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第四章 直流斩波电路

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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
直流斩波电路的工作原理是通过控制开关管的导通和关断来改变输入直流电源的占空比，从而实现对输出电压的调节。

直流斩波电路由开关管、二极管、滤波电感和负载组成。

在工作原理上，当开关管导通时，输入直流电源的电能通过电感储存起来，并传递到负载上，此时电感中的电流逐渐增大；当开关管关断时，负载上的电能通过二极管的导通路径回流至电源侧，电感中的电流逐渐减小。

通过控制开关管导通和关断的时间比例，可以实现对输出电压的连续调节。

在工作过程中，当开关管导通时，电感储存的电能会通过滤波电容平滑输出，并为负载提供稳定的电压；当开关管关断时，二极管承担负载电流的传导，保证电压的连续性，同时由于开关管关断时的回流电流较小，也能减小功耗。

通过控制开关管的导通和关断时长及频率，可以实现直流斩波电路对输出电压的调节和稳定性控制，进而满足不同的电源需求和负载要求。

斩波电路

斩波电路

0
TT
t
定频调宽控制（ PWM）
1、时间比例控制方式
（2）定宽调频控制也称为脉冲频率控制（PFM）。此控制 方式中定宽也就是指斩波电路的开关元件导通时间固定不 变，调频是指通过改变开关元件的通断周期 T来改变导通 比，从而改变输ton ? 常值
0
t
T1
T2
T3
定宽调频控制（PFM）
■间接直流变流电路 ◆在直流变流电路中增加了 交流环节。 ◆在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称为直 —交— 直电路。
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。
■直流-直流变流电路（DC/DC Converter ）包括直接直流变流电路和间接直流变 流电路。
■直接直流变流电路 ◆也称斩波电路（DC Chopper ）。 ◆功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。 也称为直流--直流 变换器（DC/DC Converter） ◆一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。 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。
功能：DC
DC ' U=固定值 或U
如何改变直流电压？
1、干电池、蓄电池串联使用；
（低电压、小容量且不连续改变）
2、串入可变电阻调节；
VL ? ?? RL ??E ? RL ? R ?
E
应用：电力机车等
R+ V–L RL
缺点：串电阻损耗大。

直流直流(DCC)变换

直流直流(DCC)变换

直流直流(DCC)变换————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第四章直流—直流（DC-DC）变换将大小固定的直流电压变换成大小可调的直流电压的变换称为DC-DC变换，或称直流斩波。

直流斩波技术可以用来降压、升压和变阻，已被广泛应用于直流电动机调速、蓄电池充电、开关电源等方面，特别是在电力牵引上，如地铁、城市轻轨、电气机车、无轨电车、电瓶车、电铲车等。

这类电动车辆一般均采用恒定直流电源（如蓄电池、不控整流电源）供电，以往采用变阻器来实现电动车的起动、调速和制动，耗电多、效率低、有级调速、运行平稳性差等。

采用直流斩波器后，可方便地实现了无级调速、平稳运行，更重要的是比变阻器方式节电（20～30）%，节能效果巨大。

此外在AC-DC变换中，还可采用不控整流加直流斩波调压方式替代晶闸管相控整流，以提高变流装置的输入功率因数，减少网侧电流谐波和提高系统动态响应速度。

DC-DC变换器主要有以下几种形式：（1）Buck（降压型）变换器；（2）Boost（升压型）变换器；（3）Boost-Buck（升-降压型）变换器；（4）Cúk变换器；（5）桥式可逆斩波器等。

其中Buck和Boost为基本类型变换器，Boost-Buck和Cúk为组合变换器，而桥式可逆斩波器则是Buck变换器的拓展。

此外还有复合斩波和多相、多重斩波电路，它们更是基本DC-DC 变换器的组合。

4.1 DC-DC变换的基本控制方式DC-DC变换是采用一个或多个开关（功率开关器件）将一种直流电压变换为另一种直流电压。

当输入直流电压大小恒定时，则可控制开关的通断时间来改变输出直流电压的大小，这种开关型DC-DC变换器原理及工作波形如图4-1所示。

如果开关K导通时间为，关断时间为，则在输入电压E恒定条件下，控制开关的通、断时间、的相对长短，便可控制输出平均电压U0的大小，实现了无损耗直流调压。

直流斩波电路设计

直流斩波电路设计

一、设计项目与要求1、输入直流电压U i=60V,R=8Ω；2、输出电压范围为0-100V，试选用合适斩波电路；3、计算占空比α=23%和α=59%时，负载两端输出电压和电流；4、画出α=23%和α=59%时斩波电路的电压电流波形分析图；5、IGBT的工作特性分析。

