电力电子技术第5章-直流斩波电路
直流斩波电路设计
第一章电路总体思路，基本结构和原理框图1.1 电路总体思路直流斩波电路功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也称为直接直流—直流变换器。
在设计直流斩波电路过程中，日常所用的电源一般都是220V 交流电，在设计中首先通过变压器降压，然后用整流电路将交流电转变为直流电，经过绿波电路滤掉高次谐波，从而获得直流斩波电路的输入电压。
控制和驱动电路，采用直接产生PWM的专用芯片SG3525，该芯片的外围电路只需简单的连接几个电阻电容，就能产生特定频率的PWM波，通过改变IN+输入电阻就能改变输出PWM波的占空比，故在IN+端接个可调电阻就能实现PWM控制。
为了减少不同电源之间的相互干扰，SG3525输出的PWM经过光电耦合之后才送至驱动电路，通过驱动电路对信号进行放大，放大后的电压可以直接驱动IGBT。
此电路具有信号稳定，安全可靠等优点。
因此他适用于中小容量的PWM斩波电路。
过压和过流保护电路，均采用反馈控制,将过流过压信号反馈到芯片SG3525的输入，从而起到调节保护作用。
1.2 基本结构直流斩波电路一般主要可分为主电路模块，控制电路模块和驱动电路模块三部分组成。
主电路模块，主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和直流斩波电路组成，其中主要由全控器件IGBT的开通与关断的时间占空比来决定输出电压u。
的大小。
控制电路模块，可用直接产生PWM的专用芯片SG3525来控制IGBT的开通与关断。
驱动电路模块，驱动电路把控制信号转换为加在IGBT控制端和公共端之间，用来驱动IGBT的开通与关断。
1.3 原理框图电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路，驱动电路，保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。
由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断。
来完成整个系统的功能。
因此，一个完整的降压斩波电路也应包括主电路，控制电路，驱动电路和保护电路这些环节。
电力电子技术最新版配套习题答案详解第5章
目录第1章电力电子器件 (1)第2章整流电路 (4)第3章直流斩波电路 (20)第4章交流电力控制电路和交交变频电路 (26)第5章逆变电路 (31)第6章PWM控制技术 (35)第7章软开关技术 (40)第8章组合变流电路 (42)第5章逆变电路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。
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，当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时，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。
晶闸管电路不能采用器件换流，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。
3．什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？二者各有什么特点。
答：按照逆变电路直流测电源性质分类，直流侧是电压源的称为逆变电路称为电压型逆变电路，直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路电压型逆变电路的主要特点是：①直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。
直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。
②由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。
③当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。
