第三章直流变换电路
《电工技术基础与技能》第三章直流电路习题答案
《电⼯技术基础与技能》第三章直流电路习题答案第三章直流电路3.1闭合电路欧姆定律填空题1、闭合电路由两部分组成，⼀部分是电路，另⼀部分是电路。
外电路上的电阻称为电阻，内电路上的电阻称为电阻。
2、负载上的电压等于电源的电压，也等于电源的电动势减去电源的内压降，即U=E-Ir。
选择题1、⽤万⽤表测得全电路中的端电压为0，这说明（）A外电路断路 B外电路短路 C外电路上电流⽐较⼩ D电源内阻为零2、⽤电压表测得电源端电压为电源的电动势E，这说明（）A 外电路断路B 外电路短路C 电源内阻为零D⽆法判断3、电源电动势为2V，内电阻是0.1Ω，当外电路断路时电路中的电流和端电压分别为（）A、0A，2VB、20A，2VC、20A ，0VD、0V ，0V4、在闭合电路中，负载电阻减少，则端电压将（）。
A、增⼤B、减⼩C、不变D、不能确定5、⼀直流电源，开路时测得其端电压为6V，短路时测得其短路电流为30A，则该电源的电动势E和内阻r分别为（）。
A、6V，0.5ΩB、16V，0.2ΩC、6V，0.2Ω判断题1、全电路中，在开路状态下，开路电流为零，电源的端电压也为零。
（）2、短路电流很⼤，要禁⽌短路现象。
（）3、短路状态下，电源内阻的压降为零。
（）4、当外电路开路时，电源的端电压等于零（）计算题1、如图所⽰，电源电动势E=4.5V，内阻r=0.5Ω，外接负载R=4Ω，则电路中的电流I=? 电源的端电压U=?电路的内压降U=?2．如下图，已知电源电动势E=110V，r=1Ω，负载R=10Ω,求：（1）电路电流；（2）电源端电压；（3）负载上的电压降；（4）电源内阻上的电压降。
3．如下图所⽰，已知E=5V，r=1Ω，R1=14Ω，R2=20Ω，R3=5Ω。
求该电路电流⼤⼩应为多少？R2两端的电压是多少？4.如图所⽰电路中，已知E=12V，r=1Ω，负载R=99Ω。
求开关分别打在1、2、3位置时电压表和电流表的读数5、如图所⽰，E=220V，负载电阻R为219Ω，电源内阻r为了1Ω，试求：负载电阻消耗的功率P负、电源内阻消耗功率P内及电源提供的功率P。
《直流变换电路》课件
减小电磁干扰的措施
布局优化
合理安排电路元件的布局，减小 信号线长度，降低电磁干扰。
滤波电容的使用
在关键部位增加滤波电容，吸收高 频噪声和干扰。
接地措施
采用多点接地，降低地线电感和阻 抗，减少电磁干扰。
06
直流变换电路的应 用实例
电动车用直流变换电路
01
电动车用直流变换电路概述
电动车用直流变换电路是用于将直流电源转换为电动车所需电压的电路
将直流电能转换为交流电能，用于电 力机车、地铁等交通工具的牵引。
将交流电转换为电池所需的直流电。
02
直流变换电路的工 作原理
电压型直流变换电路
总结词
通过控制开关管通断，将输入直流电压变换成输出直流电 压的电路。
电路特点
输出电压稳定，负载调整性能好，适用于输出电压要求较 高的场合。
详细描述
电压型直流变换电路采用电感作为储能元件，通过控制开 关管的通断，实现输入直流电压的斩波或调压，从而得到 所需的输出直流电压。
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光伏逆变器用直流变换电路的特点
光伏逆变器用直流变换电路具有高效率、高可靠性、低噪声等特点，能够有效地提高太阳 能利用率和系统的稳定性。
不间断电源用直流变换电路
不间断电源用直流变换电路概述
不间断电源用直流变换电路是用于在停电或电源故障时提供不间断电源的电路。它通常包括输入滤波器、整流器、直 流变换器和逆变器等部分。
优点
结构简单，易于实现，对输 出电压的调节快速且准确。
缺点
对输入电压和负载变化的抑 制能力有限，可能存在较大 的电压调整率。
电流模式控制
总结词
详细描述
优点
缺点
一、直流—直流变换电路概述 1、直流—直流变换电路及功能 直流-直流(DC-DC)变换电路是将一组电
二、降压式变换电路（Buck电路）
3.电感电流连续工作模式（CCM）下稳态工作过程分析
BUCK电路 结构
开
开
关
关
导
关
通
断
时
时
等
等
效
效
电
电
路
路
二、降压式变换电路（Buck电路）
a、 晶体管导通状态（t0 t t1=DT）
VD关断，依据等效电路拓扑，有：
二、降压式变换电路（Buck电路）