二、电路原理图设计2.1主电路的设计斩波电路: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/DCConverter)。

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。

升降压斩波斩波电路结构Boost型升降压斩波变换器的特点是输出电压可以低于电源电压，也可以高于电源电压，是将降压斩波和升压斩波电路结合的一种直接变换电路。

主要由功率开关、二极管、储能电感、输出滤波电容等组成。

本次课题是在输入直流电压为60V时，想要输出电压的范围为0-100V，故而要选择的斩波电路应为升降压斩波斩波电路。

图1升降压斩波电路原理图2.2触发电路设计斩波器触发电路由三部分组成，图2为斩波器触发电路的原理图。

第一部分为由幅值比较电路U1和积分电路U2组成一个频率和幅值均可调的锯齿波发生器。

电位器RP1用来调节锯齿波的上下位置，电位器RP2用来调节锯齿波的频率，频率从100到700Hz可调。

由于晶闸管的开关速度及LC振荡频率所限，所以在斩波实验中我们一般选用200Hz这一范围。

第二部分是比较器部分。

比较器U3输入的一路是锯齿波信号，另一路是给定的电平信号，输出为前沿固定后沿可调的方波信号。

改变输入的电平信号的值，则相应改变了输出方波的占空比。

第三部分是比较器产生的方波送到4098双单稳电路U4，单稳电路则在方波的前沿和后沿分别产生两个脉冲，如图4所示，其后沿脉冲随方波的宽度变化而移动，前沿脉冲相位则保持不变，输出的脉冲经三极管放大通过脉冲变压器输出。

将上述两脉冲分别送至主晶闸管及辅助晶闸管，其中方波前沿触发脉冲G1、K1接主晶闸管VT1，而后沿触发脉冲G2、K2接辅助晶闸管VT2。

电力电子技术学习重点提示(第四章)

电力电子技术学习重点提示(第四章)

一、DC-DC 变换的控制方式
1.时间比控制 DC-DC 变换中采用最多的控制方式，它是通过改变斩波器的通、断时间而连续控制输 出电压的大小。即
（4-1）
式中
为斩波周期 ；
为斩波频率；
为导通比。可以看出，改
变导通比 即可改变输出电压平均值 U0，而 比控制又有以下几种实现方式：
的变化又是通过对 T、ton 控制实现的。时间
图 4-8 Boost 变换器
电流连续时，Boost 变换器的输入、输出电压关系为
（4-17）
因为
，故为升压变换关系。
若忽略电路变换损耗，输入、输出功率相等
式中 I 为输入电流 平均值，I0 为输出电流 平均值，则可求得变换器的输入、输出电流关 系为
（4-18） 因此电流连续时 Boost 变换器相当一个升压的“直流”变压器。
电流断续时，设电流在 δ1T 时刻断续，则输入输出可表示为：
（4-25）
（4-26）
3.Boost-Buck（升降压型）变换器
Boost -Buck 变换电路如图 4-11 所示，其特点是： （1）输出电压 U0 可以小于（降压） 、 也可以大于（升压）输入电压 E； （2）输出电压与输入电压反极性。
图 4-4 Buck 变换器
电流连续时，Buck 变换器的输入、输出电压关系为：
（4-2）
因
，
故为降压变换关系。
若忽略电路变换损耗，输入、输出功率相等，有
式中 I 为输入电流 i 系为
（4-3） 因此电流连续时 Buck 变换器完全相当于一个“直流”变压器。
输入输出电压与占空比公式：
单极性调制与双极性调制方式的比较： 1）双极性调制控制简单，只要改变 位置就能将输出电压从+E 变到-E；而在单极性调制方 式中需要改变晶体管触发信号的安排。 2）当 H 桥输出电压很小时，双极性调制每个晶体管驱动信号脉宽都比较宽，能保证晶体管 可靠触发导通。 单极性调制时则要求晶体管驱动信号脉宽十分狭窄， 但过窄脉冲不能保证晶 体管可靠导通。 3）双极性调制时四个晶体管均处于开关状态，开关损耗大；而单极性调制时只有两个晶体 管工作，开关损耗相应小

