升压斩波电路电感电容的计算
交流调压及斩波电路课件
•交流调压及斩波电路
① 通断控制。即把晶闸管作为开关将负载与交流电 源接通几个周期（工频1周期为20 ms），然后在开断一 定的周期，改变通断时间比值达到调压的目的。这种晶闸 管起到一个通断频率可调的快速开关的作用。这种控制方 式电路简单，功率因数高，适用于有较大的时间常数的负 载，缺点是输出电压或功率调节不平滑。
② 相位控制。它是使晶闸管在电源电压每一周期中、 在选定的时刻内将负载与电源接通，改变选定的时刻可达 到调压的目的。
在交流调压中，相位控制应用较多，下面主要分析 相位控制的交流调压器，先阐述作为基础的单相交流调压 器。单相交流调压器的工•交作流调情压及斩况波电与路 它的负载性质有关。
一、电阻性负载
等于零，因此单相交流调
压器对电阻性负载，其电
I = U /R 压可调范围为0～U1，控制
负载R上的电流有效值 0
0
角α的移项范围为
0≤ α≤ π。
U1为输 入交流 电压的 有效值
功率因数 COS φ = [U0I0] / [U1I0] = U0/U1
•交流调压及斩波电路
二、电阻—电感负载
VT1 i0
•交流调压及斩波电路
二、用三对反并联晶闸管接成的
—— 三相三线交流调压电
路uU
～U
VT1 R
以电阻负载接成星形为例进行分析。由于 没有零线，每相电流必须和另一相构成回路，
uV VT4
N ～V
uW VT6
～W
VT3 R VT5 R
与三相全控桥整流电路一样，应采用宽脉冲或
O
双窄脉冲触发。设U是线电压的有效值，则三 相线电压分别为
U0 = [t1/T]E =
升压,降压,升降压斩波电路课程方案
题目：MOSFET升降压斩波电路设计一．课程设计的目的电力电子技术的课程设计是《电力电子技术》课程的一个重要的实践教案环节。
它与理论教案和实践教案相配合，可使我们在理论联系实际，综合分析，理论计算，归纳整理和实验研究方面得到综合训练和提高，从而培养学生独立解决实际问题的能力。
加深理解电力电子技术的课程内容，建立正确的设计思想，熟悉项目设计的顺序和方法，提高正确使用技术资料，标准，手册等的独立工作能力。
3.为后续课程的学习打下坚实的基础。
二．设计的技术数据及要求1、交流电源：单相220V；2、前级整流输出输电压： U d=50V～80V；3、输出功率：300W；4、开关频率5KHz；5、占空比10%~90%；6、输出电压脉率：小于10%。
三、设计内容及要求一．方案的论证及方案的选择；1.方案一：升降压斩波电路图原理图：升降压斩波电路的输出电压平均值可以大于或小于输入直流电压值，这种电源具有一个相对于输入电压公共端为负极性的输出电压。
升降压电路可以灵活的改变电压的高低，还可以改变电压的极性，因此常用于电池供电设备中产生负电源的设备和各种开关稳压器。
其原理图即为降压与升压斩波电路串联而成的。
一．MOSFET降压斩波电路图如下：图中L、R 为负载电机的等效电路，负载电压的平均值为，因此称为降压斩波电路。
若负载中L 值较少，或ton 较小，或E 较小，则在可控器件V 关断后，到了t2 时刻，负载电流已衰减至零会出现负载电流断续的情况。
下图中表明了电流连续和断续时的波形情况。
二．MOSFET降压斩波电路图如下：假设L值、C值很大MOSFET导通时，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u o为恒值，记为U o。
设V通的时间为t o n，此阶段L上积蓄的能量为EI1t o n MOSFET关断时，E和L共同向C充电并向负载R供电。
设V断的时间为t o f f，则此期间电感L释放能量为稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等<3-20）化简得：<3-21），输出电压高于电源电压，故称升压斩波电路。
第三章 直流斩波电路
u1正半周：V1导通输出电压，V1关断时，V3 续流；
u1负半周：V2导通；V2关断 时，V4续流。 可通过改变占空比α调节输出电压的大小。
通过谐波分析可知，电源电流中不含有低次 谐波，只含有和开关周期T成反比的高次谐波， 这些高次谐波用很小的滤波器即可滤除。电路的 功率因数接近1。
