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第5章 直流斩波电路

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第5章 直流-直流变换电路

第5章 直流-直流变换电路
Cuk斩波电路与升降压式斩波电路的输出表达式完全相同。 斩波电路与升降压式斩波电路的输出表达式完全相同。 斩波电路与升降压式斩波电路的输出表达式完全相同
5.2.5 全桥式直流斩波电路
u UN
5.3、变压器隔离的直流-直流变换器 、变压器隔离的直流 直流变换器
输入输出间实现电隔离：在基本 变换电路中加入变压器。 输入输出间实现电隔离：在基本DC-DC变换电路中加入变压器。 变换电路中加入变压器 常见的有单端正激变换器，反激变换器，半桥及全桥式降压变换器等。 常见的有单端正激变换器，反激变换器，半桥及全桥式降压变换器等。
5.1.2 直流斩波器的分类
按变换电路的功能分类有
1）降压式直流-直流变换 降压式直流2）升压式直流-直流变换 升压式直流3）升压-降压复合型直流-直流变换 升压-降压复合型直流4）库克直流-直流变换 库克直流5）全桥式直流-直流变换 全桥式直流-
5.2、直流斩波器 、
5.2.1 降压式直流斩波电路
I 2 t on = I 1 t off
∫ i dt = 0
0 C
T
电源输出的电能EI 等于负载上得到的电能U 电源输出的电能 1等于负载上得到的电能 0I2，即 由此可以得出输出电压U 与输人电压E的关系为 的关系为： 由此可以得出输出电压 0与输人电压 的关系为：
EI1 = U 0 I 2
t on t on I1 D U0 = E = E= E= E I2 t off 1− D T − t on
∫
ton
u L dt = 0
即：（E-U0）ton=U0（T-ton） ：（
U
0
t on = E = D E T
5.2.2 升压式直流斩波电路
uL

第5章 直流斩波电路

第5章 直流斩波电路
U0 D 1 D E
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。

直流斩波电路分析

直流斩波电路分析
直流斩波电路是一种将直流电变换为另一固定电压或可调电压的直流电的电路，也称为DC/DC变换器。其包括多种基本斩波电路，如降压斩波电路、升压斩波电路等。在这些基本电路的基础上，还可以组合成复合斩波电路和多相多重斩波电路，以满足更复杂的应用需求。电流可逆斩波电路是复合斩波电路的一种重要类型，它具有电流双向流动的特点，因此在实际应用中具有广泛的用途。虽然文档主要介绍了降压础。在电流可逆斩波电路中，通过控制开关管的导通和关断，可以实现电流的正向和反向流动，从而满足不同的负载需求。这种电路在电力电子领域中具有重要的应用价值，尤其是在需要频繁改变电流方向的场合。

电力电子课件—第五章—斩波技术

电力电子课件—第五章—斩波技术

直流斩波电路
斩波器的原理
E
Q
+
uO
–
iO
负载RL为理想电阻，Q为开关；
分析：
RL Q接通，则uO=E，RL中流过电流iO；
Q断开，则uO=0，iO=0 。
to uO
n
toff
E
UO
波形：
ton --导通时间 toff --关断时间
直流斩波电路采用斩控方式，比相控
方式性能更佳，因而应用广泛。
5.1.1 降压斩波电路(Buck Chopper)
V D 1 u o
M E M ioiV 1 iD 1
O iD 2 iV 2
t
a )
b )
电流可逆斩波电路及其波形
a） 电路图
b） 波形
V2和VD2构成升压斩波电路，把直流电动机的动能转 变为电能反馈到电源，使电动机作再生制动运行，工作 于第2象限
V1和VD1构成降压斩波电路，由电源向直流电动机供 电，电动机为电动运行，工作于第1象限
设v通的时间为ton此阶段l上积蓄的能量为升压斩波电路及其工作波形a电路图b波形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51210v2和vd2构成升压斩波电路把直流电动机的动能转变为电能反馈到电源使电动机作再生制动运行工作于第2象限v1和vd1构成降压斩波电路由电源向直流电动机供电电动机为电动运行工作于第1象限电流可逆斩波电路及其波形a电路图b波形521电流可逆斩波电路11522使v4保持通时等效为下图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12象限即正转电动和正转再生制动状态使v2保持通时v3vd3和v4vd4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34象限桥式可逆斩波电路12

