电力电子技术课件05

R
(5-11)
o
平波电抗器L为无穷大，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。
数量关系（从瞬态过程分析、略）
负载电流断续的情况：
式（5-6） 式（5-7）
5.1.1
降压斩波电路
返回
I10=0，且t=tx时，i2=0
1 (1 m )e t x ln （5-16） m
升压斩波电路
返回
如图5-5c，当电枢电流断续时： 当t=0时刻i1=I10=0，令式（5-51） 中I10=0即可求出I20，进而可写出
u
o
E
i2的表达式。
另外，当t=t2时，i2=0，可求得i2持 续的时间tx，即
EI1ton (Uo E) I1toff
（5-20）
5-16
5.1.2
数量关系
升压斩波电路
EI1ton (Uo E) I1toff
返回
（5-20） （5-21）
化简得：
ton toff T Uo E E toff toff
T/toff>1，输出电压高于电源电压，故为升压斩波电路。
输出电流平均值为：
U o 133.3 Io 6.667( A) R 20
典型应用（直流电机传动）
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此时电机的反电动势相当于右图中的电源，而此
时的直流电源相当于右图中的负载。由于直流电源 的电压基本是恒定的，因此不必并联电容器。 通常是用于直流电动机再生制动时把电能回馈给 直流电源 实际电路中电感L值不可能为无穷大，因此也有电 流连续和断续两种工作状态 5-21

5.1.2 升压斩波电路
•电路分析
返回
R为电机电枢回路电阻与线路电 V处于通态时，设电动机电枢电流为i1，得下式 阻之和。
d i1 L Ri1 EM dt
(5-27)
设i1的初值为I10，解上式得
i1 I10 e
t

E M R
t 1 e
(5-28)
工作原理
升压斩波电路
返回
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。
a) 电路图
iGE
0
io
I1
0 b) 波形
图5-2 升压斩波电路及工组波形
5-15
5.1.2 升压斩波电路
5-18
5.1.2 升压斩波电路
返回
如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由 负载R消耗，即
EI1 U o Io
※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。

根据电路结构分析输出电流的平均值Io为：
Uo 1 E Io R b R

则电源电流的平均值I1为：
Uo 1 E I1 Io 2 E b R
b和的关系：
toff b T
返回
T/toff——升压比；
b 1
1
1 因此，U0可表示为 U o b E 1 E
以上分析中，认为V通态期间因电容C的作用使得 T/toff>1，输出电压高于电源电压，故称该电路为升 输出电压Uo不变，但实际C值不可能无穷大，在此阶 压斩波电路 段其向负载放电，Uo必然会有所下降，故实际输出 电压会略低。
Uo t on t E on E E t on t off T
(5-1)
式中，ton为V处于通态的时间，toff为V处于断态的时间，T为开 关周期，为导通占空比，简称占空比或导通比。
√负载电流平均值为:
Io
U o Em R
(5-2)
• 电流断续时，负载电压uo平均值会被抬高，一般不希望出现 电流断续的情况。 ◆斩波电路有三种控制方式
tx<toff 电流断续的条件：
输出电压平均值为： ton E (T ton t x ) EM ton t x Uo 1 m E T T 负载电流平均值为：
tx 1 ton ton t x m E U o Em I o i1 d t i2 d t 0 0 T T R R
数量关系(直接从能量角度分析）
返回
V通时，E向L充电，充电电流恒为I1，同时C的电压向负载 供电，因C值很大，输出电压uo为恒值，记为Uo。设V通的 时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为 EI1tOn
V断时，E和L共同向C充电并向负载R供电。设V断的时 间为toff，则此期间电感L释放能量为(U 0 E ) I1toff
当ton=5s时，有
由于
T 0.01
0.0025
e 1 e0.0025 1 0.01 0.249 m e 1 e 1
所以输出电流连续。
12/44
5.1.1 降压斩波电路
此时输出平均电压为:
ton 100 5 Uo E 25(V ) T 20 输出平均电流为:
E M R
E I10 I 20 m b （5-55） R L为无穷大时电枢电流的平均值Io E E bE Io m b M （5-56） R R 该式表明，以电动机一侧为基准看，可将直流电源电压看作 是被降低到了b E 。
5-23
若L值趋近于无穷
5.1.2
5.1.5 升降压斩波电路
5-3
5.1.1
电路结构
降压斩波电路
返回
续流二极管
典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载。
动画演示
5-4
5.1.1
波形分析
1）电流连续
降压斩波电路
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5-5
5.1.1
波形分析
2）电流断续
降压斩波电路
返回
5-6
5.1.1 降压斩波电路
◆基本的数量关系 电流连续时 √负载电压的平均值为:
• 脉冲宽度调制（PWM）：T不变，改变ton。 • 频率调制：ton不变，改变T。 • 混合型：ton和T都可调，改变占空比
5.1.1
降压斩波电路
返回
数量关系（从能量传递关出发进行的推导）：
由于L为无穷大，故负载电流维持为Io不变；
电源提供能量，为 EI o ton
在整个周期T中，负载消耗的能量为 RI o2T E M I oT
当V处于断态时，设电动机电枢电流为i2，得下式： di （5-29） L 2 Ri2 EM E dt 设i2的初值为I20，解上式得：
i2 I 20 e
t ton t E EM 1 e （5-50） R
5-22
5.1.2 升压斩波电路
t
返回
t t off i1 I10 e 1 e EM 1 e E 1 e b E （5-55） m I10 T R R 1 e R t ton t 1 e E EM i2 I 20 e 1 e T R on t EM e e E e e E I 20 m （5-54） T i1(ton)=I20 （5-51） R R 1 e R 1 e I2(toff)=I10 （5-52）
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。
5-2
5.1
基本斩波电路
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5.1.1 降压斩波电路 5.1.2 升压斩波电路
t T
(5-9)
(5-10)
式中， T / ，m Em / E， t1 / T1 ， I10和I20分别是负载 电流瞬时值的最小值和最大值。
把式（5-9）和式（5-10）用泰勒级数近似，可得
I10 I 20
mE I
5-8
基于分时段线性电路这一思想，按V处于通态和处于断态两个过程 来分析，初始条件分电流连续和断续。
• 数量关系（从瞬态过程分析、略)
◆电流连续时得出
I 10 I 20
5.1.1 降压斩波电路
e t1 / 1 E Em e 1 E T / m R R R e 1 e 1 t1 / 1 e E Em 1 e E / R m L T / R 1 e R R 1 e
e 1 m e 1
（5-17）
（5-18）
（5-19）
5-10
5.1.1 降压斩波电路
■例5-1 在图5-1a所示的降压斩波电路中，已知E=200V，
R=10Ω，L值极大，Em=30V，T=50μs，ton=20s,计算输出电 压平均值Uo，输出电流平均值Io。
解：由于L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为
第5章 直流斩波电路
5.1 基本斩波电路 5.2 复合斩波电路
5-1
第5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。
ton 20 200 Uo E 80(V ) T 50
输出电流平均值为
U o - Em 80 30 Io 5( A) R 10