负载) (a)
Vd
0
Vo
t
ton
toff
TS
1 fs
(b)
图5.1 纯电阻负载的降压变换器电路图
+
UC1 UL2 C
S
-
R Uo
+
+ + L1 - +
UC1 -
Ud
UL1
S
-
- L2 + UL2 C
-
R Uo
+
（a）T导通
（b）T截止
图5.17 连续导电模式下丘克变换器等效电路图
二、连续导电模式
1、波形分析
稳态时， UC1 、Uo基本恒定，IC1=0， IC2=0， UL1=0， UL2=0
U o ton D U d Ts
降压斩波电路ppt
e e
t1 T
/ /
E R
EM R
1 e 1 e
m
E R
（3-10）
式中： T /
；m EM / E
t1 /
。
t1 T
T；
由图3-1b可知，I10和I20分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值。
3.1.1 降压斩波电路
负载电流断续的情况：
式（3-6）
I10=0，且t=tx时，i2=0
式（3-7）
电流断续的条件： 输出电压平均值为：
（3-16）
tx<toff
（3-17）
负载电流平均值为：
（3-18）
（3-19）
3.1.2 升压斩波电路
升压斩波电路 （Boost Chopper）
1) 升压斩波电路的基本原理
电路结 构
储存电能
保持输 出电压
3.1.2 升压斩波电路
工作原理
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。
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。
a)
i1 ton
toff
IL
o
i2
t
IL
o
t
b)
图3-4 升降压斩波电路及其波
形a）电路图
b）
波形
3.1.3升降压斩波电路和Cuk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
（3-39）
V处于通态
uL = E
降压斩波电路
第3章 直流斩波电路
3.1 基本斩波电路 3.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路
电力电子技术课件--直流斩波电路
1 − e −t1 /τ = 1 − e −T / τ E EM 1 − e −αρ E − = − m 1 − e−ρ R R R
I 20
式中
ρ = T /τ
， m = EM / E
t1 T ， t1 / τ = = αρ T τ
x
toff t i2 I20 t2 t E
电流断续时， 电流断续时，tx < toff，由 此得出电流断续的条件为： 此得出电流断续的条件为：
eαρ − 1 m> ρ e −1 对于电路的具体工况，可 对于电路的具体工况，
据此式判断负载电流是否 连续。 连续。
EM
t
降压斩波电路的原理图及 电流断续时的波形
O
b)
t
降压斩波电路的原理图及波形
第3章 第7页
华南理工大学电力学院
The Electric Engineering College of SCUT
3.1.1 降压斩波电路
V iG L io R
+
VD uo M EM
E
a) iG ton O io i1 I10 O uo E T i2 I20 t1 t toff t
1 − (1 − m)e −αρ t x = τ ln m
EM
t
降压斩波电路的原理图及 电流断续时的波形
第3章 第16页
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3.1.1 降压斩波电路
iG iG O io O uo O ton Tt i1 E t1
O
b)
t
降压斩波电路的原理图及 电流连续时的波形
I 20
式中
ρ = T /τ
， m = EM / E
t1 T ， t1 / τ = = αρ T τ
x
toff t i2 I20 t2 t E
电流断续时， 电流断续时，tx < toff，由 此得出电流断续的条件为： 此得出电流断续的条件为：
eαρ − 1 m> ρ e −1 对于电路的具体工况，可 对于电路的具体工况，
据此式判断负载电流是否 连续。 连续。
EM
t
降压斩波电路的原理图及 电流断续时的波形
O
b)
t
降压斩波电路的原理图及波形
第3章 第7页
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3.1.1 降压斩波电路
V iG L io R
+
VD uo M EM
E
a) iG ton O io i1 I10 O uo E T i2 I20 t1 t toff t
1 − (1 − m)e −αρ t x = τ ln m
EM
t
降压斩波电路的原理图及 电流断续时的波形
第3章 第16页
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3.1.1 降压斩波电路
iG iG O io O uo O ton Tt i1 E t1
O
b)
t
降压斩波电路的原理图及 电流连续时的波形
《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。