（2）电路工作频率很高，一个开关周期内电容充 放电引起的纹波uripple(t) 很小，相对于电容上
输出的直流电压Uo有： uripple max Uo 电容
上电压宏观上可以看作恒定。
电路稳态工作时，输出电容上电压由微小的纹波和较大 的直流分量组成，宏观上可以看作是恒定直流，这就是开关 电路稳态分析中的小纹波近似原理。
三、DC-DC的纹波和噪音
纹波和噪声的测量方法
用示波器测量纹波和噪声的装置的框图如图所示。它由被测开关电源、 负载、示波器及测量连线组成。有的测量装置中还焊上电感或电容、电 阻等元件。
三、DC-DC的纹波和噪音
纹波和噪声的测量方法
从上图来看，似乎与其他测波形电路没有什么区别，但实际上要求不同 。关系，见图中波形，由于电感电流连
续，有
1 I 2
I o min ，计算L的关系式。
（3）由输入输出电压关系，计算D
（4）由 I LMAX I VTMAX 求得MOS管的最大电流，同时依据波形计算
电流有效值，依此选择MOS管的电流。 （5）MOS管的最高工作电压为输入电压，依此选择MOS管的耐压。
直流变换电路
8.4.2 基于App的移动电子商务安全威胁
(1)手机恶意软件威胁 1）手机病毒 2）木马程序 ①网游木马 ②网银木马 ③社交软件类
8.4.2 基于App的移动电子商务安全威胁
(1)手机恶意软件威胁 3）流氓软件 ①强制安装 ②难以卸载 ③浏览器劫持 ④广告弹出 ⑤私自下载
8.2.1 WAP协议
(1) WAP2.0的安全性
传输层端到端安全架构
8.2.1 WAP协议
(2)基于WAP的移动电子商务安全解决方案
基于WPKI的移动电子商务安全模型
8.3.4 WPKI与PKI的对比
8.4基于App的移动支付系统安全
8.4.1基于App的移动电子商务应用
(1) 基于App的手机银行应用 手机银行App是银行业金融机构针对智能手机开发的移动应用程序提供金
阻负 载
uo
Ud
ton
toff
io0
T
t
Id
ton
toff
0
t
3-4
3.1 直流-直流变换电路的工作原理
定义上述电路中开关的占空比
ton ton
T ton toff
占空比 为0~1之间的系数。
id S io
Ud
uo R
由波形图可得输出电压平均值
uo
Uo
1 T
ton 0
U
d
dt
ton T
★理想开关。所有电力电子元器件都具有理想特性：无损 耗、无惯性。即通态电阻为零、管压降为零，断态电阻为 无穷大、漏电流为零，且开通和关断时间瞬间完成，开关 损耗零。
★理想电源。直流电源是内阻为零的恒压源。
第3章 直流-交流变换电路习题
一、填空题3-1、按逆变后能量馈送去向不同，电力电子元件构成的逆变器可分为逆变器与逆变器两大类。
3-1有源、无源。
3-2、有源逆变指的是把能量转变成能量后送给装置。
3-2直流，交流，电网的，3-3、逆变器按直流侧提供的电源性质来分，可分为型逆变器和型逆变器，电压型逆变器直流侧是电压源，通常由可控整流输出，在最靠近逆变桥侧用器进行滤波，电压型三相桥式逆变电路的换流是在桥路的元件之间换流，每只晶闸管导电的角度是度；而电流型逆变器直流侧是电流源，通常由可控整流输出在最靠近逆变桥侧用滤波，电流型三相桥式逆变电路换流是在元件之间换流，每只晶闸管导电的角度是度。
3-3、电压型；电流型；电容；同相同桥臂元件之间；180º；电感；同组不同桥臂元件之间；120º；3-4、SPWM脉宽调制型变频电路的基本原理是：对逆变电路中开关器件的通断进行有规律的调制，使输出端得到脉冲列来等效正弦波。
3-4、一系列幅度相等，脉宽与正弦波幅值成正比的；3-5、PWM逆变电路的调制方式有、、。
3-5 同步调制；异步调制；分段同步调制；四、问答题3-1、无源逆变电路和有源逆变电路有何不同?答：两种电路的不同主要是：有源逆变电路的交流侧接电网，即交流侧接有电源。
而无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。
3-2、换流方式各有那几种？各有什么特点？答：换流方式有4种：器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流。
全控型器件采用此换流方式。
电网换流：由电网提供换流电压,只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。
负载换流：由负载提供换流电压，当负载为容性负载即负载电流超前于负载电压时，就可实现负载换流。