电流型逆变电路的主要特点是：①直流侧串联有大电感，相当于电流源。
直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。
②电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。
现代电力电子技术第五讲
反并联二极管为其提供释放能量的通道
反并联二极管后，只要负载两端电压
（直流侧）低于交流侧两端电压值，则二 极管导通（正半周期VD1、VD4导通，负半 周期VD2、VD3导通），全控型器件被旁路， 整流工作状态与二极管整流电路完全相同， 对全控型器件进行PWM控制失去作用。只 有在直流侧电压Ud 大于交流侧电压时，二 极管才不会导通，全控型器件组成的桥式 电路才可以正常工作，故为升压整流。
矩阵式变频电路拓扑
Ua
Ub
UC
Sau
Sbu
SCU
UU
Sav
Sbv
Scv Uv
Saw
Sbw
SCW
UW
图5.38 三相矩阵式变频电路
图5.39 一种双向开关单元
在任一时刻，输出三相中的任一相都可以通 过交流开关与三相电源的任一相连接 。以U相为 例，可以通过Sau、Sbu 、SCU的通断控制使UU等 于Ua 、Ub 或者UC，但三个开关同时只能有一个 导通，否则会造成电源短路。这样输出UU 就是由 输入电源Ua 、Ub 、UC三相电压的片段组合而成， 只要开关频率足够高。选择合适的导通时刻与合 适的导通时间，UU就可以为预期所希望输出频率 的交流电了。
现代电力电子技术 第五讲
PWM变流电路
基本的PWM变流电路： PWM逆变电路 直流斩波电路 PWM整流电路 矩阵式变频电路
5.1 PWM逆变电路 应用PWM控制技术的逆变电路
5.1.1 单相桥式PWM逆变电路 单极性控制、双极性控制
电路结构
+
VT1
VD1 VT3
VD3
RL
电力电子技术-5.1直流斩波
z EM E e ( 1 T1/ E M T TR ) (1 ) T / I 20 e e ) , (1z z R R e 1 R L
上式代入
[t 1,T]
I I 20 I10
E R
1 e
di 1 E EM t / t / L (1 / 0 t t1 i1 EIM10 eRi 1) T E E ME , T(1 Me E M) (1 ) T / E E E M I 10 e e e e dt I R d R R R R 0 T 0 . 5 T I I max R T di 2 ) i 1 ( 0 ) t / I 10 , M ( Ed ( 1 ) T / E L / RE ( t t 1 ) / t 1 E L Ri 2 Ee(1 e0M, (te1 ),) 20 i1 ( t 1 ) M t I T e e e 1 + Ii10 (1 I 20 ) 2 R R dt RR EM T RT T T
输出电压平均值为： ton E (T ton t x ) EM Uo T 负载电流平均值为：
1 (1 m)e t x ln m
电流断续时的波形
t2
t
tx<toff
e 1 m e 1
ton t x 1 m E T
1
t1
5.1.1 降压斩波的工作原理 输出电压平均值 Ua u 0 dt
T
0
t1 T
E ft 1 E E
直流斩波电路实验报告电力电子技术实验报告
直流斩波电路实验报告电力电子技术实验报告导读：就爱阅读网友为您分享以下“电力电子技术实验报告”的资讯，希望对您有所帮助，感谢您对的支持! 实验二直流斩波电路的性能研究一．实验目的熟悉降压斩波电路(Buck Chopper)和升压斩波电路(Boost Chopper)的工作原理，掌握这两种基本斩波电路的工作状态及波形情况。
二．实验内容1．SG3525芯片的调试。
2．降压斩波电路的波形观察及电压测试。
3．升压斩波电路的波形观察及电压测试。
三．实验设备及仪器1．电力电子教学实验台主控制屏。
2．MCL-16组件。
3．MEL-03电阻箱(900／0.41A)或其它可调电阻盘。
4．万用表。
5．双踪示波器6．2A直流安培表(MCL-Ⅱ2A直流毫安表为数字式仪表，MCL-Ⅲ2A直流安培表为指针式仪表，其他型号可能为MEL-06)。
四．实验方法1．SG3525的调试。
原理框图见图2-4。
