大工16春《电源技术》大作业-答案
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（3）简述升压斩波电路在实际中的应用。 （4）学习心得
升压斩波电路分析
（1）介绍基本斩波电路的分类。 随着电力电子技术的迅速发展，高压开关稳压电源已广泛用于计算机、通 信、工业加工和航空航天等领域。所有的电力设备都需要良好稳定的供电，而 外部提供的能源大多为交流，电源设备担负着把交流电源转换为电子设备所需 的各种类别直流任务。但有时所供的直流电压不符合设备需要，仍需变换，称 为 DC/DC 变换。直流斩波电路作为直流电变成另一种固定电压的 DC-DC 变换器， 在直流传动系统.、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设 备中得到普通的应用。随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压 斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路。直流斩波技术已被广泛运用 开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能 的效果。全控型电力电子器件 IGBT 在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波 能领域得到了广泛的应用。但以 IGBT 为功率器件的直流斩波电路在实际应用 中需要注意以下问题：（1）系统损耗的问；（2）栅极电阻；（3）驱动电路实现 过流过压保护的问题。 直流斩波电路实际上采用的就是 PWM 技术，这种电路把直流电压斩成一系 列脉冲，改变脉冲的占空比来获得所需要的输出电压。PWM 控制方式是目前才用 最广泛的一种控制方式，它具有良好的调整特性。随电子技术的发展，近年来 已发展各种集成式控制芯片，这种芯片只需外接少量元器件就可以工作，这不 但简化设计，还大幅度的减少元器件数量、连线和焊点
off
T
U = 1 E= 1 E 0 β 1 α
（1-4）
电压升高得原因：电感 L 储能使电压泵升的作用，电容 C 可将输出电压保持住。 （3）简述升压斩波电路在实际中的应用。
图 2.1 用于直接电动机回馈能量的升压斩波电路图 通常用于直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源 实 际 L 值 不 可 能 为 无 穷 大 ，因 此 有 电 动 机 电 枢 电 流 连 续 和 断 续 两 种 工 作 状 态 电 机 反 电 动 势 相 当 于 图 1 . 1 中 的 电 源 ，此 时 直 流 电 源 相 当 于 图 1 . 1 中 的 负 载 。由 于 直 流 电 源 的 电 压 基 本 是 恒 定 的 ，因 此不必并联电容器。 基 于“ 分 段 线 性 ”的 思 想 进 行 解 析 V 处 于 通 态 时 ，设 电 动 机 电 枢 电 流 为 i1， 得 下 式
（2）介绍升压斩波电路的工作原理、主要参数及对应计算方法。
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。
图 1.1 升压斩波电路主电路图 首先假设电感 L 值很大，电容 C 值也很大。当 V-G 为高电平时，Q1 导通， 12V 电源向 L 充电，充电基本恒定为 I1 ,同时电容 C 上的电压向负载 R 供电，因 C 值很大，基本保持输出电压 u o 为恒值，记为U o 。设 V 处于通态的时间为 t on ， 此阶段电感 L 上积储的能量为 EI1ton 。当 V 处于段态时 E 和 L 共同向电容 C 充电， 并向负载 R 提供能量。设 V 处于段态的时间为 toff ，则在此期间电感 L 释放的能 量为 (U 0 E)I1toff 。当电路工作于稳态时，一个周期 T 中电感 L 积储的能量于释 放的能量相等，即
L d i1 dt
Ri1
Em
式中 R 为电机电枢回路电阻与线路电阻之和。
设 i1 的 初 值 为 I10， 解 上 式 得
t
i1 I10e
Em R
1
e
t
（ 2-1） （ 2-2）
当 V 处 于 断 态 时 ， 设 电 动 机 电 枢 电 流 为 i2， 得 下 式 ：
L d i2 dt
Ri2
设 V 断态的时间为 t off ，则此期间电感 L 释放能量为：（E-E m ）I 2 T off 稳态时，一个周期 T 中 L 积蓄能量与释放能量相等：
