直流斩波电路
直流斩波电路
❖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 ※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：
➢ 则电源电流的平均值I1为：
（四）升压斩波电路典型应用（直流电机传动）
✓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。
设此阶段电流初值为I10， =L/R，解上式得
② V为断态期间，设负载电流为i2， 有：
设此阶段电流初值为I20， 解上式得：
且：I10＝i2(t2)，I20=i1(t1)，代入<1>,<2>
<1> <2>
当L无穷大时
上式表示了平波电抗器L为无穷大，负载电流完全平直时的负载电流平均值Io， 此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。
I1为电源电流平均值
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
5.1.2 升压斩波电路
（一）工作电路
储存电能
保持输出 电压
（二）工作原理及动态演示
（三）数量关系(直接从能量角度分析）
➢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：
其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。
5.2 复合斩波电路
复合斩波电路： 降压斩波电路和升压斩波电路的组合构成
（1）电流可逆斩波电路※ （2）桥式可逆斩波电路
5.2.1 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行，又可再生制动, 可通过电流可逆斩波电路来实现.电流可逆斩波电路由降压斩波电路和升压斩 波电路复合而成.
直流斩波电路
NCP1402SN50T1 1N5817 +5
NCP1402SN50T1是ONSEMI公司生产的高效率、低功耗升压型DC/DC转换器， 其内置PFM（脉冲频率调制）振荡器、PFM控制器、PFM比较器、软起动电路、 电压基准及MOEFET开关管，还具有限流电路。其输入电压范围为0.8V～5.5V， 输出为固定的5V电压，输出额定电流为200mA。 内 部 MOSFET 开 关 管 导 通 时 ， 管 脚 LX 连 接 的 47uH 电 感 进 行 储 能 ； 内 部 MOSFET开关管关断时，电感释放能量，在管脚OUT产生高于输入电压的+5V， 通过电容滤波，得到稳定输出电压。外接肖特基二极管，使输出电压不会反回至 输入端。
1 2
U
ref
R = 1 .2 5 1 + R
1 2
合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组
DC-DC变换 DC-DC变换
3.通过三极管变换
合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组
直流斩波电路分析
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 • 也称为直接直流--直流变换器（DC/DC Converter） • 一般是指直接将直流电变为另一直流电，不包括直流—交流—直流 • 习惯上，DC—DC变换器包括以上两种情况，且甚至更多地指后一种情况 • 直流斩波电路的种类 • 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，其中前两种是最基本的电路 • 复合斩波电路——不同基本斩波电路组合 • 多相多重斩波电路——相同结构基本斩波电路组合
（3-1）
直流斩波电路实验报告
直流斩波电路实验报告实验目的，通过实验，掌握直流斩波电路的工作原理和特性，了解斩波电路在电力电子中的应用。
实验器材，示波器、直流电源、电阻、电容、开关管等。
实验原理，直流斩波电路是一种将直流电压转换为脉冲或方波电压的电路。
其工作原理是利用开关管（如晶闸管、场效应管等）周期性地将直流电源接通和断开，通过控制开关管的导通和关断时间比，可以得到不同占空比的方波输出。
直流斩波电路的输出波形可以通过控制开关管的导通和关断来实现调制，从而实现对电压的调节和控制。
实验步骤：1. 搭建直流斩波电路。
将直流电源、开关管、电阻和电容按照电路图连接起来，并接上示波器。
2. 调节开关管的导通和关断时间比。
通过改变开关管的导通和关断时间比，观察输出波形的变化。
3. 测量电压和电流。
利用示波器和万用表测量输出波形的电压和电流值。
4. 分析实验结果。
根据实验数据和波形图，分析直流斩波电路的工作特性和输出波形的变化规律。
实验结果与分析：通过实验，我们得到了不同占空比的方波输出波形，并测量了相应的电压和电流值。
实验结果表明，随着开关管导通时间比的增加，输出波形的占空比也相应增加，电压值随之变化。
当导通时间比为50%时，输出波形的占空比为50%，电压值为直流电源的一半。