4．1．2 三相交流调压电路
这种电路常用于电炉的温度控制等时间常数很 大的负载中，以周期为单位进行控制足够了。 当晶闸管导通时刻是正弦波的起始点时，在电 源电压接通期间，负载电压是正弦波，没有谐 波污染。
4．2．2 交流电力电子开关
把反并联的晶闸管串入交流电路中起 接通和断开电路的作用，这就是交流电力 电子开关。其作用是代替电路中的机械开 关。
以交流电的周期（2π）为单位来控 制晶闸管的通断，从而调节输出平均功率 的电路，称为交流调功电路。
设控制周期为M，晶闸管在前N个周期导通， 后M-N个周期关断。
当M=3、N=2时的电路波形如图4-13所示。
调功电路和调压电路的电路形式完全相同，只 是控制方式不同。因其直接调节对象是电路的 平均输出功率，所以被称作交流调功电路。
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。
S U1I 0 U1 2
α的移项范围为0°——180°。
2、阻感负载
若把α=0点仍定在电源电压的零点，显然， 阻感负载下稳态时α的移项范围应为 φ<=α<=π。其中负载的阻抗角为φ，负载电 流应滞后于电源电压u1φ角度。在用晶闸管控制 时，很显然只能进行滞后控制，使负载电流更为 滞后，而无法使其超前。
升压斩波电路中电容电感二极管的作用
升压斩波电路中电容电感二极管的作用升压斩波电路中，电容、电感和二极管起到不同的作用。
电容：电容主要用来升压，当电容充电时，电容中储存的电能增加，释放时可以使电压升高。
在升压斩波电路中，电容的电量会不断地被积累和释放，从而提高电压，并平滑输出电压。
电感：电感的作用是限制电流，因为电感具有自感作用，当电流变化时，电感会产生电动势来抵消电流的变化。
这样可以控制电流的变化，避免电流瞬间变化过大而损坏电路中的元件。
二极管：二极管主要用来斩波，当电容充电到一定电压时，二极管进入导通状态，使电容的电能通过二极管放电，产生高频脉冲。
这些脉冲被电感过滤，最终形成稳定的直流输出。
同时，二极管还能够保护电路中其他元件不被反向电压损坏。
第5章 习题(1)-带答案
第3章直流-直流变换电路习题（1）第1部分：填空题1.直流斩波电路完成的是直流到另一固定电压或可调电压的直流电的变换。
2.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。
3.斩波电路有三种控制方式：脉冲宽度调制、脉冲频率调制和混合型，其中最常用的控制方式是：脉冲宽度调制。
4.脉冲宽度调制的方法是：周期不变，导通时间变化，即通过导通占空比的改变来改变变压比，控制输出电压。
5.脉冲频率调制的方法是:导通时间不变，周期变化，导通比也能发生变化，从而达到改变输出电压的目的。
该方法的缺点是：导通占空比的变化范围有限。
输出电压、输出电流中的谐波频率不固定，不利于滤波器的设计。
6.降压斩波电路中通常串接较大电感，其目的是使负载电流连续。
7.升压斩波电路使电压升高的原因：电感L储能使电压泵升，电容C可将输出电电压保持住。
8.升压斩波电路的典型应用有直流电动机传动和单相功率因数校正等。
9.升降压斩波电路和Cuk斩波电路呈现升压状态的条件是开关器件的导通占空比为 0.5<α<1 ；呈现降压状态的条件是开关器件的导通占空比为 0.5<α<1 。
第2部分：简答题1.画出降压斩波电路原理图并简述其工作原理。
(略，看书上)2.画出升压斩波电路原理图并简述其基本工作原理。
（略，看书上）第3部分：计算题1.在题图3-1所示的降压斩波电路中，已知E=100V，R=10Ω，L值极大，E M=20V，T=100μs,t on=50μs。
1）画出输出电压u o,输出电流i o,流过器件V的电流i V以及流过二极管VD的电流iVD2）计算输出电压平均值U o，输出电流平均值I o，器件V上的平均电流I，及二极管VD上V。
的平均电流IVD题图3-12.设计题图3-2所示的Buck变换器。
电源电压Vs=220V，额定负载电流11A，最小负载电流1.1A，开关频率20KHz。