直流斩波电路的工作原理是什么

直流斩波电路的工作原理是什么

直流斩波电路的工作原理是什么
直流斩波电路是一种用于将直流电转换为脉冲电流或脉冲电压的电路。

其工作原理如下：
1.自激振荡：
直流斩波电路中，使用一个开关器件（如晶体管或MOSFET）和一个电感器构成振荡回路。

当开关器件关闭时，电感器上的电流开始积累。

当开关器件打开时，电感器上的电流被迫流过负载电阻，产生脉冲电流或脉冲电压。

2.周期性切换：
通过周期性地打开和关闭开关器件，直流斩波电路可以实现周期性地转换直流电源电流。

开关器件的开闭操作由一个控制电路控制，该控制电路根据电流或电压的变化来调整器件的状态。

3.削波：
直流斩波电路通过改变开关器件的开闭状态，将直流电源的平均电压降低到所需的脉冲电压水平。

在开关器件关闭时，电感器上的电流将通过负载电阻流过，形成脉冲，因此平均电压较低。

在开关器件打开时，电感器上的电流不再流过负载电阻，电压升高。

通过调整开关器件的开闭频率和占空比，可以实现所需的电压输出。

总的来说，直流斩波电路利用开关器件和电感器的相互作用，将直流电源电流转换为周期性的脉冲电流或脉冲电压。

这种电路的主要应用是在电源变换、驱动和开关控制器等领域。

第五章 交流调压电路与斩波电路

第五章 交流调压电路与斩波电路

。
交流调压与斩波电路 压力检测方法及仪表
19
（2） 电感性负载的功率因数角为
arctan wL
R arctan 2.3 2.3 4
最小控制角为
min

4
故控制角的范围为 π/4≤α≤π。
最大电流发生在 αmin=φ=π/4处，负载电流为正弦波，其 有效值为
Io Uo R (wL)
交流调压与斩波电路 压力检测方法及仪表
1
•
基本方式：
交流电力 控制电路 只改变电压,电流 或控制电路的通 断,而不改变频率 的电路。
交流调压电路 相位控制
在每半个周波内通过对晶闸管开通相位 的控制，调节输出电压有效值的电路。
交流调功电路 通断控制
以交流电的周期为单位控制晶闸管的 通断，改变通态周期数和断态周期数的 比，调节输出功率平均值的电路。
2 1 2 2
阻抗角
9
交流调压与斩波电路 压力检测方法及仪表
因为ω t＝α ＋θ 时，io＝0。将此条件代入式
2U io [sin(wt ) sin( )e tan ] Z
可求得导通角θ 与控制角α 、负载阻抗角φ 之间的定量关系表达式为

tan
wt
sin( ) sin( )e
交流调压与斩波电路 压力检测方法及仪表
12
VT1
3) 当α ＜φ 时，导通角θ ＞π 。 电源接通后，在电源的正半周，若先触发VT1，
若采用窄脉冲触发:若触发脉冲的宽度小于a+θ -(a+π )=θ -π 时，
当VT1的电流下降为零关断时，VT2的门极脉冲已经消失，VT2无法导通。 到了下个周期，VT1又被触发导通重复上一周期的工作，