当导通时间比为100%时，输出波形为直流电压。
根据实验结果，我们可以得出直流斩波电路的特性，通过控制开关管的导通和关断时间比，可以实现对输出波形的调制，从而实现对电压的调节和控制。
直流斩波电路在电力电子中有着广泛的应用，如变频调速、逆变器等领域。
实验总结：通过本次实验，我们深入了解了直流斩波电路的工作原理和特性，掌握了斩波电路的搭建和调节方法。
实验结果表明，直流斩波电路可以实现对电压的调节和控制，具有广泛的应用前景。
在今后的学习和工作中，我们将进一步深入研究电力电子领域，不断提高自己的专业能力。
以上就是本次实验的全部内容，希望对大家有所帮助。
感谢大家的阅读！。
直流斩波电路
0 uL d t 0
V处于通态
uL = E
E ton Uo toff
V处于断态
uL = - uo
所以输出电压为： U o
ton toff
E ton T ton
E 1
E
升降压斩波电路和Cuk斩波电路
结论
当0<a <1/2时为降压，当1/2<a <1时为升压，故称作升
降压斩波电路。也有称之为buck-boost 变换器。
US
U0
L diL dt
L I ton
t=t1时刻，驱动V关断，在时间内， 电路工作于模式2。VD承受正向 电压而导通，电感L释放储能， 电感电流经VD续流，并呈指数规 律下降。电容C上旳电流为电感 电流与负载电流之差。假如L和C 参数选择合适，负载R上旳电流 基本维持不变，
U0
L
diL dt
L I T ton
因为L和C数值合适时，负载电流维持为Io不变 电源只在V处于通态时提供能量，为 UsIoton 在整个周期T中，负载消耗旳能量为 RIo2T
一周期中，忽视损耗，则电源提供旳能量与负载消耗旳能量相等。
Us Ioton RIo2T
Us I1 Uo Io Uo Io
Io
U s
R
I1
U0
ton
T
t on T
△U
ton
0
T
开通 关断
t
i
0 t
图6.5 平均控制方式波形
3、时间比与瞬时值混合控制方式
此种控制方式是前面两种控制方式旳结合，合用于要求电 流（或电压）按时间比喻式输出，同步又要求控制输出电 流（或电压）瞬时值旳场合。
6.2 基本斩波电路
直流斩波电路分析_电力电子技术
（3-16）
e a - 1 m e -1
第十一讲
直流斩波电路分析
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 – 也称为直接直流--直流变换器（DC/DC Converter） – 一般是指直接将直流电变为另一直流电，不包括直流—交流—直流 – 习惯上，DC—DC变换器包括以上两种情况，且甚至更多地指后一种情况
11.1.1 11.1.2 11.1.3 11.1.4 降压斩波电路 升压斩波电路 升降压斩波电路和Cuk斩波电路 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
返回
11.1.1 降压斩波电路
斩波电路的典型用途之一是拖动直 流电动机，也可带蓄电池负载，两 种情况下负载中均会出现反电动势， 如图中EM所示
工作原理
I 20 1 - e -t1 / 1 - e -T /
；
ea - 1 E e -1 - m R
（3-9）
E EM 1 - e -a E m - R R R 1- e
；
（3-10）
式中:
。由图3-1b可知， t1 T t1 / a 分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值。 T / m EM / E I10和I20 T
降压斩波电路
11.1.2 升压斩波电路
11.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路
11.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
11.2
复合斩波电路和多相多重斩波电路
11.2.1 电流可逆斩波电路 11.2.2 桥式可逆斩波电路 11.2.3多相多重斩波电路
11.1
基本斩波电路
直流斩波电路
（1）直流-直流变流电路（DC-DC ）定义：将一种直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电的装置。
（2）常见的直流-直流变流电路为直流斩波电路。
（3）基本直流斩波电路为：降压斩波电路和升压斩波电路。
降压斩波电路电路原理图（1）包含全控型器件V ，由IGBT 组成。
（2）包含续流二极管VD ，作用是保证IGBT 关断时给负载中电感电流提供通道。
（3）负载：直流电动机，两端呈现反电动势m E 。
（4）分析前提：假设负载中电感值很大，即保证电流连续。
工作原理分析（1）给出IGBT 的栅射极电压GE U 波形，即G i 波形，周期为T 。
（2）10t -（on t ）期间：IGBT 导通，电源E 向负载供电，负载电压E U =o ，由于电感存在，因此负载电流不能突变，所以按指数曲线上升。
（3）T t -1（of f t ）期间：控制IGBT 关断，负载电流经过续流二极管VD 续流，负载电压基本为0，负载电流呈现指数曲线下降。