强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压的换流称为强迫换流。
通常是利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。
晶闸管不能采用器件换流，根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫换流3种方式。
3-3、什么是有源逆变？有源逆变的条件是什么？有源逆变有何作用？答：如果将逆变电路交流侧接到交流电网上，把直流电逆变成同频率的交流电，返送到电网上去称为有源逆变。
第3章 直流-直流变换电路2
✓ 带隔离变压器的直流变换器都是由基本的直流斩波器派生 而来。由降压斩波器派生出正激变换器、半桥变换器、全 桥变换器等，由升降压斩波器派生出反激变换器。
✓ 带隔离变压器的直流变换器分为单端和双端电路两大类。 在单端电路中，变压器中流过的是直流脉动电流，而双端 电路中，变压器中的电流为正负对称的交流电流。
3.1 直接DC/DC变换电路
3.1.1 降压斩波电路 3.1.2 升压斩波电路 3.1.3 升降压斩波电路 3.1.4 Cuk斩波电路 3.1.5 Sepic斩波电路 3.1.6 Zeta斩波电路 3.1.7 复合斩波电路和多相多重斩波电路
3.1.1 降压斩波电路
3.1.2 升压斩波电路
3.1.7 复合斩波电路和多相多重斩波电路
图 8-21 半桥电路原理图
流电压ud的平均值，也就改变了输
S1 ton
O
t
出电压Uo。
S2
O
T
t
S1导通时，二极管VD1处于通态，
uS1
Ui
S2导通时，二极管VD2处于通态;
uSO2
t
Ui
当两个开关都关断时，变压器绕组
O
t
N1中的电流为零，VD1和VD2都处于 iS1
通态，各分担一半的电流。
O
iS2
3.2.1 正激电路
1）正激电路的工作过程
开关S开通后，变压器绕组W1两 Ud 端的电压为上正下负，与其耦合
的W2绕组两端的电压也是上正
单开关正激电路的原理图
下负。因此VD1处于通态，VD2
现代电力电子技术直-直变换电路复习题[1]
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第3章 直-直变换电路复习题一、填空题1.直流斩波电路完成得是直流到_直流_的变换。
2.直流斩波电路的典型应用有_直流电机驱动_和_直流开关稳压电源_等。
3.直流斩波电路中最基本的两种电路是_降压斩波电路_和_升压斩波电路_。
4.斩波电路有三种控制方式：_定频调宽_、_定宽调频_和_调频调宽_。
5.对单端正励变换器的电路要求之一是应保证其 高频变压器的磁通能复位 。
6.在带隔离变压器的DC/DC 变换器中，变压器的磁通仅在单方向变化的变换器称作 单端 变换器；当开关管导通时，电源将能量传给负载的变换器称作 正励 变换器；当开关管关断时，电路将能量传给负载的变换器称作 反励 变换器。
二、简答题1. 分别绘出BUCK 、BOOST 、Cuk 式DC/DC 斩波电路图，并在理想条件下分别导出它们在电感电流连续下的输出电压、电流表达式。
2. 在基本BUCK 、BOOST 、Cuk 等DC/DC 斩波电路中，引入隔离变压器的功用有哪些？3. 画出单端正励变换器主电路，指出其中变压器各绕组在电路中的作用。
4．画出单端反激式变换器主电路，在理想条件下写出其电感电流连续下的输出电压表达式。
5. 试比较Buck 电路和Boost 电路的异同。
答：相同点：Buck 电路和Boost 电路多以主控型电力电子器件（如GTO ，GTR ， MOSFET 和IGBT 等）作为开关器件，其开关频率高，变换效率也高。
不同点：Buck 电路在T 关断时，只有电感L 储存的能量提供给负载，实现降压变换，且输入电流是脉动的。
而Boost 电路在T 处于通态时，电源Ud 向电感L 充电，同时电容C 集结的能量提供给负载，而在T 处于关断状态时，由L 与电源E 同时向负载提供能量，从而实现了升压，在连续工作状态下输入电流是连续的。
6.试分析反激式和正激式变换器的工作原理。