直流斩波电路工作原理

直流斩波电路工作原理

直流斩波电路工作原理
直流斩波电路是一种电子电路，用于将直流电源输出变为脉冲或交流信号。

其工作原理基于开关管的导通和断开，使得直流电源的电压在输出端产生高频脉冲。

直流斩波电路由两个主要部分组成：开关管和滤波电容。

开关管的导通和断开控制通过外部电路或脉冲生成器进行调控。

当开关管导通时，直流电源的电压就会传递到输出端，此时输出就是高电平。

相反，当开关管断开时，输出端的电压就会降为低电平。

滤波电容与开关管并联连接，作为电荷储存和释放的元件。

当开关管导通时，滤波电容开始充电，存储电荷。

当开关管断开时，滤波电容开始放电，释放电荷。

由于滤波电容具有一定的电荷和放电时间常数，输出信号会变为脉冲或周期性交流信号。

通过调控开关管的导通和断开时间，可以改变输出信号的频率和占空比。

频率可以通过改变开关管操作频率来调节，而占空比可以通过调控导通和断开时间比例来实现。

直流斩波电路的主要应用是在交流电源中产生脉冲信号，例如交流变频器、电力电子传动等领域。

它也可以用于产生交流电信号进行实验室测试和研究。

电力电子技术-5.1直流斩波

电力电子技术-5.1直流斩波

z EM E e ( 1 T1/ E M T TR ) (1 ) T / I 20 e e ) , (1z z R R e 1 R L
上式代入
[t 1,T]
I I 20 I10
E R

1 e
di 1 E EM t / t / L (1 / 0 t t1 i1 EIM10 eRi 1) T E E ME , T(1 Me E M) (1 ) T / E E E M I 10 e e e e dt I R d R R R R 0 T 0 . 5 T I I max R T di 2 ) i 1 ( 0 ) t / I 10 , M ( Ed ( 1 ) T / E L / RE ( t t 1 ) / t 1 E L Ri 2 Ee(1 e0M, (te1 ),) 20 i1 ( t 1 ) M t I T e e e 1 + Ii10 (1 I 20 ) 2 R R dt RR EM T RT T T
输出电压平均值为： ton E (T ton t x ) EM Uo T 负载电流平均值为：
1 (1 m)e t x ln m
电流断续时的波形
t2
t

tx<toff
e 1 m e 1
ton t x 1 m E T
1
t1
5.1.1 降压斩波的工作原理 输出电压平均值 Ua u 0 dt
T
0
t1 T
E ft 1 E E

第5章 交流调压电路和斩波电路

第5章 交流调压电路和斩波电路

5.2 斩波电路
引言 5.2.1 降压斩波电路 5.2.2 升压斩波电路 5.2.3 复合斩波电路
引言
直流斩波电路（DC Chopper）
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）； 一般指直接将直流电变为另一直流电，不包括直流—交 流—直流； 广泛应用于直流牵引的变速拖动（使用直流电源时）。
IVTN 0.3 0.2 0.1 0
j =0
50
80
图5-4 单相交流调压电路a为参变量时I VTN和a关系曲线
a / (° )
120
160 180
5.1.1 单相交流调压电路
当阻感负载, a < j 时 电路工作情况
如果触发脉冲为窄脉冲， 则当 Ug2 出现时， VT1 的电流还未到零， VT2 管 受反压不能触发导通； 待 VT1 中电流变到零关断， VT2 承受正压时，脉冲已 消失， 无法导通； 这样使负载只有正半波， 电流出现很大的直流分量， 电路不能正常工作。
u
O
V T
wt
O
wt
图5-1 电阻负载单相交流调压电路及其波形
5.1.1 单相交流调压电路
2 阻感负载
负载阻抗角 j = arctan(wL/R ) 若晶闸管短接，稳态时 负载电流为正弦波，相位 滞后于u1的角度为j ，当 用晶闸管控制时，只能进 行滞后控制，使负载电流 更为滞后。 a =0时刻仍定为u1过 零的时刻，a 的移相范围 应为j ≤ a ≤ π。
图5-2 阻感负载单相交流调压电路
wt

u1 O
iG1 iG2
O a
wt wt wt
O io

直流斩波电路的工作原理

直流斩波电路的工作原理

直流斩波电路的工作原理直流斩波电路是一种将直流电源转换为可调控的脉冲电流的电路。

其主要原理是通过开关管（例如晶闸管和二极管）的控制，改变电路中的通断状态，从而使直流电源的电压在时间上发生间断性变化，实现电流的控制和调节。

直流斩波电路通常由三个核心部分组成：开关装置、滤波装置和控制装置。

开关装置是直流斩波电路的关键部分，它负责将直流电源中的电流通过开关管进行周期性地开关，以实现电路中电压的间断变化。

开关装置通常由晶闸管和二极管构成。

滤波装置用于滤除开关操作产生的脉冲电压，将电路中的电压变为平滑的直流信号，以保证输出的电流稳定。

滤波器通常由电容和电感构成。

控制装置是直流斩波电路的控制中心，它通过对开关装置的控制，调节开关管的通断状态和开关闭合的周期，从而控制电路中的电流输出。

控制装置通常由控制电路和触发电路组成。

直流斩波电路的工作过程如下：1. 当控制装置使得开关管导通时，直流电源的正极与负极通过开关管形成一个低电阻通路，直流电源的电流可以顺利通过直流斩波电路，输出的电流电压保持稳定。

