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1、电力电子技术电子教案,第3章 直流斩波电路,2020/9/25,2,目 录,3.1基本斩波电路 3.1.1 降压斩波电路 3.1.2 升压斩波电路 3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路 3.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路 3.2复合斩波电路和多相多重斩波电路 3.2.1 电流可逆斩波电路 3.2.2 桥式可逆斩波电路 3.2.3 多相多重斩波电路 本章小结,返回,2020/9/25,3,3.1 基本斩波电路,重点介绍最基本的两种基本电路-降压斩波电路和升压斩波电路,2020/9/25,4,斩波电路的典型用途：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
2、，如图中EM所示,3.1.1 降压斩波电路(Buck Chopper),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,2020/9/25,5,3.1.1 降压斩波电路,数量关系 电流连续时，负载电压平均值： （ 3-1） tonV通的时间 toffV断的时间 a 导通占空比 (duty factor),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,负载电流平均值： （3-2） 电流断续时，Uo被抬高（一般不希望出现）,2020/9/25,6,3.1.1 降压斩波电路,例：降压斩波电路（见图3-1），
3、 已知：E=200V,R=10,L值极大，EM=30V， T=50s,ton=20 s, 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，则,输出电压平均值,输出电流平均值,2020/9/25,7,3.1.1 降压斩波电路,根据电力电子电路分时段线性化的思想，通过列解析式对降压斩波电路进行分析，得到结论： 当平波电抗器L为无穷大，则电流连续 1）负载电流完全平直； 2）V导通时，电源提供能量为： EI0ton 负载消耗的能量为：RI02T+EMI0T 在一个周期中，忽略电路中的损耗，则电源的输出功率等于输入功率：EI0ton=RI02T+EMI0T 电源电流的平
4、均值为：I1 =（ ton/T）I0 = I0 即：EI1= EI0 = U0I0,2020/9/25,8,3.1.1 降压斩波电路,斩波电路三种控制方式（根据对输出电压平均值进行调制的方式不同而划分） T 不变，变ton 脉冲宽度调制（PWM） ton不变，变T 频率调制（调频型） ton 和T 都可调混合型,上面三种控制方式中 第一种PWM方式应用最多,2020/9/25,9,PWM,保持开关周期T不变，调节开关导通时间 ,称为脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，缩写为PWM。,返回,2020/9/25,10,3.1.2 升压斩波电路（Boost Chopper),
5、1.升压斩波电路的基本原理 工作原理 假设L 值很大，C 值也很大 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,图3-2 升压斩波电路及其工作波形 a）电路图 b）波形,2020/9/25,11,3.1.2 升压斩波电路（Boost Chopper),1.升压斩波电路的基本原理 工作原理 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: 稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等,即：,图3-2 升压斩波电路及其工作波形 a）电路图 b）波
6、形,（3-20）,2020/9/25,12,化简得： （3-21） 上式中的（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。 升压比，调节其大小即可改变Uo大小，调节方法与导通比的方法类似。将升压比的倒数记作,即： 。 则和有如下关系： （3-22） 因此，式（3-21）可表示为 （3-23）,3.1.2 升压斩波电路,2020/9/25,13,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。 以上分析中，认为V通态期间因电容C 的作用使得输出电压Uo不变，但实际C 值不可能无穷大，在此阶段其向负载放电，Uo
7、必然会有所下降，故实际输出电压会略低于式 的结果。,3.1.2 升压斩波电路,2020/9/25,14,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 （3-24） 该式表明，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。 根据电路结构并结合式（3-23）得出输出电流的平均值Io为 （3-25) 由式（3-24）即可得出电源电流I1为： （3-26）,3.1.2 升压斩波电路,2020/9/25,15,2. 升压斩波电路的典型应用 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 三是用于其他交直流电源中,图3-3 用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形
8、 a） 电路图 b） 电流连续时 c） 电流断续时,3.1.2 升压斩波电路,2020/9/25,16,3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路,1. 升降压斩波电路 设L值很大，C值也很大。使电感电流iL和电容电压即负载电压uo基本为恒值。 基本工作原理 V通时，电源E经V向L供电使其贮能，此时电流为i1。同时，C维持输出电压恒定并向负载R供电。,图3-4 升降压斩波电路及其波形a）电路图 b）波形,2020/9/25,17,1、升降压斩波电路,V断时，L的能量向负载释放，电流为i2。负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路 稳态时，一个周期T内电感L两端电压
9、uL对时间的积分为零，即： （3-39） 当V处于通态期间，uL = E；而当V处于断态期间， uL = - uo。于是： （3-40） 所以输出电压为： （3-41）,3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路,2020/9/25,18,1、升降压斩波电路,3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路,改变导通比，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当01/2时为降压，当1/21时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路。也有文献直接按英文称之为buck-boost 变换器（Buck-Boost Converter） 图3-4b中给出了电源电流i1和负载电流i2的波形，设两者的平均值
10、分别为I1和I2，当电流脉动足够小时，有 （3-42）,图3-4 升降压斩波电路及其波形 a）电路图 b）波形,2020/9/25,19,1、升降压斩波电路,3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路,由上式可得： （3-43） 如果V、VD为没有损耗的理想开关时，则 （3-44） 其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。,2020/9/25,20,3.2.2 桥式可逆斩波电路,使V4保持通时，等效为图3-7a所示的电流可逆斩波电路，向电动机提供正电压，可使电动机工作于第1、2象限，即正转电动和正转再生制动状态 使V2保持通时，V3、VD3和V4、VD4等效为又一组电流可逆斩波电路，向电动机提供负电压，可使电动机工作于第3、4象限,图3-8 桥式可逆斩波电路,2020/9/25,21,作业：,P111 题1、2、4、5,