要求输出电压V o=110V；1）L值和C值极大时，采用脉宽调制控制方式，求开关T的导通占空比及在1个开关周期中的导通时间。
分别简述升降压斩波电路和cuk斩波电路的基本原理
分别简述升降压斩波电路和cuk斩波电路的基本原理
升降压斩波电路是一种常用的电力电子器件，用于将输入电压调整为需要的输出电压。
它由一个功率开关管、滤波电容、电感和电阻组成。
基本原理是通过控制功率开关管的导通和截止，将输入电压转换为脉冲信号，然后通过滤波电容和电感将脉冲信号平滑成所需要的输出电压。
具体工作过程如下：当功率开关管导通时，输入电压通过电感和滤波电容充电，同时输出电压也会上升；当功率开关管截止时，电感中的电流继续流动，通过电容提供给负载，输出电压继续维持，但会有一定的脉动。
通过控制功率开关管的导通和截止时间，可以调整输出电压的大小和稳定性。
cuk斩波电路是一种特殊的降压-升压电路，也被称为可逆式斩波电路。
它由两个功率开关管、两个电感、两个滤波电容和一个电容组成。
与升降压斩波电路不同的是，cuk斩波电路没有输出变压器，因此更加简洁和紧凑。
基本原理是通过交替控制两个功率开关管的导通和截止，将输入电压转换为输出电压。
在导通期间，输入电压经过电感和滤波电容充电，同时输出电压也会上升；在截止期间，电感中的电流继续流动，通过电容提供给负载，输出电压继续维持，但会有一定的脉动。
通过控制两个功率开关管的导通和截止时间，可以调整输出电压的大小和稳定性。
升降压斩波电路和cuk斩波电路的基本原理都是通过控制功率开关管的导通和
截止，将输入电压转换为所需要的输出电压。
它们的差异在于cuk斩波电路是一种特殊的降压-升压电路，没有输出变压器，更加紧凑和简洁。
这两种电路在实际应用中都具有较为广泛的用途，可以根据具体需求选择合适的电路。
直流升压降压原理
3.1 基本斩波电路重点：最基本的2种——降压斩波电路和升压斩波电路。
3.1.1 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3-1中E m所示➢➢工作原理，两个阶段✧✧t=0时V导通，E向负载供电，u o=E，i o按指数曲线上升✧✧t=t1时V关断，i o经V D续流，u o近似为零，i o呈指数曲线下降✧✧为使i o连续且脉动小，通常使L值较大E图3-1 降压斩波电路的原理图及波形a）电路图b）电流连续时的波形c）电流断续时的波形➢➢数量关系电流连续时，负载电压平均值E E Tt E t t t U onoff on on o α==+=（3-1）α导通占空比，简称占空比或导通比U o 最大为E ，减小α，U o 随之减小 降压斩波电路。
也称为Buc k 变换器（Buc k Converter ）。
负载电流平均值RE U I m o o -= （3-2）电流断续时，u o 平均值会被抬高，一般不希望出现➢ ➢斩波电路三种控制方式（1）脉冲宽度调制（PWM ）或脉冲调宽型——T 不变，调节t o n （2）频率调制或调频型——t o n 不变，改变T （3）混合型——t o n 和T 都可调，使占空比改变 其中PWM 控制方式应用最多➢ ➢基于“分段线性”的思想，可对降压斩波电路进行解析3.1.2 升压斩波电路1. 升压斩波电路的基本原理R图3-2 升压斩波电路及其工作波形a）电路图b）波形➢➢工作原理✧✧假设L值、C值很大✧✧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u o为恒值，记为U o。
设V通的时间为t o n，此阶段L上积蓄的能量为E I1t o n✧✧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t o f f，则此期间电感L释放能量为()off ot IEU1-✧ ✧ 稳态时，一个周期T 中L 积蓄能量与释放能量相等()off o on t I E U t EI 11-=（3-20）化简得：E t T E t t t U offoffoffon o =+=（3-21）1/≥off t T ，输出电压高于电源电压，故称升压斩波电路。
cuk斩波电路、sepic斩波电路和zeta斩波电路。