同时，此时电阻网络的电压为零，输出电压接近直流电源的电压。

2. 当控制装置使得开关管截止时，开关管阻断了直流电源的电流通路，此时输出电流电压开始变化。

由于电感的自感作用，原先通过开关管的电流无法瞬间消失，而是沿着电感的方向形成一个反向电流。

造成了电感两端的电压对地电压增加，同时电容接收到的电压减小。

因此，此时输出的电流电压下降。

3. 当电感的反向电流逐渐减小到零时，电容开始通过二极管向直流电源放电，此时输出的电流电压开始增加。

4. 当电容通过二极管完全放电后，电感两端的电压对地电压下降到零，输出的电流电压再次恢复到直流电源的电压值。

通过不断地周期性开闭开关管，直流斩波电路实现了电源电压的间断变化，从而控制了输出的电流电压，实现了对直流电源的调节。

通过控制开关管的通断状态和开关闭合的时间，可以调节输出电压的大小以及电流的形状，从而满足各种不同的电路需求。

5 直流斩波电路--问题与要点

5 直流斩波电路--问题与要点
*直流斩波电路电压、电流计算要点？(每个周期： 输入、输出能量相等，电感平均电压为零)
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

电力电子技术第5章 直流-直流变换电路

电力电子技术第5章 直流-直流变换电路

5.2 单管非隔离直流斩波器
5.2.1、降压式直流斩波电路
1、电路结构
电路中的VT采用IGBT；VD起续流作用，在VT关断时为 电感L储能提供续流通路；L为能量传递电感，C为滤波电 容，R为负载；Us为输入直流电压，U0为输出直流电压。
is
VT
- + UL
iL
L
iD
Us
VD
i0 + u0
CR
toff≥1，故负载上的输出电压U0高于电路输入电压Us，
该变换电路称为升压式斩波电路。
5.2.3 升降压式直流斩波电路
1、电路的结构
该电路的结构是储能电感L与负载R并联，续流二 极管VD反向串接在储能电感与负载之间。
iT VT
iD
iL +
uL
Us
L
-
VD
-
-
uC
u0
C
R
+ +
图5-9 升-降(压a)式斩波电路及工作波形
2、工作原理
2）在VT关断时，储能电感L两端电势极性变成左 负右正，VD转为正偏，电感L与电源Us叠加共同向 电容C充电，向负载R供能。如果VT的关断时间为
toff，则此时间内电感电压为 (U o U S ) 。
图5-8 Boost变换器电流连续工作模式波形图
3、基本数量关系
根据电感电压的伏秒平衡特性
图5-5 电流连续工作模式波形图
3、基本数量关系
根据电感电压的伏秒平衡特性 T
ton
T

uLdt uLdt uLdt 0
0
0
ton
设输出电压平均值为U0，则在稳态时，上式可以表达为：

直流斩波电路综述

直流斩波电路综述
直流斩波电路是直流-直流变流电路的一种，其功能是将直流电变换为另一固定电压或可调电压的直流电。其中，降压斩波电路是常用的一种类型，它使用一个全控型器件和续流二极管，通过控制器件的通断来实现电压的变换。在工作原理上，当器件导通时，电源向负载供电；当器件关断时，二极管续流，负载电压近似为零。通过调节器件的通断时间，即改变占空比，可以控制输出电压的大小。降压斩波电路有三种控制方式：脉冲宽度调制、频率调制和混合型调制。此外，文档还详细分析了降压斩波电路在电流连续和断续ห้องสมุดไป่ตู้况下的数量关系，包括负载电压和电流的平均值等。这些分析为驱动电路设计中直流斩波技术的应用提供了重要的理论依据和实践指导。