电力电子技术第3章直流斩波电路ppt课件
值，记为Uo。设V通的时间为ton，此阶段L上积
蓄的能量为
EI 1ton
电力电子技术
L
i1 E
iG
VD io
V
C
uo R
iG
a)
O
t
io
I1
O
t
b)
➢V断时，E和L共同向C充电并向负载R供电。设V断的时间为
toff，则此期间电感L释放能量为
Uo - E I1toff
电力电子技术
➢稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能
UB
toff T
UC
➢A点的电压平均值为
UA
-
ton T
UC
➢L2的电压平均值为零，按图3-5b中输出电压Uo的极性，有
Uo
ton T
UC
电力电子技术
➢输出电压Uo与电源电压E的关系：
Uo
ton toff
E
ton T - ton
E
1-
E
这一输入输出关系与升降压斩波电路时的情况相同。
优点（与升降压斩波电路相比）：输入电源电流 和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利 于对输入、输出进行滤波。
T
0 uL d t 0
当V处于通态期间，uL = E；而当V处于断态期间，uL = - uo。于是：
E ton Uo toff
所以输出电压为：
Uo
ton toff
E
ton T - ton
E
1-
E
改变导通比，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。 当0< <1/2时为降压，当1/2< <1时为升压，因此将该电路称作升降
反过来，V进入断态时的电流初值就是V在通态阶段结束时的电
《直流斩波电路 》课件
常见问题及解决方法
短路问题
解决斩波电路中常见的短电 路问题及相应的解决办法。
过压问题
探究斩波电路中过压问题的 原因以及如何应对。
效率问题
用实例说明如何提高斩波电 路的效率。
优势和不足
优势
优点包括效率高、造价便宜、尺寸小等，可用于 电源、逆变器和变频器发等众多领域。
不足
如电容器寿命较短、逆变器稳定性较差等问题， 但可通过不断改良解决。
直流斩波电路PPT课件
本课程将介绍电子领域最基础的直流斩波电路，帮助您深入理解工作原理、 设计标准和应用方向。
定义
什么是直流斩波电路？
介绍直流斩波电路初步定义和简要工作原理。
电路图和符号
展示不同类型的直流斩波电路图和电路符号，帮助学生快速理解电路结构特点及差异。
与其他电路的区别
解释直流斩波电路与其它电路的区别并分析这种电路的特点及优势。
键应用和应用要点。
3
交通行业
介绍直流斩波电路在汽车领域、轨道 交通领域和船舶领域中的应用情况。
设计要点
1 电路布局
因地制宜、合理明确的 电路布局可以帮助简化 电路结构并带来良好效 果。
2 误差控制
失误是必然的，但通过 系统和周到的误差控制 可以避免和减少错误发 生并增强工作效率。
3 技术选型
强调技术选型的重要性 以及如何根据实际需求 选择适当的元器件和工 具。
结论和总结
知识点
总结本课程学习到的知识点和重要概念，强调自我思考和进一步深化学习的重要性。
应用
归纳直流斩波电路的实际应用和最佳实践பைடு நூலகம்强调实践的重要性。
发展
提出关于直流斩波电路未来发展方向和改良建议，鼓励学习者进行创新和探索。
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。
【全版】修改稿直流斩波电路推荐PPT
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Ud，改变D值就可以改变其大小。
及其负载波形
占空比的改变：通过改变ton 或TS来实现。
一、直流斩波电路的工作原理
忽①略脉器冲件频功率率调直损制耗(P流，FM即)工斩作方波式：电路的常用工作方式主要有两种：
在时间内当开关T接通时，电流经负载电阻R流过， R两端就有电压；
S on 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Ud，改变D值就可以改
变①其脉大冲小频。率调输制(P出FM)工电作方压式：波形的周期是不变的，因此输出谐波的 频率也不变，这使得滤波器的设计容易。
第1章 直流斩波电路
一、直流斩波电路的工作原理 二、降压斩波电路 三、升压斩波电路
三、升压斩波电路 利用电力开关器件周期性的开通与关断来改变输出电压的大小，将直流电能转换为另一固定电压或可调电压的直流电能的电路称为直
流斩波电路。 图 降压电路及其波形图 导通，电感L经二极管Ｄ给
① 脉冲频率调制(PFM)工作方式：
toff工作期间：二极管Ｄ 一、直流斩波电路的工作原理 即维持TS不变， ton改变。 输入输出电流关系为： toff工作期间：二极管Ｄ 在这种调压方式中，输出电压波形的周期是不变的，因此输出谐波的频率也不变，这使得滤波器的设计容易。
第1章 直流斩波电路 即ton维持不变，改变TS。
储能
全控型电力 器件开关
保持输出电压
① T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。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