cuk斩波电路、sepic斩波电路和zeta斩波电路。
"CUk"、"SEPIC" 和 "Zeta" 都是常见的斩波电路类型，它们用于将直流电源转换为交流电源或调节直流电源的电压。
1. Cuk 斩波电路：Cuk 斩波电路是一种降压-升压斩波电路，它由一个电感、一个电容和两个开关组成。
它的优点是输入电流和输出电流连续，输入电压和输出电压可以独立调节，适用于需要升压或降压的应用。
2. SEPIC 斩波电路：SEPIC 斩波电路是一种升压-降压斩波电路，它由一个电感、两个电容和两个开关组成。
它的优点是输入电流和输出电流连续，输入电压和输出电压可以独立调节，适用于需要升压或降压的应用。
3. Zeta 斩波电路：Zeta 斩波电路是一种降压斩波电路，它由一个电感、一个电容和两个开关组成。
它的优点是输入电流和输出电流连续，输入电压和输出电压可以独立调节，适用于需要降压的应用。
这些斩波电路在电源管理、电动车充电器、太阳能充电器等领域有广泛的应用。
选择哪种斩波电路取决于具体的应用需求，如输入电压、输出电压、功率需求等。
电力电子技术课后习题答案(第2—5章)
第2章 整流电路2. 2图2-8为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路,问该变压器还有直流磁化问题吗?试说明:晶闸管承受的最大反向电压为22U 2;当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时一样。
答：具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，该变压器没有直流磁化问题。
因为单相全波可控整流电路变压器二次侧绕组中，在正负半周上下绕组中的电流方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不存在直流磁化的问题。
以下分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况。
①以晶闸管VT2为例。
当VT1导通时，晶闸管VT2通过VT1与2个变压器二次绕组并联，所以VT2承受的最大电压为22U 2。
②当单相全波整流电路与单相全控桥式整流电路的触发角α一样时，对于电阻负载：(O~α)期间无晶闸管导通，输出电压为0；(α~π)期间,单相全波电路中VT1导通，单相全控桥电路中VTl 、VT4导通，输出电压均与电源电压U 2相等；( π~απ+)期间均无晶闸管导通，输出电压为0；(απ+~2π)期间，单相全波电路中VT2导通，单相全控桥电路中VT2、VT3导通，输出电压等于－U 2。
对于电感负载： ( α~απ+)期间，单相全波电路中VTl 导通，单相全控桥电路中VTl 、VT4导通，输出电压均与电源电压U2相等； (απ+~2απ+)期间，单相全波电路中VT2导通，单相全控桥电路中VT2、VT3导通，输出波形等于-U2。
可见，两者的输出电压一样，加到同样的负载上时，那么输出电流也一样。
2.3.单相桥式全控整流电路，U 2=100V ，负载中R=20Ω，L 值极大，当α=︒30时，要求：①作出U d 、I d 、和I 2的波形；②求整流输出平均电压U d 、电流I d ，变压器二次电流有效值I 2；③考虑平安裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。
解：①Ud 、Id、和I2的波形如以下图：②输出平均电压Ud 、电流Id、变压器二次电流有效值I2分别为：Ud =0.9U2cosα=0.9×100×cos︒30＝77.97〔V〕Id＝Ud/R=77.97/2=38.99(A)I2=Id=38.99(A)③晶闸管承受的最大反向电压为：2U2=1002=141.4(V) -考虑平安裕量，晶闸管的额定电压为：UN=(2~3)×141.4=283~424(V)详细数值可按晶闸管产品系列参数选取。
第5章 直流斩波电路
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。
通常串接较大电感 L 使负载 电流连续且脉动小。