将扭子开关S1打向“直流斩波”侧，S2电源开关打向“ON”，将“3”端和“4”端用导线短接，用示波器观察“1”端和左侧地之间的输出电压波形应为锯齿波，并记录其波形的频率和幅值。
f=27.40kHz，幅值为3.30V扭子开关S2扳向图2-4 PWM波形发生“OFF”，用导线分别连接“5”、“6”、“9”，再将S2扳向“ON”，用示波器观察“5”端波形，并记录其波形、频率、幅度。
调节“脉冲宽度调节”电位器，记录其最大占空比和最小占空比。
Dmax=77.7%，Dmin=9.5%，波形为方波，f=27.86kHz，幅度为14.0V2．实验接线图见图2-5。
(1)将“主电源2”的“2”端和“直流斩波电路”的“2”端相连，将“PWM波形发生”的“7”、“8”端分别和直流斩波电路VT1的G1、S1端相连，“直流斩波电路”的“4”、“5”端串联MEL-03电阻箱(将两组900Ω／0.4lA的电阻并联起来，逆时针旋转调至阻值最大约450Ω)，和直流安培表(将量程切换到2A挡)。
电力电子技术实验三 直流斩波电路实验
实验三 直流斩波电路实验一·实验目的1.掌握Buck 电路的基本组成和工作原理；2.熟悉Buck 电路的基本特性；3.掌握Buck 电路的PSIM 仿真模型；4.熟悉电力电子实验台PTS-1000的操作和功能；5.通过直接的波形展示，了解输出电压的纹波。
二·实验设备本实验需要掌握降压型直流斩波电路即Buck 电路的工作特性。
实验时，直流电源GW PSW 160-7.2 360W 接入Buck 电路输入端，直流电源输出电压操作范围为30~70V ，直流负载GW PEL-2004与PEL-2040接入Buck 电路输出端，采用示波器GW GDS-2304A/GDS-2204E 观察电路电压电流信号。
Buck 电路模块本实验设备如图3-1所示，输入电压因安全考虑设定在50V ，输出电压为24V 。
输入端先经过一个10A 的保险丝，接着并联两个100uF/250V 输入电解电容，随后一个由MOS 与二极管及电感(365uH)组成的降压式转换器，后端为三个100uF/250V 的输出电解电容并联，最后接至输出端。
图3-1 Buck 电路实验模块辅助电源该模块输入电压范围为100~250V ，输出为三组不共地的隔离电源，分别是(1)12V (2)12V ,5V (3)15V ,-15V ，如图3-2所示。
图3-2 辅助电源MOS管驱动电路驱动电源模块由门极驱动电路和门极驱动电源电路组成，图3-3左为门极驱动电路，右为门极驱动电源电路。
输入一个12V电压至门极驱动电源，其输出为±12V的方波。
门极驱动电路的输入为此±12V的方波和由DSP产生的PWM信号，输出为驱动MOS的信号。
图3-3 MOS管驱动电路JTAG烧录电路此电路可将计算机中的程序代码烧录至DSP芯片，如图3-4所示，计算机通过该电路与DSP连接。
图3-4 JTAG烧录电路直流电源GW PSW 160-7.2GW PSW 160-7.2 360W直流电源，额定电压输入为160V，输出功率360W，如图3-5所示，图3-5 直流电源GW PSW 160-7.2示波器GDS-2304A/GDS-2204E测量波形信号时使用GDS-2304A (或GDS-2204E)，4通道，彩色数字储存示波器，如图3-6所示，图3-6 示波器GDS-2304A/GDS-2204E直流负载PEL-2000直流负载使用PEL-2040与PEL-2004，如图3-7所示，具有编辑功能，可模拟负载的实际状况。
电力电子技术直流斩波电路的性能研究实验报告
电力电子技术直流斩波电路的性能研究实验总结
备注：序号（一）、（二）、（三）、（四）为实验预习填写项。
五、实验内容与步骤
图1 降压斩波电路的原理图及波形
图2 升压斩波电路的原理图及波形
图3 升降压斩波电路的原理图及波形
1、控制与驱动电路的测试
（1）启动实验装置电源，开启PE-19 控制电路电源开关。
（2）调节PWM 脉宽调节电位器改变Ur，用数字存储示波器分别观测SG3525 的第11 脚与第14 的波形，观测输出PWM 信号的变化情况。
（3）用示波器分别观测A、B 和PWM 信号的波形，记录其波形、频率和幅值。
