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1、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Em所示 工作原理，两个阶段 t=0时V导通，E向负载供电，uo=E，io按指数曲线上升 t=t1时V关断，io经VD续流，uo近似为零，io呈指数曲线下降 为使io连续且脉动小，通常使L值较大图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 （3-1）a导通占空比，简称占空比或导通比Uo最大为E，减小a，Uo随之减小降压斩
2、波电路。也称为Buck变换器（Buck Converter）。负载电流平均值 （3-2）电流断续时，uo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ton（2）频率调制或调频型ton不变，改变T（3）混合型ton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uo为恒
3、值，记为Uo。设V通的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为EI1ton 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释放能量为村民建房委员会应建立村级农房建设质量安全监督制度和巡查制度，选聘有责任心和具有一定施工技术常识的村民作为义务巡查监督员，开展经常性的巡查和督查。 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。也称之为boost变换器升压比，调节其即可改变Uo。将升压比的倒数记作b，即。b和导通占空比a有如下关系： （3-22）因此，式（3-21）可表示为 （3-23） 升压斩
4、波电路能使输出电压高于电源电压的原因 L储能之后具有使电压泵升的作用 电容C可将输出电压保持住2. 升压斩波电路的典型应用 直流电动机传动 单相功率因数校正（Power Factor CorrectionPFC）电路 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a） 电路图 b） 电流连续时 c） 电流断续时 用于直流电动机传动时 通常用于直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源 实际L值不可能为无穷大，因此有电动机电枢电流连续和断续两种工作状态 电机反电动势相当于图3-2中的电源，此时直流电源相当于图3-2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
5、容器。 电路分析基于“分段线性”的思想进行解析V处于通态时，设电动机电枢电流为i1，得下式 （3-27）式中R为电机电枢回路电阻与线路电阻之和。设i1的初值为I10，解上式得 （3-28）当V处于断态时，设电动机电枢电流为i2，得下式： （3-29）设i2的初值为I20，解上式得： （3-30）当电流连续时，从图3-3b的电流波形可看出，t=ton时刻i1=I20，t=toff时刻i2=I10，由此可得： （3-33） （3-34）把上面两式用泰勒级数线性近似，得 （3-35）该式表示了L为无穷大时电枢电流的平均值Io，即 （3-36）对电流断续工作状态的进一步分析可得出：电流连续的条件为 （
6、3-38）根据此式可对电路的工作状态作出判断。3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路1. 升降压斩波电路图3-4 升降压斩波电路及其波形a）电路图 b）波形设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。 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
7、是： （3-40）所以输出电压为： （3-41）改变a，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。 当0a 1/2时为降压 当1/2a 1时为升压 因此称作升降压斩波电路。或称之为buck-boost 变换器。2. Cuk斩波电路图3-5所示为Cuk斩波电路的原理图及其等效电路。图3-5 Cuk斩波电路及其等效电路a） 电路图 b） 等效电路 V通时，EL1V回路和RL2CV回路分别流过电流 V断时，EL1CVD回路和RL2VD回路分别流过电流 输出电压的极性与电源电压极性相反 等效电路如图3-5b所示，相当于开关S在A、B两点之间交替切换稳态时电容C的电流在一周期内的平均值应为零，也就
8、是其对时间的积分为零，即 （3-45）在图3-5b的等效电路中，开关S合向B点时间即V处于通态的时间ton，则电容电流和时间的乘积为I2ton。开关S合向A点的时间为V处于断态的时间toff，则电容电流和时间的乘积为I1 toff。由此可得 （3-46）从而可得 （3-47）当电容C很大使电容电压uC的脉动足够小时，输出电压Uo与输入电压E的关系可用以下方法求出：当开关S合到B点时，B点电压uB=0，A点电压uA= -uC；当S合到A点时，uB= uC，uA=0因此，B点电压uB的平均值为（UC为电容电压uC的平均值），又因电感L1的电压平均值为零，所以。另一方面，A点的电压平均值为，且L2的
9、电压平均值为零，按图3-5b中输出电压Uo的极性，有。于是可得出输出电压Uo与电源电压E的关系： （3-48）这一输入输出关系与升降压斩波电路时的情况相同。 优点（与升降压斩波电路相比）： 输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波。3.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路图3-6分别给出了Sepic斩波电路和Zeta斩波电路的原理图。图3-6 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路a）Sepic斩波电路 b）Zeta斩波电路Sepic斩波电路的基本工作原理是：当V处于通态时，EL1V回路和C1VL2回路同时导电，L1和L2贮能。V处于断态时，EL1C1
10、VD负载（C2和R）回路及L2VD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贮存的能量在V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： （3-49）Zeta斩波电路也称双Sepic斩波电路，其基本工作原理是：在V处于通态期间，电源E经开关V向电感L1贮能。同时，E和C1共同向负载R供电，并向C2充电。待V关断后，L1经VD向C1冲电，其贮存的能量转移至C1。同时，C2向负载供电，L2的电流则经VD续流。Zeta斩波电路的输入输出关系为： （3-50）两种电路相比，具有相同的输入输出关系。Sepic电路中，电源电流和负载电流均连续，有利于输入、输出滤波，反之，Zeta电路的输入、输出电流均是断续的。另外，与前一小节所述的两种电路相比，这里的两种电路输出电压为正极性的，且输入输出关系相同。
