第3章 直流斩波电路
第3章直流斩波电路
作b ，即
b
tof。f T
b
和导通占空比a有如下关系：
a b 1
（3-22）
因此，式（3-21）可表示为
Uo
1 b
E
1 1-a
E
（3-23）
❖ 升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因
➢ 一是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
13
■
3.1.2 升压斩波电路
➢ 以变会有，上所但分下实析降际中，C，值故认不实为可际V能通输无态出穷期电大间压，因会在电略此容低阶C的段作其用向使负得载输放出电电，压UoU必o不然
I10
et1 eT
/ /
--11
E R
-
EM R
ea e
-1 -1
-
m
E R
（3-9）
（3-10）
式中: T /
I10和I20
I 20
1 1
-
e e
-t1 -T
/ /
E R
-
EM R
1- e-a 1- e-
-
m
E R
； m EM / E
t1
/
t1 T
； T a
。由图3-1b可知，
分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值。
与降压斩波电路一样，把上面两式用泰勒级数 线性近似，得
I10
I 20
m -
bE
R
（3-35）
该即式表示了L为无穷大时电枢电流的平均值Io，
Io
m -
b
E R
EM
R
bE
（3-36）
该式表明，以电动机一侧为基准看，可将直流
直流斩波电路
图3-8 可关断晶闸管电极判别
（3）可关断晶闸管触发特性测试
如图3-9所示。将万用表置于R×1档，黑表笔 接可关断晶闸管的阳极A，红表笔接阴极G悬空，这 时晶闸管处于阻断状态，电阻应为无穷大（∞）， 如图3-9（a）所示。
（4）可关断晶闸管关断能力的初步检测
测试方法如图3-10所示。采用1.5V干电池一节， 普通万用表一只。
3.1.4绝缘栅双极晶体管
1．IGBT工作原理 由结构图可知，IGBT相当于一个由MOSFET
驱动的厚基区GTR。其剖面图见图3-21， N沟道IGBT的图形符号如图3-22所示。
图3-21 IGBT结构剖面图
图3-22 N-IGBT图形符号
2．IGBT主要特性
（1）静态特性
IGBT的静态特性包括转移特性和输出特性。
图3-16 功率MOSFET的输出特性
图3-17 功率MOSFET的转移特性
图3-18 功率MOSFET开关过程的电压波形
3．功率MOSFET 的主要参数 （1）通态电阻Ron （2）开启电压UGS（th） （3）跨导gm （4）漏源击穿电压BUDS （5）栅源击穿电压BUGS 4．功率MOSFET的安全工作区
IGBT的转移特性是描述集电极电流IC与栅射电压 UGE之间关系的曲线，如图3-23（a）所示。
图3-23（b）是以栅源电压UGE为参变量的IGBT正 向输出特性，也称伏安特性 。
（2）动态特性
IGBT的动态特性也称开关特性，包括开通和关 断两个部分，如图3-24所示。
图3-23 IGBT的静态特性曲线 （a）转移特性 （b）输出特性
图3-9 可关断晶闸管触发特性简易测试方法
图3-10 可关断晶闸管的Leabharlann 断能力测试3.1.2电力晶体管
第3章 斩波
Io R
EI1 EI o U o I o
I1
t on T
I o I o
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
1
I10=0，且t=tx时，i2=0
降压斩波电路
式（3-6）
负载电流断续的情况：
1 (1 m)e t x ln （3-16） m 式（3-7）
（3-3）
设此阶段电流初值为I10， =L/R，解上式得
i1 I10e
t
t E EM 1 e R
（3-4）
3.1.1
L d i2 dt
降压斩波电路
Ri 2 EM 0
V为断态期间，设负载电流为i2，可列出如下方程： （3-5）
设此阶段电流初值为I20，解上式得：
t EM 1 e R
（3-6）
1 e t1 / I 20 1 e T /
E EM 1 e E m R R R 1 e
；
式中:
T /
m EM / E
3.1.2
升压斩波电路
3.1.2
升压斩波电路
• 用于直流电动机传动时
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 此时电机的反电动势相当于图3-2电路中的电源，而此时的 直流电源相当于图3-2中电路中的负载。由于直流电源的电 压基本是恒定的，因此不必并 联电容器。
单片机第三章直流斩波电路n
滤波原理
直流斩波电路通过滤波电路对 高频脉冲进行滤波，得到稳定 的直流输出。
控制原理
直流斩波电路通过控制器对开 关元件的控制信号进行调节， 实现对输出的精确控制。
直流斩波电路的基本结构
控制器
控制器负责生成开关元件的控制 信号，用于调节电源的输出。
开关元件
滤波电路
开关元件是直流斩波电路的核心 部分，负责快速切换电源的输出。
优点
• 高效率 • 精确控制 • 能量回收
局限
• 电磁干扰 • 纹波幅度 • 成本较高
直流斩波电路的未来发展趋势
随着电力电子技术的不断进步，直流斩波电路将进一步提高电压和电流的调 节精度，降低纹波幅度，并应用于更广泛的领域，如新能源和电动汽车。
直流斩波电路的作用
电压/电流调节
直流斩波电路能够调节直流电源的输出电压或电流，满足特定的需求。