直流斩波电路

直流斩波电路

直流斩波电路简介直流斩波电路（DC Chopper）是一种用来控制直流电动机的电路。

它可以为直流电机提供高效的调速和转向控制，因此在工业应用中非常广泛。

直流斩波电路主要由斩波器、控制电路和直流电源组成。

斩波器是控制电动机转速和方向的核心部分，它通过调节输出电压和电流的波形来实现电机的控制。

控制电路则通常采用微处理器或单片机，用来控制斩波器的工作状态和输出信号的频率、幅值和相位。

直流电源则是为整个系统提供电能，以保证电机能够正常运行。

斩波器斩波器是直流斩波电路中最重要的部分，它通常包括一个开关器件和一个电感元件。

开关器件可以是晶闸管、MOSFET管、IGBT管等。

而电感元件则是用来限制输出电流和平滑输出电压波形的。

在斩波器中，当开关器件导通时，电感元件会吸收输入电源中的能量，同时输出电压也会上升。

而当开关器件关断时，电感元件会反向放电，同时输出电压也会下降。

通过改变开关器件的工作状态，我们就可以改变电源的输出电压和电流波形，从而实现对电动机的控制。

控制电路在直流斩波电路中，控制电路主要负责控制斩波器的开关状态。

控制电路通常由微处理器或单片机实现，可以使用PID等算法来控制输出电压和电流的稳定性和响应性。

控制电路同样可以控制输出信号的频率、幅值和相位。

这些信号不仅可以控制电动机的运行状态，还可以用来监测电机的转速和位置，以实现更加精确的控制。

直流电源直流电源是为整个电路提供电能的部分，它的稳定性和可靠性对整个电路的运行非常重要。

在直流斩波电路中，直流电源通常采用整流电路和充电电路的结合，以实现对电池的充电和电机运行的供电。

直流电源的质量也直接影响了斩波器和控制电路的稳定性，因此需要特别注意。

应用直流斩波电路可以应用于各种不同类型的电机控制，包括直流电动机、无刷直流电机和步进电机等。

它的高效能和高精度控制使得它在精密控制和节能降耗等方面具有广泛的应用前景。

除此之外，直流斩波电路还可以应用在光伏逆变器、风力发电机、电子变压器等领域中，以实现对电能的转换和传输。

实验五直流斩波电路实验报告

实验五直流斩波电路实验报告

实验五：直流斩波电路实验报告摘要：本实验通过搭建直流斩波电路，探究斩波电路的工作原理和特性。

实验过程中分别采用了负载电阻和电感作为负载，测量了负载电压和负载电流的波形，并对实验结果进行了分析和总结。

一、实验目的：1. 熟悉直流斩波电路的基本原理和组成；2. 探究负载对直流斩波电路性能的影响；3. 学习使用示波器测量电路中的电压和电流波形。

二、实验仪器与材料：1. 电压信号发生器2. 直流电源3. 电阻4. 电感5. 整流二极管6. 电容7. 示波器8. 万用表9. 连接线三、实验原理：直流斩波电路是一种可以将直流电信号转换为脉冲电信号的电路。

其基本原理是利用一个开关元件（如开关管）对直流信号进行开关控制，通过对开关的开关和关断，可以产生近似方波的脉冲信号。

斩波电路一般由直流电源、开关元件、负载电阻、滤波电路等组成。

四、实验内容：1. 搭建直流斩波电路；2. 分别设置负载电阻和电感作为负载；3. 设置电压信号发生器输出直流信号；4. 调节直流电源的输出电压，观察负载电压和负载电流的波形；5. 利用示波器测量并记录负载电压和负载电流的波形；6. 分析实验结果，总结实验现象和规律。

五、实验步骤：1. 将直流电源和电容连接成充电电路，电容两端接地；2. 将电容两端接入斩波电路，与负载电阻或电感串联；3. 将电容两端连接到示波器，观察负载电压的波形；4. 将负载电阻或电感两端接入示波器，观察负载电流的波形；5. 调节电压信号发生器输出直流信号，设置合适的频率和幅度。