（4）用数字存储示波器的两个探头同时观测11 脚和14 脚的输出波形，调节PWM 脉宽调节电位器，观测两路输出的PWM 信号，测出两路信号的相位差，并测出两路PWM 信号之间最小的“死区”时间。
2、直流斩波器的测试
斩波电路的输入直流电压Ui 由三相调压器输出的单相交流电经DJK20 挂箱上的单相桥式整流及电容滤波后得到。
接通交流电源，观测Ui 波形，记录其平均值。
电力电子技术第5章 直流斩波电路
V处于断态时 UL = -U0
（b）一种实用正激电路 要求断态时要保证去磁电流降为零，使变压器磁芯可靠复 44 位。
5.3.1正激电路
一种实用正激电路分析：
（b）一种实用正激电路
45
5.3.1正激电路
一种实用正激电路分析：
T2时刻磁芯复位
（b）一种实用正激电路 要求断态时要保证去磁电流降为零，使变压器磁芯可靠复 46 位。
（3-40）
V处于断态 uL = - uo
5.1.3升降压斩波电路和Cuk斩波电路
所以输出电压为：
ton ton （5-41） Uo E E E toff T ton 1
结论 当0< <1/2时为降压，当1/2< <1时为升压， 故称作升降压斩波电路。也有称之为buckboost 变换器。
（a）降压斩波电路
(b)正激电路
35
5.3.1正激电路
正激电路分析：
V处于通态时 UL = （N2/N1）Us-U0
（a）当T导通时，正激电路
36
5.3.1正激电路
正激电路分析：
V处于断态时 UL = -U0
（b）当T断开时，正激电路
37
5.3.1正激电路
正激电路分析：
（a）当T导通时，正激电路
39
5.3.1正激电路
此正激电路缺点：变压器原边通过单相脉动电流，变 压器铁芯极易饱和。
（a）正激电路
40
5.3.1正激电路
此正激电路缺点：变压器原边通过单相脉动电流，变 压器铁芯极易饱和。 解决措施：在隔离变压器中增加一个去磁绕组，将变 压器中存储的激磁能量反激到电源中。 去磁绕组
（a）正激电路
IGBT直流降压斩波电路设计
目录1设计原理分析 (1)1.1总体结构分析 (1)1.2主电路的设计 (1)1.3触发电路的选型 (2)1.4驱动电路选型 (3)1.5整流滤波电路 (5)2. 设计总电路图及参数 (6)2.1设计总电路图 (6)2.2 元件参数计算 (8)3. 元器件清单 (10)小结 (11)参考文献 (11)IGBT 直流降压斩波电路的设计1设计原理分析1.1总体结构分析直流斩波电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。
它在电源的设计上有很重要的应用。
一般来说，斩波电路的实现都要依靠全控型器件。
在这里，我所设计的是基于IGBT 的降压斩波短路。
直流降压斩波电路主要分为三个部分，分别为主电路模块，控制电路模块和驱动电路模块。
电路的结构框图如下图（图1）所示。
图1 电路结构框图1.2主电路的设计主电路是整个斩波电路的核心，降压过程就由此模块完成。
其原理图如图2所示。
图2 主电路原理图如图，IGBT 在控制信号的作用下开通与关断。
开通时，二极管截止，电流io 流过大i EV +-MRLVD a)i oE Mu oi G电源 触发电路 驱动电路 主电路整流滤波电路电感L ，电源给电感充电，同时为负载供电。
而IGBT 截止时，电感L 开始放电为负载供电，二极管VD 导通，形成回路。
IGBT 以这种方式不断重复开通和关断，而电感L 足够大，使得负载电流连续，而电压断续。
从总体上看，输出电压的平均值减小了。
输出电压与输入电压之比α由控制信号的占空比来决定。
这也就是降压斩波电路的工作原理。
降压斩波的典型波形如下图所示。
图3 降压电路波形图图2中的负载为电动机，是一种放电动式负载。
反电动势负载有电流断续和电流连续两种工作状态。
分别入图3中b ）和a ）所示。
无论哪一种情况，输出电压的平均值都与负载无关，其大小为：（1-1）T on 表示导通的时；T off 表示截止的时间 ；α表示导通时间占空比。
对于输出电流，当0U >E 时电流连续，输出电流平均值大小为：（1-2） 当Uo<E 时，电流既无法通过IGBT 也无法通过二极管。
电力电子技术习题2
第5章直流斩波电路1.直流斩波电路完成得是直流到_直流_的变换。
2.直流斩波电路中最基本的两种电路是_降压斩波电路和_升压斩波电路_。
