5 直流斩波电路--问题与要点
第5章 直流斩波电路
图5.21 Zeta斩波电路
图5.8 升压型斩波器主电路临界导通时的电压和电流的波形
5.3.2 连续导电模式
电流连续时升压型斩 波电路的工作波形如 图5.9所示。 输出电压
U0 T t o ff E 1 1 D E
图5.9 升压型斩波器电压与电流波形
5.3.3 断续导电模式
当E和D保持不变时， 若输出负载功率逐步 减小，其电流也逐步 减小。当小于临界电 流时，电流就会出现 断续，虽然电流峰值 ILm不变，但其输出 功率将减小。
图5.19 Cuk电路断续工作波形
5.6 其他形式斩波电路
5.6.1 Sepic斩波电路
5.6.2 Zeta斩波电路
5.6.1 Sepic斩波电路
图5.20是Sepic斩波电路的主 电路图。当VT处于通态时， E—L1—VT回路和C1—VT— L2回路同时导电，L1和L2储 能。VT处于断态时，E— L1—C1—VD—负载(C2和R) 回路及L2—VD—负载回路同 时导电，此阶段E和L1既向负 载供电，同时也向C1充电， C1储存的能量在VT处于通态 时向L2转移。 Sepic斩波电路的输入/输出关 系由下式给出： t E D E U
L
图5.5 断续状态下斩波器输出波形
5.2.4 输出电压纹波
斩波电路的输出端电 容不可能无穷大，而 是一个有限值，所以 输出电压含有脉动成 分。
图5.7 降压斩波电路的输出纹波
5.3 升压斩波电路(Boost电路)
5.3.1 电路结构与基本原理
5.3.2 连续导电模式 5.3.3 断续导电模式 5.3.4 输出电压纹波
5.2.1 电路结构与基本原理
假设VT、VD均为理想开关元件，并设VT的一个控制周期 为T。在t = 0时刻驱动VT导通，在ton导通期间内，电感L 中有电流通过，电流按指数曲线缓慢上升，负载电压等于 电源电压E。t = t1时刻，VT关断，负载电流经续流管VD 释能，输出电压近似为零，负载电流呈指数曲线下降。
第3章 直流斩波电路 习题及答案
电力电子技术习题五(含答案)
练习题五1、交流调压电路的控制方式有哪些？2、什么叫过零触发方式？3、单相交流调压的特点有哪些？4、三相交流调压常用的有哪几种接线方式？5、什么叫直流斩波电路？适用场合有哪些？6、简述斩波器的两种工作方式。
7、开关器件的开关损耗大小同哪些因素有关？试以降压式斩波器为例，简要说明斩波器式直流变压器的转换效果。
答案：1、交流调压电路的控制方式：通断控制方式、相位控制方式2、过零触发：使晶闸管交流开关在端电压过零后触发，并借助于负载电流过零时低于维持电流而自然关断，使电路波形为正弦整周期形式，这种方式可以避免高次谐波的产生，减少开关对电源的电磁干扰。
在过零触发方式的基础上使晶闸管交流开关在整个工作过程中导通m周期，关断n周期，以导通周期和关断周期之比改变输出电压，达到对负载调工的目的。
3、①带电阻性负载时，负载电流波形与单相桥式可控整流交流侧电流波形一致，改变控制角可以改变负载电压有效值，达到交流调压的目的。
②带电感性负载时，不能用窄脉冲触发，否则当α＜φ时，会发生一个晶闸管无法导通的现象，电流出现很大的直流分量，会烧坏熔断器或晶闸管。
③带大电感性负载时，最小控制角αmin=φ，所以α的移相范围为φ～180°，而带电阻性负载时移相范围为0°～180°。
4、接线方式：星形连接带中性线的三相交流调压电路、晶闸管与负载连接成内三角形的三相交流调压电路、晶闸管反并联的三相三线交流调压电路。
5、直流斩波电路：把固定的直流电压变换成可变直流电压的电路称之为直流斩波电路。
这种电路广泛应用于开关电源及直流电动机驱动装置中，如不间断电源、无轨电车、地铁、蓄电池供电的无级变速机动车及电动汽车传动控制。
6、①脉宽调制工作方式：维持T不变，改变ton；②频率调制工作方式：维持ton不变，改变T。
7、硬开关在开关转换过程中，由于电压、电流均不为零，出现了电压、电流重叠，会导致开关转换损耗的产生。
同时，由于电压和电流变化过快，也会使波形出现明显的过冲，产生开关噪声。
直流斩波电路 PPT
√负载电流平均值为
Io
Uo
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。
5.1.1 降压斩波电路
◆斩波电路有三种控制方式
此种方式应 用最多
☞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
■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
U otT on E2 5 02008 0(V 0)
➢ 在整个周期T中，负载消耗的能量为 Ro 2 T IE M Io T
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。
Eoto In Ro 2T IE M IoT
假设电源电流平均值为I1，则有
Io
EEM
R
I1 tTonIo Io
其值小于等于负载电流Io，由上式得
