直流斩波电路定义与基础

当电路工作于稳态时，一个周期中电感L上储存 的能量和释放的能量相等，即：
EI1ton=(U0-E)I1toff
化简得：
U0tontoffET E
toff
toff
可见输出电压高于输入电压，电路为升压斩波电路。
定义β= toff / T，则β和导通占空比α之间有如下关系：
α+β=1
因此，U0可表示为：
3．2 复合斩波电路和多相多重斩波电路
升压和降压斩波电路进行组合，可构成 复合斩波电路；另外，利用同一种斩波电路进 行组合，可构成多相多重斩波电路，使斩波电 路的整体性能得到提高。
斩波电路用于拖动直流电动机时，电动机 既要电动运行又要回馈制动。降压斩波电路和 升压斩波电路都不能单独实现制动运行。
U0 1 E 1 E
1
若忽略电路中损耗，有：EI1=U0I0，电流为：
I0U R 0 1E R
I1U E 0I01 2E R
升压斩波电路能升压的主要原因有两个：一是L储能 之后有升压的作用，二是电容能将输出电压保持住。
2、升压斩波电路的应用
可用于直流电动机传动、单相功率因数校正等。 下图为用于直流传动电路，电路将电机电势EM及L中 电能回馈到电源E；V导通时，给L充电，VD关断；V关断 时，VD导通， EM 和L共同给E供电（升压），这时电源E 为吸收电能，可以将EM电能回馈给电源E；
3．2．2 桥式可逆斩波电路 该电路可使电动机正反向可逆运行。
工作原理： 当V1 V4导通时，电机正转，进行正向电动运行； 当V1 V4关断时，电枢电流需经过VD4 VD1续流，同时
将机械能回馈电源； 当电流降为零后，使V2 V3导通，为电动机提供反向电
压电机反转，为反向电动运行； 当V2 V3关断时，电枢电流需经过VD2 VD3续流，同时
用待使VV2D关2导断通后，，向由电于源L积反蓄送的能能量量。和当E反M共向同电流作 变为零，即L积蓄的能量释放完毕时，V1再次 导通。这样，在一个周期中，电流不断流，所 以响应很快。
需要注意的是当V1 V2同时导通时，将导致电 源短路。
上面介绍的电路是将升压斩波电路与降压 斩波电路组合在一起，此电路可使电动机正向 运行及制动停车，但不能反向运行，若需要可 逆运行，需使用下面的桥式电路。
而电流可逆斩波电路中电机可在一、二两 象限运行，既可以实现电动运行，又可以实现 制动运行。两种运行时电流方向相反，所以叫 做电流可逆斩波电路
电流可逆斩波电路如图：
其中：V1、VD1构成降压斩波电路，使电 动机电动运行；V2VD2构成升压斩波电路，使 电动机制动运行。
经VD电1将路L工的作储原能理释：放当完降毕压，电电路枢的电V流1关为断零。后， 用这使时电使枢V电2导流通反，方由向于流电动动，机电反机电制动动势停E车M的，作电 抗器L积蓄能量。
2 、 Cuk斩波电路
电路如图，其工作原理可用右面的等效电路分析。 当开关向右时，电流i1给C充电。 E极性当相开反关。向左时，电流如图。输出电压u0极性如图，和
可推导出输出电压U0和电源电压E的关系：
U0tonE ton E E toff Tton 1
可见，这一关系与升降压斩波电路相同。 与升降压斩波电路相比较， Cuk电路的优 点为，其输入电源电流和输出负载电流都是连 续的。且脉动很小。
将机械能回馈电源； 此电路应防止V1 V2或V3 V4同时导通，否则会出现
短路现象。
3．2．3 多相多重斩波电路
多相多重斩波电路是在电源和负载之间接入多个 结构相同的基本斩波电路而构成的如图。
图示电路是三相三重斩波电路，由三个降压斩波 电路并联构成，总输出电流为三路电流之和。三个单 元电流的脉动幅值互相抵消，使总的输出电流脉动幅 值变的很小。所需平衡电抗器的重量减小。
电路中由于直流电源为恒定的，所以不用并联电容器。
3．1．3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路 1、 升降压斩波电路
工作原理： V导通，E向L储能，电流为i1；同时，C向负载供电； V关断，电感向负载释放能量，电流为i2，同时C充电，
可见负载电压和E方向相反。 改变占空比α，输出电压即可上升也可下降。
输出电压计算：
稳态时，L一周期内电感充放电总量为零,
T
பைடு நூலகம்
u Ldt 0
0
当V导通时，uL=E;
当V关断时，uL=- u0，
于是 Eton= u0 toff
输出电压为：
U0tonE ton tof f Tto
nE1E
改变占空比α，当0<α<1/2 时为降压电路，当
1/2<α<1时为升压电路。
直流斩波电路定义和基础
将电压恒定不变的直流电变为电压 大小可调的直流电称为直流斩波。
常用的直流斩波电路包括：降压斩 波电路、升压斩波电路、升降压斩波电 路等，前两种电路应用广泛，而且是其 他斩波电路的基础。
3．1．1 降压斩波电路
斩波电路的基本用途是拖动直流电动机， 也可带蓄电池负载，总之负载中都有反电势。
1）T不变，调节ton，称为脉冲宽度调制，简称PWM； 2） ton不变，改变T，称为频率调制或调频型； 3） ton和T 都调节，称为混合型。 其中第一种方式使用最多。
3．1．2 升压斩波电路
1、工作原理：
当V导通时，E向L补充电能，充电电流为I1，C向负载R 供电，u0基本恒定。 当V阻断时，E和L共同向C充电，并向负载提供能量。
tontof f T 式中：α为占空比或称导通比。U0和α成正比， α小于1 ， 所以电路成为降压斩波电路。
负载电流为：
I0U0EMEEM
R
R
电源电流平均值为： I1tonI0 I0
T
同乘以Ｅ：EI1=αEI0=U0I0 即输入功率等于输 出功率，因α小于1，可将降压变压器看作直流 降压变压器。
根据输出电压调制方式的不同，斩波电路有三种 控制方式：
电路如图，使用了一个全控型器件V，V采 用的是绝缘栅双极晶体管IGBT，二极管VD的 作用是V关断时进行续流的。
工作原理：
V导通时，电源向负载供电，u0 =E，负载电流按指数 曲线上升。
V关断时，负载电流经VD续流，u0 =0，负载电流按指 数曲线下降。通常接较大电感。
负载电压为：
U0 ton EtonEE