六、实验结果与分析：在负载电阻为负载时，通过示波器观察到负载电压为一周期的方波信号，频率与信号发生器设置的频率相同，幅度由直流电源的输出电压决定。

过渡过程中存在电阻的上升和下降，但变化很快并趋于平稳。

在电感为负载时，观察到负载电压和电流呈现一周期的正弦波信号。

电感的存在使得电流与电压之间存在相位差，并且电感会给斩波电路引入一个时间常数，导致波形的变化较为平缓。

直流斩波电路的性能研究_5

直流斩波电路的性能研究_5

目录一、buck斩波电路工作原理 (1)二、硬件调试 (3)2.1、电源电路 (3)2.1.1 工作原理： (3)2.2 buck斩波电路 (5)2.3、控制电路 (6)2.4、驱动电路 (7)2.5 过压保护电路 (9)2.5.1 主电路器件保护 (9)2.5.2 负载过压保护 (9)2.5.3 过流保护电路 (10)2.6 元器件列表 (12)三、总结 (12)四、参考文献 (13)一、buck斩波电路工作原理直流斩波电路（DC Chopper）的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也称为直接直流-直流变换器（DC/DC Converter）。

直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况，不包括直流-交流-直流的情况。

习惯上，DC-DC变换器包括以上两种情况。

直流斩波电路的种类较多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路和Zeta斩波电路，其中前两种是最基本的电路。

一方面，这两种电路应用最为广泛，另一方面，理解了这两种电路可为理解其他的电路打下基础。

利用不同的基本斩波电路进行组合，可构成复合斩波电路，如电流可逆斩波电路、桥式可逆斩波电路等。

利用相同结构的基本斩波电路进行组合，可构成多相多重斩波电路。

直流斩波电路广泛应用于直流传动和开关电源领域，是电力电子领域的热点。

全控型器件选择绝缘栅双极晶体管（IGBT）综合了GTR和电力MOSFET 的优点，具有良好的特性。

目前已取代了原来GTR和一部分电力MOSFET的市场，应用领域迅速扩展，成为中小功率电力电子设备的主导器件。

所以，此课程设计选题为：设计使用全控型器件为电力MOSFET的降压斩波电路。

主要讨论电源电路、降压斩波主电路、控制电路、驱动电路和保护电路的原理与设计。

1.1主电路工作原理图1.1 BUCK斩波电路电路图直流降压斩波主电路使用一个Power MOSFET IRF640N控制导通。

第5章---直流斩波电路

第5章---直流斩波电路

降压斩波电路 （Buck Chopper)
电路构造
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 旳反 电动 势
经典用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载。
5.1.1
工作原理
降压斩波电路
V
L io R
E
iG
VD uo
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。
高； 6. 直流电源采用不可控三相整流时，电网功率因数高。
5.2.3 多相多重斩波电路
➢ 基本概念 多相多重斩波电路
在电源和负载之间接入多种 构造相同旳基本斩波电路而
构成
相数 重数
一种控制周期 中电源侧旳电
流脉波数
负载电流脉波数
5.2.3 多相多重斩波电路
3相3重降压斩波电路
电路构造：相当于由3个 降压斩波电路单元并联 而成。
t2
E
+
M EM
-
t
t
t t t
O
EM
t
c) 电流断续时旳波形
图5-1 降压斩波电路得原理图及波形
5.1.1 降压斩波电路
数量关系
电流连续
负载电压平均值：
Uo
ton ton toff
E ton T
E E
（5-1）
ton——V通旳时间 toff——V断旳时间 a--导通占空比
负载电流平均值：
5.2.1 电流可逆斩波电路
电路构造
V1和VD1构成降压斩波电路，电动机 为电动运营，工作于第1象限。
V2和VD2构成升压斩波电路，电动机 作再生制动运营，工作于第2象限。 uo