（1-3）T/t >1，输出电压高于电源电压，故为升压斩波电路。 off
T/t －升压比;升压比的倒数记为β，即β= t off 。又因为α+β=1。所以：
Em
E
设 i2 的 初 值 为 I20， 解 上 式 得 ：
（ 2-3）
i2
t
I 20e
E Em R
1
e
t
用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路波形：
（ 2-4）
图 2.2 电流连续升压斩波电路波形
图 2.3 电流断续升压斩波电路波形
当 电 流 连 续 时 ，从 图 1 . 3 的 电 流 波 形 可 看 出 ，t = t o n 时 刻 i 1 = I 2 0 ， t=toff 时 刻 i2=I10， 由 此 可 得 ：
化简得
EI1ton (U 0 E)I1toff
（1-1）
U
＝
0
ton
toff toff
EHale Waihona Puke Baidu
T toff
E
（1-2）
上式中的 T / toff 1，输出电压高于电源电压。式（1-1）中 T / toff 为升压比，调
节其大小即可改变输出电压Uo 的大小。 2)数量关系
设 V 通态的时间为 t on ，此阶段 L 上积蓄的能量为：E m I1 T on
I10
Em R
toff
1e
T
1e
E R
m
1 1
e e
E R
（ 2-5）
I 20
Em R
e
ton
T
e
T
1e
E
R
m
e e 1 e
E R
把上面两式用泰勒级数线性近似，得
（ 2-6）
I10
I 20
m
E R
（ 2-7）
该 式 表 示 了 L 为 无 穷 大 时 电 枢 电 流 的 平 均 值 Io， 即
大工 16 春《电源技术》大作业答案
大连理工大学电源技术大作业
姓名： 学号： 学习中心：
题目三：升压斩波电路分析 总 则：围绕升压斩波电路，介绍其工作原理、主要参数及对应计算方法，
并简述其在实际中的应用。
撰写要求：
（1）介绍基本斩波电路的分类。 （2）介绍升压斩波电路的工作原理、主要参数及对应计算方法。
升压斩波电路分析
（1）介绍基本斩波电路的分类。 随着电力电子技术的迅速发展，高压开关稳压电源已广泛用于计算机、通 信、工业加工和航空航天等领域。所有的电力设备都需要良好稳定的供电，而 外部提供的能源大多为交流，电源设备担负着把交流电源转换为电子设备所需 的各种类别直流任务。但有时所供的直流电压不符合设备需要，仍需变换，称 为 DC/DC 变换。直流斩波电路作为直流电变成另一种固定电压的 DC-DC 变换器， 在直流传动系统.、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设 备中得到普通的应用。随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压 斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路。直流斩波技术已被广泛运用 开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能 的效果。全控型电力电子器件 IGBT 在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波 能领域得到了广泛的应用。但以 IGBT 为功率器件的直流斩波电路在实际应用 中需要注意以下问题：（1）系统损耗的问；（2）栅极电阻；（3）驱动电路实现 过流过压保护的问题。 直流斩波电路实际上采用的就是 PWM 技术，这种电路把直流电压斩成一系 列脉冲，改变脉冲的占空比来获得所需要的输出电压。PWM 控制方式是目前才用 最广泛的一种控制方式，它具有良好的调整特性。随电子技术的发展，近年来 已发展各种集成式控制芯片，这种芯片只需外接少量元器件就可以工作，这不 但简化设计，还大幅度的减少元器件数量、连线和焊点
off
T
U = 1 E= 1 E 0 β 1 α
（1-4）
电压升高得原因：电感 L 储能使电压泵升的作用，电容 C 可将输出电压保持住。 （3）简述升压斩波电路在实际中的应用。