电力电子技术
3-5
数量关系
电流连续
ton ton Uo E E E ton tof f T
t on I1 I2 t off
由上式得：
toff 1 I2 I1 I1 ton
EI1 U o I 2
其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。
电力电子技术
3-37
2) Cuk斩波电路
V通时，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路有电流。 V断时，E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路有电流。 输出电压的极性与电源电压极性相反。 电路相当于开关S在A、B两点之间交替切换。
ton——V通的时间 toff——V断的时间 a--导通占空比
负载电压平均值：
（3-1）
负载电流平均值：
Io
U o EM R
（3-2）
电力电子技术
3-6
is1
g i + C m E
L
is
IGBT
m k
Diode E Pulse
+ v a
R uo
+ v -
Vo
i
V
uR
ivd
+
-
A
E=200V, L=10 mh, 负载电阻R=5Ω periode=0.0002s (频率5KHz)
EI1ton (Uo E)I1toff 化简得： U ton tof f E T E o tof f tof f
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
升压斩波电路电感电容的
计算
Revised by BETTY on December 25,2020
升压斩波电路电感电容的计算：
升压斩波主电路的基本原理
1.电路的基本工作原理，
当V1导通时，能量从输入电源流入，并储存于电感L1中，由于
V1导通期间正向饱和管压降很小，故这时二级管VD反偏，负载由滤波电容C供给能
量，将C中储存的电能释放给负载。当V截止时，电感L中电流不能突变，它所产生
的感应电势阻止电流减小，感应电势的极性为下正上负，二极管VD导通，电感
中储存的 能量经二极管VD，流入电容C，并给负载。在V导通的他ton期间，能量储
存在电感L中，在V截止的toff期间，电感L释放能量，补充在ton期间电容C上损
失的能量。V截止时电感L上电压跳变的幅值是是与占空比有关的，ton越大，L中峰
值电流大，储存的磁能越大。所以如果要在ton期间储存的能量要在toff期间释放出
来，那末，L上的电压脉冲必定是比较高的。假定开关管没有损耗，升压斩波电路在
输入电压Vi、输入电流Ii下，能在较低的输出电流Io下，输出较高的电压Vo。
2.电感电容的选择
输入Vi=26V直流稳压电 , 输出电压Vo=36V,电流Io=2A.，△V0=1V,开关频率f
在10KHz以上
（1）储能电感L的选择
电感电流包括直流平均植和纹波分量两部分，其电流平均值如下确定。假定忽略
电路的内部损耗，则Vi*Ii=Vo*Io,其中Ii是从电源Vi取出的平均电流,也是流入
电感的平均电流IL, Vo= Vi*T/toff,故有 Ii= Vo*Io/ Vi=Io*T/toff
我们选择ΔI=Vi*ton/L=，则电感L为 L= Vi*ton/
ton=T*( Vo- Vi)/ Vo=(Vo-Vi)/（f*Vo）
假定忽略内部的损耗，则
Vi*Ii=Vo*Io
故有 Ii= Vo*Io/ Vi
因此 L= Vi*ton/（）= Vi2*（Vo- Vi）/（ * Vo2*Io ）
已知输出电压Vo、输出电流Io、输入电压Vi和开关频率f，就可求出电感值。则：
L≤262（36-26）/*10000*362*2=*10（-4）H
2.输出滤波电容的选择
假如输出滤波电容C必须在V开启的ton期间供给全部负载电流，设在ton期间，
C上的电压降≤纹波电压ΔVo，由式得 C=Io*(ton/ΔVo)
由式，求得ton=T*(Vo-Vi)/Vo
故有 C= T*Io*(Vo-Vi)/（Vo*ΔVo ）= Io*(Vo-Vi)/（f*Vo*ΔVo ）
C≤2*(36-26)/（10000*1*36）=