3.斩波电路有三种控制方式：_脉冲宽度调制（PWM）_、_频率调制_和_（t on和T都可调，改变占空比）混合型。
4.升压斩波电路的典型应用有_直流电动机传动_和_单相功率因数校正_等。
8.斩波电路用于拖动直流电动机时，降压斩波电路能使电动机工作于第__1__象限，升压斩波电路能使电动机工作于第__2__象限，_电流可逆斩波电路能使电动机工作于第1和第2象限。
9.桥式可逆斩波电路用于拖动直流电动机时，可使电动机工作于第_1、2、3、4_象限。
10.复合斩波电路中，电流可逆斩波电路可看作一个_升压_斩波电路和一个__降压_斩波电路的组合；多相多重斩波电路中，3相3重斩波电路相当于3个__基本__斩波电路并联。
第6章交流—交流电力变换电路1.改变频率的电路称为_变频电路_，变频电路有交交变频电路和_交直交变频_电路两种形式，前者又称为_直接变频电路__，后者也称为_间接变频电路_。
2.单相调压电路带电阻负载，其导通控制角α的移相范围为_0-180O_，随 α 的增大， Uo_降低_，功率因数λ_降低__。
3.单相交流调压电路带阻感负载，当控制角α＜ϕ(ϕ=arctan(ωL/R) )时,VT1的导通时间_逐渐缩短_,VT2的导通时间__逐渐延长_。
6.把电网频率的交流电直接变换成可调频率的交流电的变流电路称为__交交变频电路_。
7.单相交交变频电路带阻感负载时，哪组变流电路工作是由_输出电流的方向_决定的，交流电路工作在整流还是逆变状态是根据_输出电流方向和输出电压方向是否相同_决定的。
8.当采用6脉波三相桥式电路且电网频率为50Hz时，单相交交变频电路的输出上限频率约为_20Hz__。
9.三相交交变频电路主要有两种接线方式，即_公共交流母线进线方式_和_输出星形联结方式_，其中主要用于中等容量的交流调速系统是_公共交流母线进线方式_。
机工社2023电力电子技术 第6版教学课件第5章 直流直流变换电路
开关周期开始时刻的电容电压值相等。故式(5-1)中uC(TS) = uC(0)，所以电容
电流在一个开关周期内的平均值Ic = 0。
5-7
5.1 直接直流变流电路
5.1.1 降压斩波电路 5.1.2 升压斩波电路 5.1.3 升降压斩波电路 5.1.4 丘克斩波电路 5.1.5 多重斩波电路
5-8
5.1.1 降压斩波电路
5-20
5.1.3 升降压斩波电路
数量关系
电感电压在一个周期的平均值UL可以表示为
UL
U iton
U otoff Ts
由伏秒平衡，UL=0，可得
Uo D Ui 1 D
（5-6）
等式右边的负号表示升降压电路的输出电压与输入电压极性相反，其数 值既可以高于其输入电压，也可以低于输入电压。
S Ui
5-5
5.1 直接直流变流电路
伏秒平衡
电感两端电压在一个开关周期内的平均值：
其中： 可得：
1
UL Ts
TS 0
uL
(t
)
d
t
uL
(t)
L
d
iL (t) dt
U L
1 Ts
TS L d iL (t) d t 0 dt
1
Ts
TS 0
L
d
iL
(t
)
L Ts
[iL (TS
)
iL
(0)]
（5-1）
uL O
t1~t2时段：开关S关断，二极管VD 导通，电感通过VD向电容C放电，电感 电流不断减小。
t2~t3时段：t2时刻电感电流减小到 零，二极管VD关断，电感电流保持零值
，并且电感两端的电压也为零。
实验五 直流斩波电路实验报告
实验五直流斩波电路实验报告一、实验目的1、熟悉直流斩波电路的工作原理。
2、掌握直流斩波电路的基本组成和结构。
3、学会使用实验设备对直流斩波电路进行测试和分析。
4、深入理解斩波电路中占空比与输出电压之间的关系。
二、实验设备1、直流电源2、示波器3、信号发生器4、电阻、电容、电感等电子元件5、数字万用表三、实验原理直流斩波电路是将直流电源电压斩成一系列脉冲电压，通过改变脉冲的宽度或频率来控制输出电压的平均值。
常见的直流斩波电路有降压斩波电路（Buck 电路）、升压斩波电路（Boost 电路）和升降压斩波电路（BuckBoost 电路）等。
以降压斩波电路为例，其工作原理如下：当开关管导通时，电源向负载供电，电感储存能量；当开关管截止时，电感释放能量，二极管续流，维持负载电流连续。
通过调节开关管的导通时间与周期的比值（即占空比 D），可以改变输出电压的平均值。