图 2.1 用于直接电动机回馈能量的升压斩波电路图 通常用于直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源 实 际 L 值 不 可 能 为 无 穷 大 ，因 此 有 电 动 机 电 枢 电 流 连 续 和 断 续 两 种 工 作 状 态 电 机 反 电 动 势 相 当 于 图 1 . 1 中 的 电 源 ，此 时 直 流 电 源 相 当 于 图 1 . 1 中 的 负 载 。由 于 直 流 电 源 的 电 压 基 本 是 恒 定 的 ，因 此不必并联电容器。 基 于“ 分 段 线 性 ”的 思 想 进 行 解 析 V 处 于 通 态 时 ，设 电 动 机 电 枢 电 流 为 i1， 得 下 式
（2）介绍升压斩波电路的工作原理、主要参数及对应计算方法。
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。
图 1.1 升压斩波电路主电路图 首先假设电感 L 值很大，电容 C 值也很大。当 V-G 为高电平时，Q1 导通， 12V 电源向 L 充电，充电基本恒定为 I1 ,同时电容 C 上的电压向负载 R 供电，因 C 值很大，基本保持输出电压 u o 为恒值，记为U o 。设 V 处于通态的时间为 t on ， 此阶段电感 L 上积储的能量为 EI1ton 。当 V 处于段态时 E 和 L 共同向电容 C 充电， 并向负载 R 提供能量。设 V 处于段态的时间为 toff ，则在此期间电感 L 释放的能 量为 (U 0 E)I1toff 。当电路工作于稳态时，一个周期 T 中电感 L 积储的能量于释 放的能量相等，即
L d i1 dt
Ri1
Em
式中 R 为电机电枢回路电阻与线路电阻之和。
设 i1 的 初 值 为 I10， 解 上 式 得
t
i1 I10e
Em R
1
e
t
（ 2-1） （ 2-2）
当 V 处 于 断 态 时 ， 设 电 动 机 电 枢 电 流 为 i2， 得 下 式 ：
L d i2 dt
Ri2
设 V 断态的时间为 t off ，则此期间电感 L 释放能量为：（E-E m ）I 2 T off 稳态时，一个周期 T 中 L 积蓄能量与释放能量相等：
（1-3）T/t >1，输出电压高于电源电压，故为升压斩波电路。 off
T/t －升压比;升压比的倒数记为β，即β= t off 。又因为α+β=1。所以：
Em
E
设 i2 的 初 值 为 I20， 解 上 式 得 ：
（ 2-3）
i2
t
I 20e
E Em R
1
e
t
用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路波形：
（ 2-4）
图 2.2 电流连续升压斩波电路波形
图 2.3 电流断续升压斩波电路波形
当 电 流 连 续 时 ，从 图 1 . 3 的 电 流 波 形 可 看 出 ，t = t o n 时 刻 i 1 = I 2 0 ， t=toff 时 刻 i2=I10， 由 此 可 得 ：
化简得
EI1ton (U 0 E)I1toff
（1-1）
U
＝
0
ton
toff toff
EHale Waihona Puke Baidu
T toff
E
（1-2）
上式中的 T / toff 1，输出电压高于电源电压。式（1-1）中 T / toff 为升压比，调
节其大小即可改变输出电压Uo 的大小。 2)数量关系
设 V 通态的时间为 t on ，此阶段 L 上积蓄的能量为：E m I1 T on
I10
Em R
toff
1e
T
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1 1
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（ 2-5）
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Em R
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T
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E R
把上面两式用泰勒级数线性近似，得
（ 2-6）
I10
I 20
m
E R
（ 2-7）
该 式 表 示 了 L 为 无 穷 大 时 电 枢 电 流 的 平 均 值 Io， 即
大工 16 春《电源技术》大作业答案
大连理工大学电源技术大作业
姓名： 学号： 学习中心：
题目三：升压斩波电路分析 总 则：围绕升压斩波电路，介绍其工作原理、主要参数及对应计算方法，
并简述其在实际中的应用。
撰写要求：
（1）介绍基本斩波电路的分类。 （2）介绍升压斩波电路的工作原理、主要参数及对应计算方法。