利用电力开关器件周期性的开通与关断来改变输出电压的大小，将直流电能转换为另一固定电压或可调电压的直流电能的电路称为直
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√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。
输出电流平均值为
IoU oR -E m81 03 0 05(A )
5.1.2 升压斩波电路
■升压斩波电路 ◆工作原理
储存电能
☞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。
直流斩波电路
第5章 直流直流变流电路
5.1 基本斩波电路 5.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路 5.3 带隔离的直流直流变流电路
第5章 直流直流变流电路
引言ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
直流变换问题的提出
直流供电电压一定，而负载 需要不同电压
直流调速：需要可变的直流电压
直流升压：太阳能电池输出电压较低，需要变换到较高 电压再变换为直流
为了使负载电流连续且脉动 小通常使串接较大电感L。
图5-1 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
5.1.1 降压斩波电路
◆基本的数量关系 ☞电流连续时
√负载电压的平均值为
Uotont otnoffEtT onEE
(5-1)
式中，ton为V处于通态的时间，toff为V处于断态的时间，T为开关周期， 为导通占空比，简称占空比或导通比。
引言
■直流-直流变流电路（DC/DC Converter）包括直接直流变流电路和 间接直流变流电路。
■直接直流变流电路 ◆也称斩波电路（DC Chopper）。 ◆功能是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/DC Converter） ◆一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出 之间不隔离。 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。
电力电子电路的实质上是分时段线性电路。 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
5.1.1 降压斩波电路
■对降压斩波电路进行解析 ◆基于分时段线性电路这一思想，按V处于通态和处于断态两个过程来分析，
初始条件分电流连续和断续。 ◆电流连续时得出
Tt1T
，I10和I20分别是负
把式（5-9）和式（5-10）用泰勒级数近似，可得
I10I20R m EIo
(5-11)
平波电抗器L为无穷大，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。
3.1.1 降压斩波电路
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EIoton
■间接直流变流电路 ◆在直流变流电路中增加了交流环节。 ◆在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称 为直—交—直电路。
5.1.1 降压斩波电路
图5-1 降压斩波电路的原理图
■降压斩波电路（Buck Chopper）
◆电路分析
☞使用一个全控型器件V， 图中为IGBT。
☞设置了续流二极管VD， 在V关断时给负载中电感电流 提供通道。
I10 e eT t1// 1 1 E RE R m e e 1 1m E R I2 0 1 1 e e T t1// E RE R m 1 1 e e m E R
(5-9) (5-10)
式中，L/R，T/，mEm/E，t1/
载电流瞬时值的最小值和最大值。
(5-14) (5-15)
即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。
5.1.1 降压斩波电路
◆电流断续时有I10=0，且t=ton+tx时，i2=0，可以得出
tx ln1(1mm)e
电流断续时，tx<toff，由此得出电流断续的条件为
m
e e
1 1
输出电压平均值为
(5-16) (5-17)
保持输出电压 iGE
0
io
I1
0
图5-2 升压斩波电路及其工作波形 a）电路图 b）波形
5.1.2 升压斩波电路
3) 数量关系
设设VV通断态态的的时时间间为为ttoofnf，，则此此阶期段间L上电积感蓄L释的放能能量量为为EI1tU on oEI1toff
稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等：
U o toE n (T T to ntx)E m 1 toT ntx m E
负载电流平均值为
(5-18)
I o T 1 0 toi 1 n d t t t o o n t n x i 2 d t t o T n t x m E R U o R E m (5-19)