能量回收
直流斩波电路可实现电能的回收利用，减少能源的浪费。
电机驱动
直流斩波电路可用于控制电机的速度和转向，实现高精度的电机控制。
直流斩波电路的原理
切换原理
直流斩波电路通过开关元件的 快速切换，将直流电源的输出 转换为高频脉冲。
直流斩波电路
直流斩波电路是一种用于调节直流电源输出的电路，通过切换电源的开关来 改变输出电压或电流。
直流斩波电路的定义
1 调节直流电源
直流斩波电路可通过高频开关路由，调节直流电源的输出电压或电流。
2 重要组成部分
直流斩波电路主要由控制器、开关元件和滤波电路组成。
3 作为电源变换器
直流斩波电路也可以将直流电源转换为交流电源。
滤波电路对高频脉冲进行滤波， 使输出稳定且纹波尽可能小。
直流斩波电路的应用示例
第3章----直流斩波电路
3.1.2 升压斩波电路
升压斩波电路 （Boost Chopper）
1) 升压斩波电路旳基本原理
电路构造
储存电能
保持输 出电压
10
3.1.2 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。
V处于断态时，电源E和电感 L同步向电容C充电，并向负 载提供能量。
当上述电路电源公用而负载为3个独立负载时，则 为3相1重斩波电路。 而当电源为3个独立电源，向一种负载供电时，则 为1相3重斩波电路。 多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波电路单 元可互为备用。
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本章小结
本章简介了6种基本斩波电路、2种复合斩波电 路及多相多重斩波电路。
本章旳要点是，了解降压斩波电路和升压斩波 电路旳工作原理，掌握这两种电路旳输入输出 关系、电路解析措施、工作特点
复合斩波电路——降压斩波电路和升压斩波电路组合构成 多相多重斩波电路——相同构造旳基本斩波电路组合构成
电流可逆斩波电路
斩波电路用于拖动直流电动机时，常要使电动机既可 电动运营，又可再生制动。
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：降压斩波电路与升压斩波电路组 合。此电路电动机旳电枢电流可正可负，但电压只能 是一种极性，故其可工作于第1象限和第2象限。
直流传动是斩波电路应用旳老式领域，而开关 电源则是斩波电路应用旳新领域，前者旳应用 在逐渐萎缩，而后者旳应用是电力电子领域旳 一大热点。
24
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
直流斩波电路习题及答案
29.81( A)
当 ton=3μs 时，采用同样的方法可以得出：
0.0015
e 1 e0.0015 1 0.149 m e 1 e0.001 1
所以输出电流仍然连续。 此时输出电压、电流的平均值以及输出电流最大、最小瞬时值分别为：
uo= ton E 100 3 15(V )
波电感减小。（ √）
二、问答题 1、简述降压斩波电路工作原理。
答：降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让 V 导通一段时间 ton，由电源 E 向 L、R、 M 供电，在此期间，uo=E。然后使 V 关断一段时间 toff，此进电感 L 通过二级管 VD 向 R 和
M 供电，uo=0。一个周期内的平均电压，uo= ton E 。输出电压小于电源电压，起到 ton t0 ff
T
20
Io= U o EM 15 10 10(A)
R
0.5
输出电流的最大和最小值瞬时值分别为
I max
1 e0.0015 1 e 0.01
0.1
100 0.5
10.13(A)
I min
e0.0015 1 e0.01 1
0.1
100 0.5
9.873( A)
3、在升压斩波电路中，已知 E=50V，L 值和 C 值极大，R=20Ω采用脉宽调制控制方式 ， 当 T=40μs，ton=25μs 时，计算输出电压平均值 Uo，输出电流平均值 Io。
第三章 直流斩波电路
一、填空题和判断题
1、开关型 DC-DC 变换电路的 3 个基本元件是 功率开关管 、 电感 和 电容 。
2、设 DC-DC 变换器的 Boost 电路中，Ui=10.0V，D=0.7 则 U= 33.3V
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。
现代电力电子技术直-直变换电路复习题[1]
![现代电力电子技术直-直变换电路复习题[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/d0490a37ae45b307e87101f69e3143323968f569.png)
第3章 直-直变换电路复习题一、填空题1.直流斩波电路完成得是直流到_直流_的变换。
2.直流斩波电路的典型应用有_直流电机驱动_和_直流开关稳压电源_等。
3.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_。
4.斩波电路有三种控制方式：_定频调宽_、_定宽调频_和_调频调宽_。
5.对单端正励变换器的电路要求之一是应保证其 高频变压器的磁通能复位 。