直流斩波变换电路简介

直流斩波变换电路简介

直1 流直斩流波变起系换统电到的路结概调构念如压上图的。 作用，同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电
பைடு நூலகம்
流的作用。 3 直流变换电路分类
3 直流变换电路分类
3 直流变换电路分类
按输入滤波结构：电流源 / 电压源
直流斩波技术广泛应用与开关电源及直流电动机驱动中，如不间断电源(UPS)丶无轨电车丶地铁列车丶蓄电池供电的机动车辆的无级变
直流变换电路分类
按输入滤波结构：电流源 / 电压源
直流变换电路概念
由于变换器的输入是电网电压经不可控整流而来的直流电压，所以直流斩波不仅起到调压的作用，同时还能起到有效地抑制电网侧谐
波电流的作用。
2 直流变换系统结构
直流变换系统结构 直流斩波技术广泛应用与开关电源及直流电动机驱动中，如不间断电源(UPS)丶无轨电车丶地铁列车丶蓄电池供电的机动车辆的无级变
直流变换电路简介
1 直流变换电路概念 2 直流变换系统结构 3 直流变换电路分类
直流变换电路概念
将一个固定的直流电压变换成大小可变的直流电压的 电路称之为直流斩波电路，也称之为直流变换（DC-DC)电 路。直流斩波技术广泛应用与开关电源及直流电动机驱动 中，如不间断电源(UPS)丶无轨电车丶地铁列车丶蓄电池供 电的机动车辆的无级变速控制。使用直流斩波技术能使控 制对象获得加速平稳、快速响应的性能，并同时收到节约 电能的效果。
速控制。
按输入输出电压：降压式 / 升压式 / 升－降压式
1 直流单变丶换电三路相概念
按输入输出电压：降压式 / 升压式 / 升－降压式
直流变换电路分类 不可控整流
2 直流变换系统结构 按输入滤波结构：电流源 / 电压源
滤波电路

第4章 直流降压斩波电路


Io
E EM
R
EI
1
EI
o
U oIo
I1
t on T
Io Io
• 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。
m EM / E
t t1 / 1 T
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： 1 (1 m ) e t x ln （3-16） m 电流断续时，tx<toff，由此得出电流断续的条件为： （3-17） EM e 1 （ T / ；=L/R） m E e 1 对于电路的具体工况，可据此式判断负载电流是否连续。 在负载电流断续工作情况下，负载电流一降到零，续流二极管VD即关断， 负载两端电压等于EM。输出电压平均值为：
斩波电路三种控制方式
此种方式应用 最多
①开关周期T不变，改变导通时间ton —脉 冲宽度调制（Pulse Width Modulation）
②导通时间ton不变，改变开关周期T —频 率调制 ③ton和T都可调，改变占空比—混合型
• 电力电子电路的实质上是分时段线性电 路的思想。 • 基于“分段线性”的思想，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
2.t=t1时刻控制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 3.通常串接较大电感L使负 载电流连续且脉动小
降压斩波电路Buck Chopper
• • • 电路稳态时，负载电流在一个周期 的初值和终值相等 电流连续 负载电压平均值：
Uo t on t on t off E t on T E E

直流斩波电路

第4章 直流-直流变换电路直流-直流变换器是将一种直流电压变换成另一种符合负载要求的直流电压的电力电子装置。

其工作原理是利用电力电子器件的高速的开关性能，将直流电首先变换成脉冲列，然后经滤波电路得到满足负载要求的直流电，所以又叫直流斩波器（Copper ）。

4.1直流斩波器的基本电路直流斩波器的基本电路有降压型（Buck ）、升压型（Boost ）和升-降压型（Buck-Boost ）三种基本形式，但实际应用中对上述三种基本电路进行适当地改进和组合还会形为多种新的电路形式。

在本章的分析中，对电路做以下假设：（1）忽略电路的漏电感、杂散电阻等参数；（2）认为电力电子开关器件和与之配合的二极管是理想的，即导通时压降为0、阻断时漏电流为0、开关过程瞬间完成；（3）滤波电路的电磁时间常数远大于电子开关的工作周期，认为负载电压在一个开关周期中为常数。