（4）当负载电感值较大时，负载电流连续而且脉动小。
公式（1）负载电压平均值：E E Tt U on α==o ，其中α为占空比。
（2）电感L 极大时，负载电流平均值：R E U I m o -=o 。
计算题：例5-1总结（1）通过改变降压斩波电路的占空比大小，就可以改变输出负载电压的平均值。
电路原理图（1）包含全控型器件V ，由IGBT 组成。
（2）包含极大值的电感L 和电容C 。
（3）负载为电阻R 。
工作原理分析（1）当IGBT 导通阶段：● 电源E 向电感L 充电，充电电流为恒定电流1I ；●电容C 上的电压向负载R 供电，因C 值很大，因此输出电压为恒值o U 。
●通态时间为on t ，此阶段电感L 上积蓄能量为on t EI 1。
（2）当IGBT 关断阶段：●电源E 和电感L 共同向电容C 充电，并向负载R 提供能量。
● 此期间，电感L 释放的能量为off t I E U 1o )(-。
dc-dc直流斩波电路的原理
DC-DC直流斩波电路的原理一、引言DC-DC直流斩波电路是一种将直流电能进行调节和转换的电路，广泛应用于各种电子设备和系统中。
由于其具有效率高、体积小、稳定性好等优点，DC-DC 直流斩波电路已成为电力电子领域的重要分支之一。
本文将详细介绍DC-DC直流斩波电路的基本结构和工作原理，以及不同控制策略的斩波电路、应用和实例，以期为相关从业人员提供有益的参考。
二、DC-DC直流斩波电路的基本结构和工作原理DC-DC直流斩波电路的基本结构主要包括电源、开关、负载和滤波器等部分。
其工作原理是利用开关的快速通断，将直流电源的电压进行斩波，形成一定占空比的脉冲信号，再通过滤波器将脉冲信号转换成平滑的直流电压。
在斩波电路中，开关的通断时间以及占空比是关键参数，它们决定了输出电压的大小和波形。
当开关处于导通状态时，电流通过负载，输出电压等于电源电压；当开关处于断开状态时，电流为零，输出电压为零。
通过调节开关的通断时间，可以改变输出电压的大小和波形。
三、不同控制策略的斩波电路根据控制方式的不同，斩波电路可以分为定频控制、定宽控制和PWM控制等类型。
1.定频控制：保持斩波频率恒定，通过改变斩波的宽度来调节输出电压。
这种控制方式实现简单，但调节不够平滑。
2.定宽控制：保持斩波宽度恒定，通过改变斩波的频率来调节输出电压。
这种控制方式适用于对输出电压波形要求不高的场合。
3.PWM控制：通过对斩波的宽度进行PWM调制，实现对输出电压的连续调节。
这种控制方式调节效果好，但实现较为复杂。
四、斩波电路的应用和实例1.电池充电：利用斩波电路可以实现对电池的恒流、恒压充电，有效延长电池寿命。
例如，采用PWM控制的斩波电路为电动汽车电池充电，可以确保充电过程安全可靠。
2.稳压电源：斩波电路可以实现直流稳压电源，具有效率高、体积小等优点。
例如，将斩波电路应用于LED驱动电源，可以有效提高LED亮度并延长其使用寿命。
3.电机驱动：在电机驱动领域，斩波电路可以通过调节输入电压的大小和波形，实现对电机的速度和转矩的控制。
直流斩波电路
直流斩波电路简介直流斩波电路（DC Chopper）是一种用来控制直流电动机的电路。
它可以为直流电机提供高效的调速和转向控制，因此在工业应用中非常广泛。
直流斩波电路主要由斩波器、控制电路和直流电源组成。
斩波器是控制电动机转速和方向的核心部分，它通过调节输出电压和电流的波形来实现电机的控制。
控制电路则通常采用微处理器或单片机，用来控制斩波器的工作状态和输出信号的频率、幅值和相位。
直流电源则是为整个系统提供电能，以保证电机能够正常运行。
斩波器斩波器是直流斩波电路中最重要的部分，它通常包括一个开关器件和一个电感元件。
开关器件可以是晶闸管、MOSFET管、IGBT管等。
而电感元件则是用来限制输出电流和平滑输出电压波形的。
在斩波器中，当开关器件导通时，电感元件会吸收输入电源中的能量，同时输出电压也会上升。
而当开关器件关断时，电感元件会反向放电，同时输出电压也会下降。
通过改变开关器件的工作状态，我们就可以改变电源的输出电压和电流波形，从而实现对电动机的控制。
控制电路在直流斩波电路中，控制电路主要负责控制斩波器的开关状态。
控制电路通常由微处理器或单片机实现，可以使用PID等算法来控制输出电压和电流的稳定性和响应性。
控制电路同样可以控制输出信号的频率、幅值和相位。
这些信号不仅可以控制电动机的运行状态，还可以用来监测电机的转速和位置，以实现更加精确的控制。
直流电源直流电源是为整个电路提供电能的部分，它的稳定性和可靠性对整个电路的运行非常重要。
在直流斩波电路中，直流电源通常采用整流电路和充电电路的结合，以实现对电池的充电和电机运行的供电。
直流电源的质量也直接影响了斩波器和控制电路的稳定性，因此需要特别注意。
应用直流斩波电路可以应用于各种不同类型的电机控制，包括直流电动机、无刷直流电机和步进电机等。
它的高效能和高精度控制使得它在精密控制和节能降耗等方面具有广泛的应用前景。
除此之外，直流斩波电路还可以应用在光伏逆变器、风力发电机、电子变压器等领域中，以实现对电能的转换和传输。
