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1、第第5章章 直流直流-直流变流电路直流变流电路5.1 基本斩波电路基本斩波电路5.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路复合斩波电路和多相多重斩波电路 本章小结本章小结1第第5章章 直流直流-直流变流直流变流电路电路引言引言直流-直流变流电路（DC-DC Converter）将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。也称为直流-直流变换器（DC/DC Converter）。（1）直接直流变流电路（斩波电路）：一般指直接将直流电变为另一直流电，输入与输出之间不隔离。（2）间接直流变流电路：在直流变流电路中增加交流环节，采用变压器实现输入和输出的隔离，也称带隔离的直流-直流电路或直-交-直电路。 电
2、路种类6种基本斩波电路：降降压压斩斩波波电电路路、升升压压斩斩波波电电路路、 升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。复合斩波电路不同结构基本斩波电路组合。多相多重斩波电路相同结构基本斩波电路组合。25.1 基本斩波电路基本斩波电路5.1.1 降压斩波电路降压斩波电路5.1.2 升压斩波电路升压斩波电路35.1.1 降压斩波电路降压斩波电路 电路结构 全控型器件 若为晶闸管，须有辅助关断电路。续流二极管负载出现的反电动势典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载。 降压斩波电路降压斩波电路（Buck Chopper)45.1.1 降压斩波电路降压斩波电路工作原
3、理工作原理itttOOOb)电流连续时的波形TEGtontoffioi1i2I10I20t1uoEV+-MRLVDioEMuoiGa) 电路图图5-1 降压斩波电路得原理图及波形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。动画演示。5数量关系数量关系电流连续负载电压平均值：（5-1）（5-2）tonV通的时间通的时间 toffV断的时间断的时间 a-占空比占空比负载电流平均值：a1,故故UoE为降压斩波电路。为降压斩波电路。it
4、ttOOOTEGtontoffioi1i2I10I20t1uo6EV+-MRLVDioEMuoiGc) 电流断续时的波形OOOtttTEEiGiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMa) 电路图 若负载中L值较小，在 V关断后，到了t2时刻， 负载电流已衰减至零， 出现负载电流断续的 情况。电流断续，Uo被抬高， 一般不希望出现。 7斩波电路三种控制方式T不变，变ton 脉冲宽度调制（PWM）。ton不变，变T 频率调制。ton和T都可调，改变占空比混合型。此种方式应用最多对降压斩波电路进行解析:分V处于通态和处于断态;初始条件分电流连续和断续;V通态期间，设负载电流为i1，可
5、列出如下方程： 设此阶段电流初值为I10， =L/R，解上式得EV+-MRLVDi1EMuoiG8V断态期间，设负载电流为i2，可列出如下方程：设此阶段电流初值为I20，解上式得：当电流连续时，有：即V进入通态时的电流初值就是V在断态阶段结束时的电流值，反过来，V进入断态时的电流初值就是V在通态阶段结束时的电流值。itttOOOb)电流连续时的波形TEGtontoffioi1i2I10I20t1uo2t9式中:I10和I20分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值。把上面两式用泰勒级数近似，可得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
6、平均值。由式（5-4）、（5-6） （5-8）可以得出10同样可以从能量传递关系出发进行推导： 由于L为无穷大，故负载电流维持为Io不变 电源只在V处于通态时提供能量，为 在整个周期T中，负载消耗的能量为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。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。115.1.1 降压斩波电路降压斩波电路 负载电流断续的情况：负载电流断续的情况： I10=0，且t=tx时，i2=0式（5-6）式（5-4）（5-16）txtoff电流断续的条件：电流断续的条件：（5-17）（5-19）负载电流平均值为：输出电压平均值为：（5-18）12例例5-
7、1：在图：在图5-1所示的降压斩波电路中，已知所示的降压斩波电路中，已知E=200V，R=10，L值极大，极大，Em=30V，T=50s，ton=20 s，计算算输出出电压平均平均值Uo，输出出电流平均流平均值Io解：由于解：由于L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为电流平均值为电流平均值为13例例5-2：在图：在图5-1所示的降压斩波电路中，已知所示的降压斩波电路中，已知E=100V，采，采用脉宽调制控制方式，用脉宽调制控制方式，R=0.5，L=1mH，Em=10V，T=20s，当，当ton=5 s时，计算算输出出电压平均平均值Uo，输出出
8、电流流平均平均值Io，判断，判断负载电流是否流是否连续？解：输出电压平均值为输出电压平均值为输出电流平均值为输出电流平均值为145.1.2 升压斩波电路升压斩波电路 升压斩波电路（升压斩波电路（Boost Chopper）保持输保持输出电压出电压不变不变储存电能储存电能 电路结构1. 升压斩波电路的基本原理15工作原理假设L和C值很大。V处于通态时，电源E向电感L充电，电流恒定I1，电容C向负载R供电，输出电压Uo恒定。动态演示。a) 电路图0UGE0ioI1图5-2 升压斩波电路及工组波形b) 波形16V处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。17电压升高的原因： 电感
9、L储能使电压泵升的作用 电容C可将输出电压保持住当电路工作于稳态时，一个周期T中，电感L积蓄的能量与释放的能量相等，即所以输出电压高于电源电压，称为升压斩波电路表示升压比，调节其大小，即可改变输出电压Uo大小18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 ： 。 （5-24） 与降压斩波电路一样，升压斩波电路可看作直流变压器。输出电流的平均值Io为：(5-25)电源电流的平均值I1为：(5-26)19例例5-3：在图：在图5-2所示的升压斩波电路中，已知所示的升压斩波电路中，已知E=50V，R=20，L值和和C值极大，采用脉极大，采用脉宽调制控制方式，制控制方式，T=40s，t
10、on=25 s，计算算输出出电压平均平均值Uo，输出出电流流平均平均值Io解：解：输出电压平均值为输出电压平均值为电流平均值为电流平均值为202) 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）电路三是用于其他交直流电源中a)图5-3 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。动画演示。ttTEiOOb)i1i2I10I20I10tontofftOTOEtc)uoioi1i2t1t2
11、txtontoffI20uo21数量关系当V处于通态时，设电动机电枢电流为i1，得下式：(5-27)当V处于断态时，设电动机电枢电流为i2，得下式：（5-29）当电流连续时，考虑到初始条件，近似L无穷大时电枢电流的平均值Io，即（5-36）该式表明，以电动机一侧为基准看，可将直流电源电压看作是被降低到了 。22如图5-3c，当电枢电流断续时：当t=0时刻i1=I10=0，令式（5-31）中I10=0即可求出I20，进而可写出 i2的表达式。另外，当t=t2时，i2=0，可求得i2持续的时间tx，即图5-3 用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形-电流断续的条件txt0fftOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI2023 本本 章章 小小 结结本章的重重点点是，理解降降压压斩斩波波电电路路和升升压压斩斩波波电电路路的拓扑结构和定性工作原理的分析，掌握这两种电路的输入输出关系、电路解析方法、工作特点；电流连续模式下的uo、iL波形分析，直流输出电压和电流的计算；L大小，负载轻重，PWM占空比及其开关频率对电感电流连续性的分析。24