4.1.1 降压型（Back ）斩波电路降压型斩波电路的主电路结构如图4-1所示，图中S 为电力电子开关，可用全控型电力电子器件来实现，也可用晶闸管加适当的换流电路来实现。

电力电子开关按照一定的规律周期性地开通和关断，其工作周期为T ，开关接通的时间为T on ，关断的时间为T off ，off on T T T += （4.1）T on 与T 的比值为占空比DT T D on =（4.2）图4-1 降压型斩波器主电路VD 为续流二极管，与电子开关交替工作。

L 为储能电感，C 为滤波电容，R 为负载电阻，E 为直流电源。

根据假设电容C 和负载电阻R 构成的时间常数远大于电力电子开关的工作周期，负载电压U O 在一个工作周期中为常数。

在S 闭合期间，电源U 通过S 、L 向负载供电，续流二极管因承受反压而关断。

二极管两端的电压u VD =U ，电感两端的电压u L =U-U O ，滤波电容被充电。

电感电流i L 上升，根据基尔霍夫定律，回路电压方程为O L U U dtdi L −= （4.3） 设t =0时S 闭合，初始条件为i L （t =0）=I Lmin ，则（4.3）的解为min L O L I t LU U i +−= 到t =T on =DT 时S 关断，电路进入续流状态，由于电感的储能作用续流二极管VD 导通，为i L 提供回路，此时负载靠电容的放电和电感的能量释放获取电压，所以电感电流下降，此时的回路电压方程为O L U dtdi L −= （4.4） 设在S 闭合转为断开的瞬间（即t =DT ）电感电流为i L （t =DT ）=I Lmax ，则式（4.4）的解为max )(L O L I DT t LU i +−−= 储能电感上的电流为三角波，在电路稳定工作状态时电感电流在开关闭合的瞬间从最小值开始线性上升，到开关断开的瞬间达到最大值，而后又从最大值开始线性下降到最小值。

直流斩波电路工作原理分析

直流斩波电路工作原理分析直流斩波电路的主要是实现直流电能的变换，对直流电的电压或电流进行控制。

按照输入电压与输出电压之间的关系，可以分为六种不同的形式，分别为降压斩波电路（BUCK ）、升压斩波电路（BOOST ）、升降压斩波电路（BUCK-BOOST ）、Cuk 斩波电路、Sepic 斩波电路和Zeta 斩波电路。

下面分别对它们的工作原理进行简单的介绍。

一．降压斩波电路降压斩波（BUCK ）电路的拓扑结构图如1-1所示。

U io图1-1 BUCK 电路拓扑结构分析在开关器件导通和关断时，电路的动态工作过程。

图1-1中实线部分表示开关器件导通时的回路，虚线部分表示器件关断时的续流回路。

在续流过程中，根据电感中的电流的不同分为，电感电流连续（CCM ）和断续（DCM ）两种情况。

由此可以得到降压斩波电路的动态工作过程如图1-2所示。

U ioa) S 导通时等效电路oCob) S 关断，i L ≠0时等效电路c) S 关断，i L =0时等效电路图1-2 BUCK 电路动态工作过程在工作过程中，驱动信号以及电感上的电压和电流波形如图1-2所示。

u Su Li Li La) 电感电流连续时波形b) 电感电流断续时波形图1-3 BUCK 电路的工作原理图由电感器件的伏秒平衡原理，可以得出在电流连续和断续两种情况下，BUCK 斩波电路的输出电压。

a) 电感电流连续时，有()(1)0i o o U U D U D ---= （1-1）化简可得o i U DU = （1-2）b) 电感电流断续时，有1()0i o o U U D U --∆= （1-3）化简可得1o i DU U D =+∆ （1-4） 由此可以看出，电感电流断续情况下的输出电压更高。

二．升压斩波电路升压斩波（BOOST ）电路的拓扑结构如图2-1所示。

U iLo图2-1 BOOST 电路拓扑结构在图2-1中，实线部分表示开关器件导通时的回路，虚线部分表示开关器件关断时的回路，由此可以得到升压斩波电路的动态工作过程如图2-2所示。