实验五直流斩波电路实验报告

实验五直流斩波电路实验报告

实验五直流斩波电路实验报告一. 实验目的本实验旨在通过搭建直流斩波电路，探究斩波电路的工作原理以及其对直流信号的作用，并通过实验数据对斩波电路进行分析和验证。

二. 实验简介直流斩波电路是一种用于将直流信号转换为脉冲信号的电路，其主要由一个开关和电容组成。

通过开关的合闸和断开，可以使电容充电和放电，从而实现对直流信号的斩波。

在本次实验中，我们将搭建一个简单的直流斩波电路，并通过观测电路的电压波形来分析斩波效果。

三. 实验器材1. 直流电源2. 变阻器3. 电容4. 开关5. 示波器6. 万用表四. 实验步骤1. 按照实验电路图搭建直流斩波电路，其中电源正极接入电容的正极，电源负极接入开关的一端，电容的负极经过开关的另一端接地。

2. 打开直流电源，调节电压至适宜的实验范围。

3. 调节变阻器的电阻，观察电路中电压的变化。

4. 使用示波器连接电容两端，观察电压的波形。

5. 调节开关的合闸和断开时间，观察斩波效果的变化。

6. 使用万用表测量电路中的电压和电流数据，记录实验结果。

五. 实验结果与分析在进行实验过程中，我们观察到随着电容充电和放电的时刻变化，电压波形产生了斩波的现象。

斩波电路能够将直流信号转换为包含脉冲的信号，其中脉冲的频率和幅值取决于充放电时间和电容的数值。

通过调节开关的合闸和断开时间，我们可以改变电路中的斩波效果。

实验中，我们使用示波器观察到了不同的电压波形，以及随着合闸和断开时间的变化而产生的不同效果。

当合闸和断开时间较短时，电路中的脉冲频率较高，脉冲幅值较小。

而当合闸和断开时间较长时，脉冲频率较低，脉冲幅值较大。

通过万用表测量的数据，我们可以进一步分析电路中的电压和电流变化。

随着合闸时间的增加，电容充电时间增加，电压上升较慢；随着断开时间的增加，电容放电时间增加，电压下降较慢。

同时，电路中的电流也随着充放电时间的变化而变化，电流呈现出充电和放电的周期性变化。

六. 实验总结本次实验通过搭建直流斩波电路，探究了斩波电路的工作原理和对直流信号的作用。

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（5-9）
（5-10）
式中:
T /
； E /E m M
t T t1 / 1 。由图5-1b可知，I10和I20 ； T
分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值。 把式（5-9）和式（5-10）用泰勒级数近似（即ρ趋于零，L趋于无穷大，e－ρ用等价 无穷小代替），可得 （5-11） 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、最小值均等于平均值。
15
15-41
5.1.2
升压斩波电路
电压升高原因： 电感L储能使电压泵升的作用, 电容C可将输出电压保持住
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 ：EI1 U o I o . （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：
Io Uo E 1 R b R
第5章
5.1 基本斩波电路
直流斩波电路
5.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路
5.3 带隔离的直流直流变流电路
本章小结
1
1-41
第5章
直流斩波电路· 引言
直流斩波电路（DC Chopper）
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）。 一般指直接将直流电变为另一直流电，不包括直 流—交流—直流。
R R
9
I10 I 20
mE