答：正激变换器：当开关管T 导通时，它在高频变压器初级绕组中储存能量，同时将能量传递到次级绕组，根据变压器对应端的感应电压极性，二极管D1导通，此时D2反向截止，把能量储存到电感L 中，同时提供负载电流O I ；当开关管T 截止时，变压器次级绕组中的电压极性反转过来，使得续流二极管D2导通（而此时D1反向截止），储存在电感中的能量继续提供电流给负载。
交流-直流变换
3.2.1单相半波可控整流电路
②输出电流平均值
Id
Ud R
0.45U2 R
.1 cosa
2
③晶闸管电流平均值
流过晶闸管的电流等于负载电流，即：
IdVT
Id
Ud R
0.45U2 .1 cosa
R2
④晶闸管电流有效值
IVT
1
p
(
2U2sinωt )2 d(ωt ) U2
电灯、电炉、电解和电镀等都属于电阻性负载。 特点： 消耗电能，不能存储或释放能量 负载电压和电流总是成正比，同相位，波形相同。
3.2.1单相半波可控整流电路
u2为工频正弦电压
u2 2U2sinωt
变压器二次侧电流 中含直流分量，易造成 变压器铁芯直流磁化。
晶闸管承受的最大 正反向电压均为电源电 压u2的峰值即 2U2
范围。它与电路结构和负载性质有关。 ⑥同步：触发脉冲与电源电压之间频率和相位协
调配合关系称之为同步。 ⑦换流：在电路中，电流从一个支路向另一个支
路转移的过程称为换流，也称换相。 ⑧自然换相点：当电路中可控元件全部由不可控
元件代替时，各元件的导电转换点，成为自然 换相点。
3.2.1单相半波可控整流电路
O
wt
u VT
g)
O
wt
图3.4 电感负载单相半波 有续流二极管的电路及波形Βιβλιοθήκη 3.2.1单相半波可控整流电路
（2）基本数量关系（有续流二极管） ①输出直流电压平均值
2p a
R
2R
1 sin2a p a
2p
p
3.2.1单相半波可控整流电路
⑤变压器二次侧电流有效值I 2与输出电流的有效值I 相等
直流变换电路设计规范
直流变换电路设计规范 (初稿)AV-研〔2002〕-xxx号(该规范由视听公司研究所负责编制，作为初稿有许多不足之处，请相关人员提供修改意见)目录第一章总则第二章直流变换电路类型第三章：电路设计选型及要求第四章 PCB设计要求第一章总则第１.1条为使直流变换电路设计贯彻执行公司标准化，保障直流变换电路可靠，技术先进和经济合理，制订本规范。
第1.２条本规范适用于DVD机等低压直流变换电路而设计，主要用于负载间的匹配，满足一种直流电源输入与多路不同直流电压输出的要求。
并根据使用环境确定设计方案。
第1.3条直流变换电路设计应采用符合效率高、能耗低、尽量不用散热器，性能先进、有优异的电源和负载调整能力，满足EMC要求的产品。
第二章直流变换电路类型及要求第２.1条根据输出电压不同，分为升压、降压与反相三类拓朴结构。
第２.2条根据直流变换电路的性质，对DC-DC电路进行分类：a)分离元件构成的直流变换电路b)三端线性稳压器：c)降压单片集成稳压器d)线性脉宽调制器e)单片功率开关稳压器：第三章：电路设计选型及要求1.在“一组输入对应二组或以上输出”时，要求采用分离元件的变换电路，配以适合的变压器，以降低成本，保证高效率的关键是用于产生交流信号的开关管具有低损耗的特性，要保证低损耗，开关管应具有低的导通电压和快速传导时间，采用双极性和MOSFET具有较好的性能。
2.在“一组输入对应一组降压输出时，对电压精度要求不高时，要求采用三端线性稳压器。
3.单片集成降压稳压器电路，适合用于降压开关稳压器(反向变换器)。
对器件的选择应首先满足电路的驱动能力：一般能保证0.5-3安的负载。
这些器件的固定输出电压有3.3伏、5.0伏、12伏、15伏。
稳压器设计将外部元件的数目减到最小，简化了电源设计，要求电感需由几个不同的电感生产商提供。
因为变换器为开关电源，它的效率比流行的三端线性稳压器要高的多，特别在更高输入电压时。
在大多数情况下，功耗非常低，因而一般说来所需要的唯一的散热片是印刷电路板上铜导线，不需要外加散热片。
第3章 直流-直流变换电路讲解
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
在整个周期T中，负载消耗的能量为 RI o2T EMIoT
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。
EIoton RI o2T EMIoT
Io
DE EM R
iG ton toffa) 电路图 io i1T t1 i2
t
t=t1时控制V关断，二极管VD 续流，负载电压uo近似为零，
