直流升压斩波电路

安阳师范学院课程实践报告书
电力电子课程实践
——直流升压斩波电路
作者
系（院）物理与电气工程学院
专业电气工程及其自动化（专升本）年级 2014级
学号
指导教师
日期 2014
摘要
直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的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用于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、有源滤波等领域得到了广泛的应用。

关键词：直流；升压斩波；IGBT
目录
摘要 (1)
1 升压斩波电路 (3)
1.1 升压斩波电路的基本原理 (3)
1.2 斩波电路的控制方式 (4)
2.升压斩波电路的典型应用 (5)
3 结果分析 (9)
4 小结 (10)
参考文献 (11)
1 升压斩波电路
1.1 升压斩波电路的基本原理
升压斩波电路（Boost Chopper）的原理及工作波形如图1-1所示。

该电路中也是一个全控型器件。

图1-1直流升压斩波电路原理图
首先假设电路中电感L值很大，电容C值也很大，当可控开关V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I
1
，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
为恒定值。

记为U。

设V处于通态的
时间为t
on
,此阶段电感L上积蓄的能量为EI
1
t
on。

当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。

设V处于断态的时间为t
off
,
则此期间电感L释放能量为:(U
-E)I
1
t
off。

当电路工作与稳态时，一个周期T中电感L积蓄能量与释放能量相等，即
EI
1
t
on
=(U
-E)I
1
t
off
(1-1)
化简得
U 0 = ( t on + t off /t off ) E= ( T /t off ) E (1-2)
式中 T /t off >= 1 ，输出电压高于电源电压，故称该电路升压斩波电路。

也有的文献中采用英文名称，称之为boost 变换器（ Boost Converter ）。

式（1-2）T /t off 中表示升压比，调节其大小，即可改变输出电压 U 0 的大小， 将升压比的倒数记作β，即β=t off /T 。

则β和导通占空比α，有如下关系：
α + β=1 (1-3) 因此，式(1-2)可表示为
U 0 =(1/ β)E=E/1-α (1-4) 升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压，关键有两个原因:一是电感L 储能之后具有使电压泵升的作用，二是电容C 可将输出电压保持住。

在以上分析中，认为V 处于通态期期因电容C 的作用使得输出电压U 0 不变，但实际上C 值 不可能为无穷大，在此阶段其向负载放电，U 0 必然会有所下降，故实际输出电压会略低于式(1-4)理论所得结果，不过，在电容C 值足够大时，误差很小，基本可以忽略。

如果忽略电路中的损耗，则有电源提供的能量仅由负载R 消耗，即 EI 1= U 0 I O (1-5)
该式表明，与降压斩波电路一样，升压斩波电路也可看成是直流变压器。

根据电路结构并结合式（1-4）得出点开流的平均值I o 为
I O =U 0/R= E/βR (1-6)
由式（1-5）即可得出电源电流I 1为
I 1=U 0 I O /E=E/β2R （1-7）
1.2 斩波电路的控制方式
根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路可有三种控制方式：1）保持开关周期T不变，调节开关导通时间t。

称为脉冲宽度调制（Pulse
on
Width Modulation ,PWM 或脉冲调宽型。

不变，改变开关周期T,称为频率调制或调频型。

2）保持开关导通时间t
on
3）T
和T都可调，是占空比改变，称为混合型。

on
其中第一种方式应用最多。

2.升压斩波电路的典型应用
图2-1用于直流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，由于实际电路中电感L值不可能为无穷大，因此该电路和降压斩波电路一样，也有电动机电枢电流连续和断续两种工作状态。

还需要说明的是，此时电动机的反电动势相当于图2-1中的电源，而此时直流电源相当于图2-1电路中的负载。

由于直流电源的电压基本是恒定的，因此不必并联电容器。

用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路波形如图2-2，2-3所示。

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
根据图形分析，当可控开关V处于通态时，设电动机电枢电流为i
1
，得下式
Ldi
1/dt+Ri
1
=E
m
(2-1)
式中，R为电动机电枢回路电阻与线路电阻之和。

设i 1的初值为I 10 ,解上式得
i 1=I 10
+E M (1-)/R (2-2)
当V 处于断态时，设电动机电枢电流为i 2，得下式
Ldi 2/dt+Ri 2=E M -E (2-3)
设i 的初值为I ，解上式得
i 2=I 20/-E-E m (1-)/R (2-4)
当电流连续时，从2-2图的电流波形图可以看出，t=t on 式刻i 1=I 20，t=T 时刻i 2=I 10,由此可得
(2-5)
(2-6)
由以上两式可得
（2-7）
（2-8）与降压斩波电路一样，把上面两式用泰勒级数线性近似，得
（2-9）该式表示了L值为无穷大时电枢电流的平均值I o，即
（2-10）
该式表明，以电动机一侧为基准看，可将直流电源看作是被降低到了。

枢电流断续时的波形图如2-3所示
当t=0时，i1=I10=0，令式(2-5)中I10=0即可求出I20，进而可写出i2的表达式。

另外，当t=t 2时，i2=0，可求的i2持续的时间t x，即
(2-11)
当t x<t off时，电路为电流断续工作状态，t x<t off是电流断续的条件，即
（2-12）根据此式可对电路的工作状态作出判断。

3 结果分析
从计算公式中分析得出：
1)占空比α越大负载输出电压越大，调节时间越长；
2)电容C值越大峰值时间越大，第一个峰值越大；
3)电感L值越大峰值时间越大，调节时间越大。

4 小结
经过了这次的课程设计，使我得到了很多的心得体会，这次设计加深了我对这门课程的了解，以前总是觉得理论结合不了实际，但通过这次设计使我认识到了理论结合实际的重要性。

但由于我知识的限制，设计还有很多不足之处，希望老师指出并教导。

现在我们所使用到能源中电能占了很大的比重，它具有成本低廉，输送方便，绿色环保，控制方便能很容易转换成其他的信号等等。

我们的日常生活已经离不开电了。

在如今高能耗社会，合理的利用电能，提高电能品质和用电效率成为了全球研究的当务之急。

而《电力电子技术》正是与这一主题相关联的。

直流升压斩波电路是里面的一部分，它开关电源，与线性电源相比，具有绿色效率高，控制方便，智能化，易实现计算机控制。

这次课程设计是对我们所学内容的一次复习与拓展，它要求我们掌握仿真电力电子器件(由于条件有限暂无仿真步骤)。

通过单相全控桥式整流电路的设计，使我加深了对整流电路的理解，对于一个电路的设计，首先应该对它的理论知识很了解，这样才能设计出性能好的电路。

整流电路中，开关器件的选择和触发电路的选择是最关键的，开关器件和触发电路选择的好，对整流电路的性能指标影响很大。

在这次学习的过程中，也许过程比较紧张和费神，但是当最终的结果出现在我面前的时候却是一种难得的喜悦，这是一种我们平时难以获得的体会。

我们应该正视课程设计，好好的利用课设提升自己本身的知识水平。

参考文献
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[2]尹克宁.电力工程[M].北京：中国电力出版社，2008.
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