6.在带隔离变压器的DC/DC 变换器中，变压器的磁通仅在单方向变化的变换器称作 单端 变换器；当开关管导通时，电源将能量传给负载的变换器称作 正励 变换器；当开关管关断时，电路将能量传给负载的变换器称作 反励 变换器。
二、简答题1. 分别绘出BUCK 、BOOST 、Cuk 式DC/DC 斩波电路图，并在理想条件下分别导出它们在电感电流连续下的输出电压、电流表达式。
2. 在基本BUCK 、BOOST 、Cuk 等DC/DC 斩波电路中，引入隔离变压器的功用有哪些？3. 画出单端正励变换器主电路，指出其中变压器各绕组在电路中的作用。
4．画出单端反激式变换器主电路，在理想条件下写出其电感电流连续下的输出电压表达式。
5. 试比较Buck 电路和Boost 电路的异同。
答：相同点：Buck 电路和Boost 电路多以主控型电力电子器件（如GTO ，GTR ， MOSFET 和IGBT 等）作为开关器件，其开关频率高，变换效率也高。
不同点：Buck 电路在T 关断时，只有电感L 储存的能量提供给负载，实现降压变换，且输入电流是脉动的。
而Boost 电路在T 处于通态时，电源Ud 向电感L 充电，同时电容C 集结的能量提供给负载，而在T 处于关断状态时，由L 与电源E 同时向负载提供能量，从而实现了升压，在连续工作状态下输入电流是连续的。
6.试分析反激式和正激式变换器的工作原理。
答：正激变换器：当开关管T 导通时，它在高频变压器初级绕组中储存能量，同时将能量传递到次级绕组，根据变压器对应端的感应电压极性，二极管D1导通，此时D2反向截止，把能量储存到电感L 中，同时提供负载电流O I ；当开关管T 截止时，变压器次级绕组中的电压极性反转过来，使得续流二极管D2导通（而此时D1反向截止），储存在电感中的能量继续提供电流给负载。
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第3章直流斩波电路
填空题：
1.直流斩波电路完成得是直流到________的变换。
2.直流斩波电路中最基本的两种电路是________和________。
3.斩波电路有三种控制方式：________、________和________。
4.升压斩波电路的典型应用有________和________等。
5.升降压斩波电路呈现升压状态的条件为________。
6.CuK斩波电路电压的输入输出关系相同的有________、________和________。
7.Sepic斩波电路和Zeta斩波电路具有相同的输入输出关系，所不同的是：________的电源电流和负载电流均连________的输入、输出电流均是断续的，但两种电路输出的电压都为________极性的。
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________象限，升压斩波电路能使电动机工第________象限，________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________象限。
10.复合斩波电路中，电流可逆斩波电路可看作一个________斩波电路和一个________斩波电路的组合；多相多重路中，3相3重斩波电路相当于3个________斩波电路并联。
简答题：
11.画出降压斩波电路原理图并简述其工作原理。
12.画出升压斩波电路原理图并简述其基本工作原理。
13.试分别简述升降压斩波电路和Cuk斩波电路的基本原理，并比较其异同点。
14.试绘制Speic斩波电路和Zeta斩波电路的原理图，并推导其输入输出关系。
15.分析题
图3-15a所示的
电流可逆斩波电
路，并结合题图
3-15b的波形，绘
制出各个阶段电
流流通的路径并标明电流方向。
16.对于题图3-16所示的桥式可逆斩波电路，若需使电动机工作于反转电动状态，试分析此时电路的工作情况，并绘制相应的电流流通路径图，同时标明电流流向。
17.多相多重斩波电路有何优点？
计算题：
18.在题图3-18所示的降压斩波电路中，已知E=200V，R=10Ω，L值极大，E M=30V，T=50μs,t on=20μs,计算输出电压平均值U o，
输出电流平均值I o。
19.在题图3-19所示的降压斩波电路中，E=100V，L=1mH，R=0.5Ω，E M=10V，采用脉宽调制控制方式，T=20μs，当t on=5μs时，计算输出电压平均值U o，输出电流平均值I o，计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。
当t on=3μs时，重新进行上述计算。
20.在题图3-20所示的升压斩波电路中，已知E=50V，L值和C值极大，R=20Ω，采用脉宽调制控制方式，当T=40μs，t on=25μs
时，计算输出电压平均值U o，输出电流平均值I o。
21.在题图3-21所示的升压斩波电路中，设E＝100V，R＝250W， ＝0.8，C＝∞。
(1)计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。
(2)计算输入输出功率。
22.如题图3-22所示降压斩波电路，设输入电压为200V，电感L是100mH, 电容C无穷大，输出接10W的电阻，电路的工作频率是50kHz，全控器件导通占空比 为0.5，求：
(1)输出直流电压U o，输出直流电流I o。
(2)流过IGBT的峰值电流。
(3)如果将IGBT的峰值电流减小为输出直流电流I o的110％，应改变什么参数，它的值是多大。