输出电压的平均值＄U_{o}＄与输入电压＄U_{in}＄的关系为：＄U_{o} ＝ D ＼times U_{in}＄，其中 D 为占空比。
四、实验步骤1、按照实验电路图连接好电路，仔细检查电路连接是否正确，确保无误。
2、调节直流电源，使其输出一个合适的电压值，作为输入电压。
3、设置信号发生器，产生合适的控制信号，控制开关管的导通与截止。
4、用示波器观察输入电压和输出电压的波形，测量并记录其幅值、频率和占空比。
5、改变占空比，重复步骤 4，记录不同占空比下的输出电压值。
6、对升压斩波电路和升降压斩波电路进行同样的实验操作。
五、实验数据记录与分析｜占空比 D ｜输入电压＄U_{in}＄（V）｜输出电压＄U_{o}＄（V）｜理论计算值＄U_{o}＄（V）｜误差｜｜｜｜｜｜｜｜ 02 ｜ 10 ｜ 20 ｜ 20 ｜ 0% ｜｜ 04 ｜ 10 ｜ 40 ｜ 40 ｜ 0% ｜｜ 06 ｜ 10 ｜ 60 ｜ 60 ｜ 0% ｜｜ 08 ｜ 10 ｜ 80 ｜ 80 ｜ 0% ｜从实验数据可以看出，实际测量值与理论计算值基本相符，误差在可接受范围内。
直流斩波电路的性能研究_5
目录一、buck斩波电路工作原理 (1)二、硬件调试 (3)2.1、电源电路 (3)2.1.1 工作原理： (3)2.2 buck斩波电路 (5)2.3、控制电路 (6)2.4、驱动电路 (7)2.5 过压保护电路 (9)2.5.1 主电路器件保护 (9)2.5.2 负载过压保护 (9)2.5.3 过流保护电路 (10)2.6 元器件列表 (12)三、总结 (12)四、参考文献 (13)一、buck斩波电路工作原理直流斩波电路（DC Chopper）的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也称为直接直流-直流变换器（DC/DC Converter）。
直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况，不包括直流-交流-直流的情况。
习惯上，DC-DC变换器包括以上两种情况。
直流斩波电路的种类较多，包括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，其中前两种是最基本的电路。
一方面，这两种电路应用最为广泛，另一方面，理解了这两种电路可为理解其他的电路打下基础。
利用不同的基本斩波电路进行组合，可构成复合斩波电路，如电流可逆斩波电路、桥式可逆斩波电路等。
利用相同结构的基本斩波电路进行组合，可构成多相多重斩波电路。
直流斩波电路广泛应用于直流传动和开关电源领域，是电力电子领域的热点。
全控型器件选择绝缘栅双极晶体管（IGBT）综合了GTR和电力MOSFET 的优点，具有良好的特性。
目前已取代了原来GTR和一部分电力MOSFET的市场，应用领域迅速扩展，成为中小功率电力电子设备的主导器件。
所以，此课程设计选题为：设计使用全控型器件为电力MOSFET的降压斩波电路。
主要讨论电源电路、降压斩波主电路、控制电路、驱动电路和保护电路的原理与设计。
1.1主电路工作原理图1.1 BUCK斩波电路电路图直流降压斩波主电路使用一个Power MOSFET IRF640N控制导通。
(完整版)电力电子技术第5章-复习题-答案
第5/10章 直流-直流变换电路 习题与答案第1部分：填空题1.直流斩波电路完成的是直流到 另一种直流 的变换。
2.直流斩波电路中最基本的两种电路是 降压（Buck ） 电路和 升压（Boost ） 电路。
3.斩波电路有三种控制方式： 脉宽调制（PWM ）、脉频调制（PFM ） 和 PWM/PFM 混合调制 ，其中最常用的控制方式是：脉宽调制（PWM ） 。
4.脉冲宽度调制的方法是： 开关周期 不变， 开关导通 时间变化，即通过导通占空比的改变来改变变压比，控制输出电压。
5.脉冲频率调制的方法是: 开关导通 时间不变， 开关周期 变化，导通比也能发生变化，达到改变输出电压的目的。
该方法的缺点是： 开关频率 的变化范围有限。
输出电压、输出电流中的 谐波频率 不固定，不利于滤波器的设计 。
6.降压斩波电路中通常串接较大电感，其目的是使负载电流 平滑 。