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Ud
uS
S
C
Uo
R
Uo 1 Ud 1 D
U o D(1 D)TS I L L
2
Sg
ton toff
0 iL
I L Io DTS
d
电感电流临界连续时VD的电流均值为：
I D I L (1 D)
图3-2 降压斩波电路的原理图及波形
iL
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3.1.1
数量关系
电流连续方式：
降压斩波电路
明德任责
负载电压平均值：
Uo
t on t on t off
E
t on T
E E
Ton —— V通的时间； toff —— V断的时间； T —— 斩波周期；
负载电流平均值：
—— 导通占空比
组合
图3-19 电流可逆斩波电路
图3-22 桥式可逆斩波电路
可实现第1、2象限运行
可实现第3、4象限运行
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直流脉宽调速与V-M调速区别：
明德任责
直流脉宽调速
直流V-M调速
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直流脉线路简单，需要的功率元件少； 2. 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗和 发热都很小； 3. 低速性能好，稳速精度高，因而调速范围宽；
电感电流连续与否的临界条件为：
(1 D)2 L RTS 2
应用：升降压型电路可以灵活地改变电压的高低，还能改 变电压极性，因此常用于电池供电设备中产生负电源的电 路，还用于各种开关稳压器中。
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3.1.4 Cuk斩波电路
明德任责
Cuk斩波电路
电路工作稳定条件下，S通时，Ud—L—S—Ud回路和C1—S—R— L1—C1回路有电流。
利用“电感两端电压在一个开关周期内的平均值为零” 的规律可得 输出与输入反极性
1 UL Ts
Ts
0
uL dt
U d ton U otoff Ts
0
Uo D Ud 1 D
0＜D＜1/2，降压 1/2＜D＜1，升压 河南理工大学
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3.1.3升降压斩波电路
电路结构
明德任责
升降压斩波电路 (buck -boost Chopper)
EI o t on RI o2T E M I oT
EI o ton T RI o2 EM I o
EI o RIo2 EM I o U 0 I 0
I1 I o
I1—— 平均值
EI 1 U o I o EI 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(升流)。
负载电流很小时，电路中的电感电流将不连续，电
Uo D ，输出电压|Uo|＞ Ud 1 D
明德任责
压比的公式不再满足式
DUd /(1-D)，且负载电流越小，| Uo |越高。输出空载时 ， | Uo |→∞，故Cuk型电路 不应空载，否则会产生 很高的电压而损坏电路中的元器件。
L
iL Ud uS
明德任责
2) 升压斩波电路典型应用
一是用于直流电动机传动 二是用作单相功率因数校正（PFC）电路
用于直流电动机传动
再生制动时把电能回馈 给直流电源。 电动机电枢电流连续和 断续两种工作状态。 直流电源的电压基本是 恒定的，不必并联电容 器。 图5-3 动画演示。
a) uo E uo E
O i
t i1 I 10 i2
t
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3.1.2
升压斩波电路
Sg
ton toff
明德任责
2) 升压斩波电路的输入输出关系
iL
L
id
VD
io
Ud
uS
S
C
Uo
R
0 uS 0 iL 0 iS 0
Uo
t t
t
电感L在一个开关周期T上的平均感应电压为0，因此：
1 UL TS
TS
0
uLU dtL
U d ton (U o U d )toff TS
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1)
电流可逆斩波电路
明德任责
电路结构
V1和VD1构成降压斩波电路，电动机为电 动运行，工作于第1象限。
V2和VD2构成升压斩波电路，电动机作再 生制动运行，工作于第2象限。
必须防止V1和V2同时导通而导致的电源 短路。
a) 电路图
工作过程
图3-19 电流可逆斩波电路及波形
三种工作方式：降压、升压、交替降压和升压（图3-19b）； 第1象限，降压斩波，电动状态，调压调速； 第2象限，升压斩波，发电状态，再生制动，减速。
Uo 1 Ud 1 D
升压