E1 I Eo IU oIo
☞主要用于电子电路的供 电电源，也可拖动直流电动机
或带蓄电池负载等，后两种情
况下负载中均会出现反电动势， 如图中Em所示。
3.1.1 降压斩波电路
2) 工作原理
t=0时刻驱动V导通，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。
实验五 直流斩波电路的性能研究(六种典型线路)
韩山师范学院实验报告姓名： 学号： 专业、班级科目：日期：实验五 直流斩波电路的性能研究（六种典型线路）一、实验目的(1)熟悉直流斩波电路的工作原理。
(2)熟悉各种直流斩波电路的组成及其工作特点。
(3)了解PWM 控制与驱动电路的原理及其常用的集成芯片。
二、实验所需挂件及附件1、主电路①、降压斩波电路(Buck Chopper)降压斩波电路(Buck Chopper)的原理图及工作波形如图4-12所示。
图中V 为全控型器件，选用IGBT 。
D 为续流二极管。
由图4-12b 中V 的栅极电压波形U GE 可知，当V 处于通态时，电源U i 向负载供电，U D =U i 。
当V 处于断态时，负载电流经二极管D 续流，电压U D 近似为零，至一个周期T 结束，再驱动V 导通，重复上一周期的过程。
负载电压的平均值为：式中t on 为V 处于通态的时间，t off 为V 处于断态的时间，T 为开关周期，α为导通占空比，简称占空比或导通比(α=t on /T)。
由此可知，输出到负载的电压平均值U O 最大为U i ，若减小占空比α，则U O 随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。
(a)电路图 (b)波形图图4-12 降压斩波电路的原理图及波形ii oni off on on o aU U TtU t t t U ==+=U GEU D t t tU Ot ont of fT U i-+-+U②、升压斩波电路(Boost Chopper)升压斩波电路(Boost Chopper)的原理图及工作波形如图4-13所示。
电路也使用一个全控型器件V 。
由图4-13b 中V 的栅极电压波形U GE 可知，当V 处于通态时，电源U i 向电感L 1充电，充电电流基本恒定为I 1,同时电容C 1上的电压向负载供电，因C 1值很大，基本保持输出电压U O 为恒值。
设V 处于通态的时间为t on ，此阶段电感L 1上积蓄的能量为U i I 1t on 。
5直流斩波电路复习题汇总
2、升压斩波电路中，Ui=50V，L,C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U0和输出电流平均值I0。 3、说明降压，升压，升降压斩波电路的输出 电压范围。
4、设计一个降压电路，并说明各器件的作用。 5、设计一个升压电路，并说明各器件的作用。
9、开关型DC-DC 变换电路的3 个基本元件是 _______、_______和_______。 10、设DC-DC 变换器的Boost 电路中， Ui=10.0V，D=0.7 则_______。 11、设DC-DC 变换器的Buck 电路中， Ui=10.0V，D=0.7 则_______。
三、判断题
1、变频开关DC-DC 变换电路由于开关频率高， 因而可减少滤波电路体积。（ ） 2、多相多重斩波电路因在电源与负载间接入 了多少结构相同的基本斩波电路，使得输入 电源电源和输出负载电流的脉动次数增加、 脉动幅度减小，对输入和输出电流滤波更容 易，滤波电感减小。（ ）
四、问答题
1、一升压换流器由理想元件构成，输入Ud 在8~16V之间变化，通过调整占空比使输 出U0=24V固定不变，最大输出功率为5W， 开关频率20kHz，输出电容足够大，求使 换流器工作在连续电流方式的最小电感。
Uo E I1toff
稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相 等。 T/toff>1，输出电压高于电源电压，故称该电路 为升压斩波电路. 形状Q是可以代替晶闸管或全控型器件。
5、多相多重斩波电路有何优点？ 答：多相多重斩波电路因在电源与负载间接 入了多个结构相同的基本斩波电路，使得 输入电源电流和输出负载电流的脉动次数 增加、脉动幅度减小，对输入和输出电流 滤波更容易，滤波电感减小。 此外，多相多重斩波电路还具有备用功 能，各斩波单元之间互为备用，总体可靠 性提择题
《直流斩波电路 》课件
分为Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk和Sepic等。
按输出电压极性分类
分为正极性斩波和负极性斩波。
02
直流斩波电路的工作 模式
降压斩波模式
总结词
通过降低输出电压来调整直流电源的
详细描述
在降压斩波模式中，斩波器将直流电源的输出电压降低到一个预设的值。通过周期性地打开和关闭开关，斩波器 将输入电源的连续直流电压转换为具有较低平均电压的脉冲电压。这种模式常用于需要降低电源电压的场合，例 如电池供电的应用。