uo
E
t
负载电流呈指数曲线下降。
O iG
t on
b)电流连续时的波形 t off
t
通常串接较大电感L使负载电
T
流连续且脉动小。
io i1
t
uo E
E
t
EM
t
c) 电流断续时的波形
3.1.1 降压斩波电路
工作原理—断续 U0比连续时被抬高。
电流连续与否的临界条件：
L
1 D 2
RTS
L io R V
VD
E iG
u
o
+ EM
M
-
3.1.1 降压斩波电路 V L io R
用于直流电机调速
VD
E iG
uo
+ EM M
-
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。
3.1.1 降压斩波电路
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。
续流二极管
在分析DC/DC电路和推导中常用到两个重要的概念： 在稳态条件下电感两端电压在一个开关周期内的平均值为零， 同时电容电流在一个开关周期内的平均值为零。
第三章 直流斩波电路
t
O
ton
t
图3-3 用于直流电动机 回馈能量的升压斩波电 路及其波形 a） 电路图 b） 电流连续时 c） 电流断续时
10
3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电 路
1 升降压斩波电路（Boost-Buck Chopper）
1 i i, L
i1 T
E
i2
uL
L
D
U GE
ton
t
iL
2 i i, L
R
T
D
E
uc
S
A
图3-6 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路 a）Sepic斩波电路 b）Zeta斩波电路 两种电路相比，具有相同的输入输出关系。Sepic电路中，电源电流和负载电 流均连续，有利于输入、输出滤波，反之，Zeta电路的输入、输出电流均是断 续的。 另外，与前一小节所述的两种电路相比，这里的两种电路输出电压为正极性 的。
8
当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等， 即：EI1ton=(U0-E)I1toff 化简后可得：U0=[(ton+toff)/toff]E=(T/toff)E 上式中的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。也有的文献中直接采用其英文名称，称为Boost变换器。 令T/toff为升压比，调节其大小，即可改变输出电压U0的大小。若令升压 比的倒数为b，即b=toff/T，则它与导通占空比的关系有：a+b=1 因此，输出电压可表示为：
t
，
EM (1 e ) R t
t t t t di2 ，设此阶段电流初值位I20，解得： EM。 L Ri2 EM 0 i2 (t ) I 20e (1 e ) • 当电流连续时，有：I10=i2(t2)，I20=i1(t1)。由此可得到： R dt
第三章交流-直流(ACDC)变换
第三章交流-直流(AC-DC)变换3.1 单相可控整流电路3.1.1 单相半波可控整流电路1.电阻性负载图3-1表示了一个带电阻性负载的单相半波可控整流电路及电路波形。
图中T为整流变压器，用来变换电压。
引入整流变压器后将能使整流电路输入、输出电压间获得合理的匹配，以提高整流电路的力能指标，尤其是整流电路的功率因数。
在生产实际中属于电阻性的负载有如电解、电镀、电焊、电阻加热炉等。
电阻性负载情况下的最大特点是负载上的电压、电流同相位，波形相同。
图3-1 单相半波可控整流电路（电阻性负载）晶闸管从开始承受正向阳极电压起至开始导通时刻为止的电角度度称为控制角，以α表示；晶闸管导通时间按交流电源角频率折算出的电角度称为导通角，以θ表示。
改变控制角α的大小，即改变门极触发脉冲出现的时刻，也即改变门极电压相对正向阳极电压出现时刻的相位，称为移相。
整流电路输出直流电压u d为(3-1) 可以看出，U d是控制角α的函数。
当α＝0时，晶闸管全导通，U d＝U d0＝0.45U2，直流平均电压最大。
当α＝π时，晶闸管全关断，U d＝0，直流平均电压最小。
输出直流电压总的变化规律是α由小变大时，U d由大变小。
可以看出，单相半波可控整流电路的最大移相范围为180°。