E EM
Io
9-41
从能量传递关系出发进行的推导：

由于L为无穷大，故负载电流平直，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 EI oton ； 在整个周期T中，负载一直在消耗能量，消耗的能量为 ； 2 RIo T EM IoT 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，即
则
EI oton RI o2T EM I oT (5 -12)
Io
E EM
R
(5 - 13)
假设电源电流平均值为I1， ton I o I o 则有 I1
T EI1T EI o ton t EI1 EI o on EI o U o I o (5 - 15 T 其值小于等于负载
io
I1
0
14 图3-2 升压斩波电路及工组波形 14-41
b) 波形
数量关系
5.1.2
升压斩波电路
设V通态的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为 EI1ton 设V断态的时间为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：
U o E I1toff
EI1ton (U o E ) I1toff
(5-25)
电源电流的平均值I1为：
Uo 1 E I1 Io 2 E b R
(5-26)
16
16-41
2) 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
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。
5.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
3
3-41
5.1.1
降压斩波电路 （Buck Chopper)
电路结构
降压斩波电路
全控型器件 若为晶闸管，须 有辅助关断电路。 负载 出现 的反 电动 势
续流二极管
典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载。
4
4-41
5.1.1
工作原理
降压斩波电路
分V处于通态和处于断态 初始条件分电流连续和断续
7
7-41
V: 通态，设负载电流为i1，可列出如下方程：
d i1 L Ri1 EM E (5 - 3) dt
设此阶段电流初值为I10，=L/R，解上式得：
L 电流连续(Continuous-Conduction-Mode) (CCM) R i V
17
17-41
5.1.2
数量关系
升压斩波电路
当V处于通态时，设电动机电枢电流为i1，得下式： d i1 (5-27) L Ri1 EM dt 当V处于断态时，设电动机电枢电流为i2，得下式：
L d i2 Ri 2 EM E dt
（5-29）
当电流连续时，考虑到初始条件，近似L无穷大时可 求出电枢电流的平均值Io，即
(5 - 14)
电流Io
即输出功率等于输入功率，可将 10 降压斩波器看作直流降压变压器。
10-41
Discontinuous-Conduction-Mode (DCM)
m EM / E
t T t1 / 1 T
负载电流断续的情况： I10=0， 且t=tx时，i2=0，利用式（3-7）和式（3-6） 可求出tx为： t ln 1 (1 m)e
di L 2 Ri2 EM 0 (5 - 5) dt
t
O
iG iG O io O uo O t on
b)电流连续时的波形
t off Tt i1 E t1 I 20
t
设此阶段电流初值为I20，解上式得：
t EM i2 I 20e 1 e R 当电流连续时，有： I10 i2 (t2 ) I 20 i1 (t1 )
t
x
(5 6)
(5 7) (5 8)
i2 t2 t E t
c) 电流断续时的波形
EM
即V进入通态时的电流初值就是V在断态阶段结束时的 图5-1 降压斩波电路的原理图及波形 电流值，反过来，V进入断态时的电流初值就是V在通 8 态阶段结束时的电流值。 8-41
由式（5-4）、（5-6）、（5-7）、（5-8）得出(主要是根据充放电曲线）：
Uo T
此时Uo不仅和占空比α 有关，也和反电动势EM有关。 此时负载电流平均值为： tx 1 ton ton tx m E U o EM I o i1 d t i2 d t 0 0 T T R R
1 T
E
i2的表达式。
另外，当t=t2时，i2=0，可求得i2持 续的时间tx，即
1 me t x ln 1 m
to n
O i
o
t
i
1
i
2
I O
20
t
on
t
1
t
x
t
2 off
t
t T c)
tx<t0ff
1 e b m 1 e
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
m E
（3-19）
11
11-41
升压斩波
12
12-41
5.1.2
升压斩波电路
升压斩波电路 （Boost Chopper） 1) 升压斩波电路的基本原理 电路结构
储存电能
保持输 出电压
13
13-41
5.1.2
升压斩波电路
UGE
0 a) 电路图
工作原理
假设电路已处于稳态，L和C 值很大，t=0时C上已建立上+ 下-电压。 V处于通态时（UGE>0)：电源 E向电感L充电， I0≈0，电流 恒定I1，电容C向负载R供电， 输出电压Uo恒定。 V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。
I o m b E EM bE R R
（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bE。
18
18-41
5.1.2
升压斩波电路
u
o
如图5-3c，当电枢电流断续时： 当t=0时刻i1=I10=0，令式（6-31） 中I10=0即可求出I20，进而可写出
t off T i1 I 10 i2 I 20 t1 E t t
O io O uo O t on
b)电流连续时的波形
t off Tt i1 E t1 I 20
t
t
x
i2 t2 t E t
图3-1 降压斩波电路得原理图及波形 5
c) 电流断续时的波形
EM
5-41
5.1.1
V
E iG L VD u o iG
io
R
+
M EM
-
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，负载电流呈指数曲线下 降，负载电压uo近似为零。 通常串接较大电感L使负载电 流连续且脉动小。
a) 电路图
t on
a) uo E uo E
5.1.2
升压斩波电路
O i
t i1 I 10 I 20 toff T b) i2 I 10 t
O io i1 I 20 O ton T t1 t x toff c) t2 i2
t
O
t on
t
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
et1 / 1 E EM e 1 E I10 T / e 1 R R e 1 m R
I 20 1 e t1 / 1 e T / E EM 1 e E m R R R 1 e