7.升压斩波电路使电压升高的原因：电感L 在开关管导通期间将电能转换为磁能储存起来，以实现电压泵升 ，电容C 在开关管导通期间给负载供能以使输出电压连续平滑 。
8.升压斩波电路的典型应用有 直流电动机传动 和 功率因素校正（APFC ） 等。
9.升降压斩波电路和Cuk 斩波电路呈现升压状态的条件是开关器件的导通占空比为 大于0.5小于1 ；呈现降压状态的条件是开关器件的导通占空比为 大于0小于0.5 。
10.设Buck 型DC-DC 变换器工作于CCM 模式，设输入电压U i =10V ，占空比D =0.6，则输出电压U O ＝ 6V 。
11.设Boost 型DC-DC 变换器工作于CCM 模式，设输入电压U i =12V ，占空比D =0.8，则输出电压U O ＝ 60V 。
13.开关型DC-DC 变换电路的三个基本元件是 开关管 、 电感 和 电容 。
14. 斩波电路用于拖动直流电动机时，降压斩波电路能使电动机工作于第 1 象限，升压斩波电路能使电动机工作于第 2 象限，电流可逆 斩波电路能使电动机工作于第1和第2象限。
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基本工作原理
V通时，电源E经V向L供电使
其贮能，此时电流为i1。同时， C维持输出电压恒定并向负载
R供电。
a)
i1 ton
toff
V断时，L的能量向负载释放， IL
电流为i2。负载电压极性为上 负下正，与电源电压极性相
o
i2 IL
t
反，该电路也称作反极性斩 波电路。
o
t
b)
图5-4 升降压斩波电路及其波形
Sepic电路原理
V通态，E—L1—V回路和C1—V—L2 回路同时导电，L1和L2贮能。
a) Sepic斩波电路
图5-6 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
22
5.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
本章小结
2
5.1 基本斩波电路
5.1.1 降压斩波电路 5.1.2 升压斩波电路 5.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路 5.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
3
5.1.1 降压斩波电路
降压斩波电路 （Buck Chopper)
电路结构
续流二极管
负载 出现 的反 电动 势
典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载。
图5-1 降压斩波电路得原理图及波形
6
5.1.1 降压斩波电路
工作原理
t=t1——T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。 通常串接较大电 感L使负载电流 连续且脉动小。
图5-1 降压斩波电路得原理图及波形
7
5.1.1 降压斩波电路
数量关系
电流连续
ton T ton
E
1
E （5-41）
17
5.1.3升降压斩波电路和Cuk斩波电路
U 所以输出电压为： o
ton toff
E
ton T ton
E
1
E （5-41）
结论
当0< <1/2时为降压，当1/2< <1时为升压，
故称作升降压斩波电路。也有称之为buckboost 变换器。
18
5.1.3升降压斩波电路和Cuk斩波电路
a）电路图
b）波形
16
5.1.3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
T
0 uL d t 0
（5-39）
V处于通态
V处于断态
uL = E
E ton Uo toff
uL = - uo
（3-40）
U 所以输出电压为： o
ton toff
E
输出电压平均值：
Uo
ห้องสมุดไป่ตู้
ton ton toff
E
ton T
E
E
（5-1）
ton——V通的时间 toff——V断的时间 --导通占空比（<1)
负载电流平均值：
Io
Uo
EM R
（5-2）
电流断续，Uo被抬高，一般不希望出现。
8
5.1.1 降压斩波电路
Uo