由于可控整流是通过触发脉冲的移相控制来实现的，故亦称相控整流。
2.电感性负载当负载的感抗ωL d与电阻R d相比不可忽略时，这种负载称电感性负载。
属于电感性负载的常有各类电机的激磁绕组、串接平波电抗器的负载等等。
电感性负载时电路原理图及波形如图3-2所示。
在分析电感性负载的可控整流电路工作过程中，必须充分注意电感对电流变化的阻碍作用。
这种阻碍作用表现在电流变化时电感自感电势的产生及其对晶闸管导通的作用。
图3-2 单相半波可控整电流电路（电感性负载）大电感负载下造成输出直流平均电压下降的原因是u d波形中出现了负面积的区域。
如果设法将负面积的区域消除掉而只剩正面积的区域，就可提高输出直流电压的平均值。
电力电子技术课件 第三章 直流调压电路
③逆变系统：
17
3.1.4 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）
绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor）简称IGBT， 既具有输入阻抗高、速度快，热稳定性好和驱动电路简单的特点，又具有 通态电压低、耐压高和承受电流大等优点，因此发展迅速，备受青睐。由 于它的等效结构具有晶体管模式，所以称为绝缘栅双极型晶体管。IGBT 于1982年开始研制，1986年投产，是发展最快，使用最广泛的一种混合型 器件。
14
GTR桥臂互锁保护法
若一个桥臂上的两个GTR控制信号重叠或开关器件本身延时过长，则会 造成桥臂短路。为了避免桥臂短路，可采用互锁保护法，即一个GTR关断后， 另一个才导通。采用桥臂的互锁保护，不但能提高可靠性，而且可以改进系 统的动态性能，提高系统的工作频率。
15
3.GTR的应用
①直流传动：
20
③专用集成驱动电路
EXB系列IGBT专用集成驱动模块是日本富士公司出品的，它们性 能好、可靠性高、体积小，得到广泛应用。EXB850、EXB851是标准型， EXB840、EXB841是高速型，它们的内部框图如图所示。
21
集成驱动器的应用电路，它能 驱动150A/600V、75A/1200V、 400A/600V和300A/1200V的IGBT模 块。EXB850和EXB851的驱动延迟 ≤4μs，因此适用于频率高达10kHz的 开关操作。EXB840和EXB841的驱 动信号延迟≤1μs，适用于高达40kHz 的开关操作。使用中IGBT的栅极都 接有栅极电阻RG，表3.4和3.5分别列 出了EXB850和EXB840驱动电路中 IGBT的栅极串联电阻RG的推荐值和 电流损耗。
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UO
1 TS
TS 0
ud
dt
ton TS
U
d
DU d
若认为开关T无损耗，则输出功率为
P0
1 TS
DTS 0
u0i0dt
D
U
2 d
R
式中Ud为输入直流电压。
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值就可以改变其大小。
占空比的改变：通过改变ton 或TS来实现。
直流斩波系统结构图 2、分类： 按稳压控制方式分为:脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)、脉 冲频率调制(Pulse Frequence Modulation,PFM)直流变换电路。 按变换器的功能分为:降压变换电路(Buck Converter)、升压变换电路 (Boost Converter)、降压-升压变换电路(Buck-Boost Converter)、库克 变换电路(Cuk Converter)和全桥直流变换电路(Full Bridge Converter)。
即维持TS不变，改变ton。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比较容易。
3.2 降压变换电路（Buck电路）
降压变换电路是一种输出电压的平均值低于输入直 流电压的变换电路，又称为Buck变换器。
一、电路结构
全控型电力 电子器件
滤波电感（平 波电抗器）
U 0
L
diL dt
对应波形图的B区。电感中的电流近似线性下降，输出电压可表示为：
U0
L diL dt
L I1 I2 toff
L I2 I1 toff