详细描述
混合调制控制是将脉冲宽度调制和频率调制两种控制策略结合起来，根据需要选择不同 的调制方式进行调节。这种控制策略可以综合PWM控制和频率调制控制的优点，提高 输出电压的调节精度和动态响应速度。但同时，混合调制控制的实现也较为复杂，需要
更多的控制电路和计算资源。
04
直流斩波电路的实验 与仿真
实验平台的搭建
总结词
通过调节脉冲的宽度来控制输出电压的大小 。
详细描述
PWM控制是通过调节斩波电路中开关的开 通时间和关断时间，来改变输出电压的平均 值。当开通时间较长时，输出电压较大；当 关断时间较长时，输出电压较小。PWM控 制具有输出电压稳定、调节速度快、动态响
应好等优点。
频率调制控制
总结词
通过改变斩波电路中开关的工作频率来调节输出电压的大小。
定性和非线性问题，提高控制精度和鲁棒性。
高频化与小型化研究
要点一
高频化研究
通过改进斩波电路的结构和元件参数，提高斩波频率，减 小电路体积和重量，满足现代电子设备对高频率、小型化 的需求。
要点二
小型化研究
采用新型的电子元件和集成技术，减小斩波电路中各元件 的体积和重量，实现斩波电路的整体小型化。
斩波电路专题知识讲座
Vo Vo
2
2
(1 D)
fc fs
2
•合理选择转折频率可有效减小电压脉动率
一般取fc fs
•连续导通模式下，电压脉动率与输出功率无关。
•在开关型直流电源中，输出电压旳脉动率一般不 大于1％，所此前面采用旳假设vo (t) Vo 是合理旳 。
23
9 电机负载斩波电路
降压斩波电路旳原理图及波形 a）电路图 b）电流连续时旳波形
转折频率 谐波分量 开关频率fs
11
续流二极管旳作用
续流 二极管 •开关闭合时，二极管反向截止，Vd经过电感向负载 提供电流。 •开关断开时，电感中旳电流经过二极管续流，向负载 释放电感中旳储能。 采用滤波器后，怎样简便地计算滤波器输出电压平均值？
12
3. 稳态电路中电感上电压、电流旳特点 L伏秒平衡原则
9
2.实用旳降压变换电路
低通 滤波器
续流 二极管
滤波器 输入电压
变换器 输出电压
10
低通滤波器旳作用
•滤波器输入电压 包括直流分量Vo 友好波分量
直流分量Vo
•谐波分量旳频率为 开关频率旳整数倍
•滤波器旳转折频 率fc远不大于开关 频率fs，可滤除输 出电压中旳谐波
滤波器输入电压 输出电压 开关频率fs
4
5.1.1 降压斩波电路
•控制输出电压vo 平均值旳措施：控制开关通断时间。
Vo＝
ton Ts
Vd
D＝ ton Ts
称为占空比
•直流－直流变换器又称斩波器，开关器件应为全控型。
5
5.1.1 降压斩波电路
直流－直流变换器旳三种控制方式 （变化占空比旳方式）
Vo＝
ton Ts
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1 (1)画直流降压斩波电路uGE、io、uo波形。能否 用场效应管、三极管等全控型元件作为开关？(2) 导出输出电压平均值及占空比(Uo=E*t1/T= αE)。 (3)平波电抗器L无穷大时，导出输入、输出电流 平均值Ii、Io公式(I1= α Io 、Io=(αE-EM)/R) 。
出电流脉动)。相数、重数各指什么？(相数是一个周
期内电源侧的电流脉波数，重数是负载侧电流脉波
数) 。
u1
uO
t
2
O
t
u3
O
t
u
o
O
t
VD3 VD2 VD1
i1
O
t
u3 u2 u1
i2
O
t
i3
O
t
i o
O
t
8 描述直流斩波电路的三种时间比控制法。(9 (1)什么是换流或换相？(电流按要求的时刻和 次序从一个支路向另一个支路转移的过程) 。
(2)理解晶闸管的换流方法：交流电源换流、负载 换流、强迫换流(电压式、电流式)。
5 (1)画直流可逆斩波电路三种工作方式uo、 io波 形。(2)指出拖动和回馈制动时的电路状态(拖动： V1、VD1工作， V2、VD2关断；制动：V2、VD2 工作， V1、VD1关断) 。
直流可逆斩波电路
6 理解桥式可逆斩波电路四象限(uo纵坐标、io横 坐标)工作原理。
桥式可逆斩波电路
7 理解多相多重斩波电路原理及其目的(减小输入、输
iL1
+ - iL2
iV
iVD
Boost-Buck Copper
Cuk 斩波电路
4 (1)画Cuk斩波电路iL1、iL2、iV、iVD波形。(2)设 L1、L2、C充分大，导出Uo、UC表达式(UC=E*T/t2、 Uo= αUC=E* α/(1- α))。(3)Cuk斩波电路的优点？
(输入、输出电流连续、纹波小)
ii
uGE
ii uGE
Buck Copper
Boost Copper
2 (1)画直流升压斩波电路uGE、io波形。(2)设L、C
充分大，导出输出电压、电流Uo、Io公式 (Uo=E*T/t2、Io=Uo/R)。升压比是多少？
3 (1)画直流升降压斩波电路i1、 i2波形。(2)设L、 C充分大，导出Uo、I1、I2 表达式(Uo=E*t1/t2、I1 =(t1/t2)2*E/R、I2 =(t1/t2)*E/R)。