西安交通大学-电力电子技术-第五版-王兆安-第3章-直流斩波电路

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

本章小结

第3章直流斩波电路·引言

直流斩波电路（DC Chopper）

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）。

一般指直接将直流电变为另一直流电，不包括直

流—交流—直流。

电路种类

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。

复合斩波电路——不同结构基本斩波电路组合。

多相多重斩波电路——相同结构基本斩波电路组合。

3.1基本斩波电路

3.1.1降压斩波电路

3.1.2升压斩波电路

3.1.3升降压斩波电路和Cuk斩波电路3.1.4Sepic斩波电路和Zeta斩波电路

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

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。

降压斩波电路（Buck Chopper)

工作原理

c)电流断续时的波形

E

V +

-M

R

L

VD i o

E M

u o

i G

t t

t

O O O b)电流连续时的波形

T E

i G t on

t off

i o

i 1i 2I 10

I 20t 1

u o

O O

O t

t

t

T E E i G i G t on t off i o t x

i 1i 2

I 20

t 1

t 2

u o E M

a) 电路图

图3-1降压斩波电路得原理图及波形

t =0时刻驱动V 导通，电源E 向负载供电，负载电压u o =E ，负载电流i o 按指数曲线上升。t =t 1时控制V 关断，二极管VD 续流，负载电压u o 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。动画演示。

数量关系

电流连续

负载电压平均值：

E

E T

t E t t t U α==+=on

off on on o （3-1）

R

E U I M

o o -=

（3-2）

t on ——V 通的时间t off ——V 断的时间a--导通占空比

电流断续，U o 被抬高，一般不希望出现。

负载电流平均值：

斩波电路三种控制方式

T 不变，变t on —脉冲宽度调制（PWM ）。t on 不变，变T —频率调制。

t on 和T 都可调，改变占空比—混合型。

此种方式应用

最多

第2章2.1节介绍过：电力电子电路的实质上是分时段线性电路的思想。

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

()

T

I E T RI o M 2o +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I o 不变

电源只在V 处于通态时提供能量，为在整个周期T 中，负载消耗的能量为on

o t EI 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。

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。

T I E T RI t EI o M o on o +=2

R

E E I M o -=

αo

o on

1I I T

t I α==o

o o 1I U EI EI ==α

负载电流断续的情况：

I 10=0，且t =t x 时，i 2=0

式（3-7）

式（3-6）

⎥⎦

⎤

⎢

⎣

⎡--=-m e

m t αρ

τ)1(1ln x （3-16）t x <t off

电流断续的条件：

1

1-->ρ

αρ

e e m （3-17）

R E U R

E m T t t t i t i T I t t m o x on 0021o on x d d 1-=

⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎰⎰α（3-19）

负载电流平均值为：

E

m T t t T

E t t T E t U ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝

⎛+-+=--+=

x on M

x on on o 1)(α输出电压平均值为：

（3-18）

升压斩波电路

（Boost Chopper ）保持输出电压

储存电能

电路结构

1) 升压斩波电路的基本原理

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I

1

，电容C 向负载R供电，输出电压U o

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。

动态演示。

i GE

i o

I1

图3-2 升压斩波电路及工组波形

b)波形