t 升压斩波电路之所以能够升 io 0 压的原因：一是电感L储能之 0 t 后具有使电压泵升的作用， t0 t1 t2 二是电容C可将输出电压保持 住。
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3.1.2
升压斩波电路
iL
明德任责
3）电感电流断续工作模式：
L
id
VD
io
二极管VD电流的开关周期平均值ID等于 负载电流平均值Io。
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3.1.1
降压斩波电路
明德任责
电感电流断续工作模式：
1 IL TS
TS
0
iL (t )dt
1 1 1 ( I LTS ) I L TS 2 2
U Uo I L d DTS L
Sg
ton toff
di uL L L U d U o dt
U D(1 D) TS 0 1 I L (1 D) o uL 2 2L U 0 电感电流连续的临界条件为： Uo D(1 D) 2 Io ID L RTS 2 R 判断升压型电路中电感电流连续与否的临界条件。
TS
t
t
U d U o
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3.1.2
升压斩波电路
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3.1 直接DC/DC变换器
3.1.1 降压斩波电路
明德任责
3.1.2
3.1.3 3.1.4 3.1.5 3.1.6
升压斩波电路
升降压斩波电路 Cuk斩波电路 Sepic斩波电路 Zeta 斩波电路
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3.1 直接DC/DC变换器
3.1.1 降压斩波电路（Buk变换器）
S断时，Ud—L—C1—VD—Ud回路和L1—VD—R—L1回路有电流。
输出电压的极性与电源电压极性相反。
L
iL Ud
C1
L1
iL1
L
iL
C1
L1
iL1
S
VD
C
Uo
R
Ud
S
VD
C
Uo
R
a)
b)
图3-14 Cuk电路电流连续工作时的电路状态 a) 电路状态1 (S通) b) 电路状态2 (S断) 河南理工大学
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第3章 直流-直流变换电路
引言2
明德任责
DC/DC变换器按结构不同可分为直接DC/DC
变换器和变压器隔离型DC/DC变换器。
DC/DC变换器按工作原理不同可分为谐振型
和非谐振型两大类。谐振型DC/DC变换器利
用软开关技术，控制开关器件在开、关瞬间所 承受的电压或电流为零，从而降低开关损耗， 提高变换效率，并有利于进一步提高开关频率 。
O io i1 i2 I 20 t1 t x toff c) t2
t
I 20
toff T b)
I 10 t O ton
O
t on
t
T
用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形 a） 电路图 b） 电流连续时 c） 电流断续时
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3.1.3升降压斩波电路
电路结构
明德任责
升降压斩波电路 (buck -boost Chopper)
Io
U o EM R
电流断续：Uo被抬高，一般不希望出现。 河南理工大学
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3.1.1
降压斩波电路
明德任责 此种方式应用 最多
调制方式（控制方式）：
三种控制方式：
定频调宽：T不变，变ton — 脉冲宽度调制（PWM）； 改变占空比 定宽调频： ton不变，变T — 频率调制； 调宽调频：ton和T都可调 — 混合型。
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3.1.4 Cuk斩波电路
数量关系
明德任责
设两个电感电流都连续，分别计算电感L和L1的两端电 压在一个开关周期内的平均值为：
U L U d D (U d U C1 )(1 D ) 0 U L1 (U C1 U o ) D U o (1 D ) 0
明德任责
1.电路结构
图3- 降压斩波电路的原理图
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3.1.1
降压斩波电路
明德任责
工作原理
t=0 时刻驱动 V 导通， VD 承受 反压而关断；电源 E 向负载供 电，负载电压uo=E，负载电流 io按指数曲线上升。 t=t1 时控制 V 关断，二极管 VD 续流，负载电压 uo 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
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2)
桥式可逆斩波电路
明德任责