在稳态情况下，电感电压波形是周期性变化的，电感电
压在一个周期内的积分为0(即平均电压为0)，即TS 0uLdtton 0uLdt
u dt TS
ton L
0
(Ud U0 )ton U0 (TS t on)
U0
ton TS
U
d
DUd
可见，给定输入电压Ud不变而输出电压U0随占空比D线性
变化，与电路的其他参数无关。
在忽略所有电路元器件的功率损耗时，输入功率等于输出功率，即有：
Pd P0
UdId U0I0
I0 Ud 1 Id U0 D
可见，在电感电流连续模式下，降压式变换电路等效于一
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变换 电路。(也称为开关型DC/DC变换电路/直流斩波器)。它具有效率高、体 积小、重量轻、成本低等优点中。现在广泛应用于直流牵引变速拖动中, 如由直流电网供电的电气化铁路、地铁车辆、城市无轨电车和蓄电池供 电的电动自行车、电动汽车等。早期的直流斩波采用晶闸管作为开关器 件,称为晶闸管直流斩波器,必须设置强迫换流关断电路。现代的直流斩波 器都采用全控型电力电子器件，既省去了换流关断电路,又提高了斩波的 频率。减少了低频谐波分量,越容易用滤波器抑制输出电压的纹波,减小 “电力公害”或“电力污染”。
图3.1.1 基本的斩波器 电路及其负载波形
直流变换电路的常用工作方式主要有两种：
① 脉冲频率调制(PFM)工作方式
即维持ton不变，改变TS。在这种调压方式中， 由于输出电压波形的周期是变化的，因此输出谐 波的频率也是变化的，这使得滤波器的设计比较 困难，输出谐波干扰严重，一般很少采用。
② 脉宽调制(PWM)工作方式
个“降压的直流变压器”，其等效变比可以通过控制开关
的占空比D在0～1的范围内连续控制。
2、电感电流处于临界连续状态时的工作模式
根据前面的分析，在ton阶段
uL
Ud
UO
L
I2 I1 t on
L I L t on
t on
(I L )L Ud UO
式中△IL=I2－I1为电感上电流的变化 量，U0为输出电压的平均值。
在toff阶段,电感中的电流iL从I2线性下降到I1
图3.2.1 降压变换电路
1、电感电流连续的工作模式
由波形图可知，流过电感的电流是连续的，即iL＞0。当开关导通时，
即 电感ton中阶的段电，流电近感似上为的线电性压上为升：u，L 上 U式d 可U改0 写L 为dditL：，U d 对U应0 波L 形dditL图 L的I2Ato区n I1。
当开关转为关断时，即toff阶段，电感上呈现负电压，uL
1、定义：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 为直流变换电路。(也称为开关型DC/DC变换电路/直流斩波器)。
直流斩波变换电路主要以全控型电力电子器件作为开关器件，通过 控制主电路的接通与断开以将恒定的直流斩成断续的方波，然后经滤波 变为电压可调的直流供给负载。斩波开关频率越高，越容易用滤波器滤 除输出电压中的纹波。直流斩波电路的主要功能是直流变压与调压。
滤波电容
LC组成低通滤波器
输入直流电压源， 续流二极管，开关速度与T同
内阻为0
等，常用快恢复二极管。
负载
二、工作原理
导通期间(ton )：电力开关器 件导通，二极管D反偏，电感 蓄能增加，负载电压uo和电 流io按指数规律增加。 Ud=uL+uo 。等效电路如(b)图 所示；
关断期间(toff)：电力开关器 件断开，电感放能，二极管D 导通续流，负载电压uo和电流 io按指数规律减小。uL=－uo 。 等效电路如(c)图所示；
3.1 直流变换电路的工作原理
工作原理：图中T是可控开关，R为纯阻性负载。在时
间ton内开关T接通，电流经负载电阻R流过，R两端就 有电压；在时间toff内开关T断开，R中电流为零，电压 也变为零。 电路中开关的占空比 D ton TS为开关T的工作周期，tonT为S 导通时间。
由波形图可得到输出电压平均值为
第3章 直流变换电路
人们在生产和生活中需要用到各种各样的电源,而且要求电源电压根 据不同的场合和不同的设备可以调节。交流电可以用变压器实现高效、 方便地改变电压;但是,直流电在改变电压时却比较困难,特别是在大功率 电路中。在电力电子技术出现前,直流调压主要依靠直流发电机。直到 20世纪80年代后期，全控型电力电子器件的推广应用,给直流调压技术 开辟了新的前景。