ton ton toff
E
ton T
E
E
（5-1）
斩波电路三种控制方式
此种方式应用 最多
T不变，变ton —脉冲宽度调制（PWM）。 ton不变，变T —频率调制。 ton和T都可调—混合型。
例5-1 P122 自学（1分钟）
9
5.1.2 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
图5-5 Cuk斩波电路及其等效电路
a） 电路图
b） 等效电路
20
5.1.3升降压斩波电路和Cuk斩波电路
数量关系
Uo
ton toff
E
ton T ton
E
1
E
（5-48）
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。
21
5.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
电路结构
14
5.1.3升降压斩波电路和Cuk斩波电路
基本工作原理
V通时，电源E经V向L供电使
其贮能，此时电流为i1。同时， C维持输出电压恒定并向负载
R供电。
a)
i1 ton
toff
IL
o
t
i2
IL
o
t
b)
图5-4 升降压斩波电路及其波形
a）电路图
b）波形
15
5.1.3升降压斩波电路和Cuk斩波电路
保持输 出电压
10
5.1.2 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。
a) 电路图
b) 波形
图5-2 升压斩波电路及工组波形11
5.1.2 升压斩波电路
工作原理
假设L和C值很大。
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。
（5-20）
化简得：U o
ton toff toff
E
T toff
E
（5-21）
升压斩波电路使输出电压高压电源电压的原因：
（1）电容C可使输出电压保持住 （2）电感L储能之后具有使电压泵升的作用
例5-3 P124（自学1分钟）
13
5.1.3升降压斩波电路和Cuk斩波电路 1）升降压斩波电路 (buck -boost Chopper)
4
5.1.1 降压斩波电路
工作原理
t=0——t=t1时
刻驱动V导通，
电源E向负载供
UGE
电，负载电压
uo=E，负载电流
io按指数曲线上
升。
图5-1 降压斩波电路得原理图及波形
5
5.1.1 降压斩波电路
工作原理
t=0——t=t1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) Cuk斩波电路
V通时，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路有电流。
图5-5 Cuk斩波电路及其等效电路
a） 电路图
b） 等效电路
19
5.1.3升降压斩波电路和Cuk斩波电路
2) Cuk斩波电路
V通时，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路有电流。 V断时，E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路有电流。
a) 电路图
b) 波形
图5-2 升压斩波电路及工组波形12
5.1.2 升压斩波电路
数量关系
设V通态的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为EI1ton
设V断态的时间为toff，则此期间电感L释放能量为Uo EI1toff
稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等：
EI1ton (Uo E)I1toff
第5章 直流—直流变流电路·引言
直流—直流变流电路（DC/DC Converter）： 将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。 直接直流变流电路（直流斩波电路DC Chopper ）：
直流--直流 间接直流变流电路：直流—交流—直流。
1
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