第四章直流直流(DCDC)变换

第四章直流—直流(DＣ-DC）变换将大小固定的直流电压变换成大小可调的直流电压的变换称为ＤC-DＣ变换，或称直流斩波。

直流斩波技术可以用来降压、升压和变阻,已被广泛应用于直流电动机调速、蓄电池充电、开关电源等方面，特别是在电力牵引上,如地铁、城市轻轨、电气机车、无轨电车、电瓶车、电铲车等。

这类电动车辆一般均采用恒定直流电源（如蓄电池、不控整流电源）供电，以往采用变阻器来实现电动车的起动、调速和制动,耗电多、效率低、有级调速、运行平稳性差等。

采用直流斩波器后,可方便地实现了无级调速、平稳运行,更重要的是比变阻器方式节电(20~30)%,节能效果巨大。

此外在ＡＣ-ＤC变换中,还可采用不控整流加直流斩波调压方式替代晶闸管相控整流，以提高变流装置的输入功率因数，减少网侧电流谐波和提高系统动态响应速度。

DC－ＤC变换器主要有以下几种形式：(1)Buｃk（降压型）变换器;（2)Bｏｏst（升压型）变换器;(3）Boost-Ｂｕcｋ（升-降压型)变换器；（4)Ｃúk变换器;(5)桥式可逆斩波器等。

其中Buck和Boｏsｔ为基本类型变换器，Ｂｏost-Ｂuｃｋ和Cúk为组合变换器，而桥式可逆斩波器则是Buck变换器的拓展。

此外还有复合斩波和多相、多重斩波电路，它们更是基本DC－DC变换器的组合。

４.1 DC－DC变换的基本控制方式DC-DC变换是采用一个或多个开关(功率开关器件)将一种直流电压变换为另一种直流电压。

当输入直流电压大小恒定时,则可控制开关的通断时间来改变输出直流电压的大小，这种开关型DC-DC变换器原理及工作波形如图4-1所示。

如果开关K导通时间为，关断时间为，则在输入电压E恒定条件下，控制开关的通、断时间、的相对长短,便可控制输出平均电压U0的大小,实现了无损耗直流调压。

从工作波形来看,相当于是一个将恒定直流进行“斩切”输出的过程,故称斩波器。

斩波器有两种基本控制方式：时间比控制和瞬时值控制。

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U0Io
图4-5a)所示电路为升压斩波器主电路。当开关S导 通时，升压二极管VD承受反向电压而截止，其等效 电路如图4-5b)所示。此时电源电压加在电感L上， 电感电流iL增长，电感L储能增加，与此同时电容C 向负载供电，电容电压下降。当开关S关断时，电感 电流iL下降，电感L的感应电势改变极性，与电源电 压叠加，强迫升压二极管VD导通，电源和电感同时 为负载供电和向电容C充电，由此得到一个比电源电 压还高的输出电压，其等效电路如图4-5c）所示。
t on U0 u0 u R UR U d tU d Ts
1 Ts
P 1

Ts
0
U d i1 dt U d (
1 Po PR TS

TS
1 Ts

Ts
0
i1 dt) U d I 1
0
u R i R dt
U o U R I1 t Ud Ud IR
（1）降压斩波器的输出电压平均值与输入电压之比，刚好等 于斩波开关的导通时间与斩波周期之比。改变导通比就可以控制 斩波器的输出电压和电流的平均值。 （2）在负载电流连续且可略去电流纹波影响时，此斩波电路 有类似于变压器的规律：电压比与电流比成反比，其导通比则类 似变压器的匝比k。 （3）在图4-4a的降压斩波电路中，由于电感的作用，使负载 电流脉动减小、乃至连续，这是实际负载所期望的。因此该电路 也是最常用的。人们把包含斩波开关S、电感L和续流二极管DF 的 电路称为降压斩波器的主电路。
图4-14 双极性PWM信号的产生 (a)产生电路 （b） 波形
图4-13 单极性PWM信号的产生 (a) 信号产生电路 （b）、（c）波形
图4-13产生的PWM信号是一种单一极性的脉 冲信号，当被用来控制一个单极性的斩波器 时，斩波器的输出电压将与这个PWM信号有 相似的波形。当要求产生这种单极性PWM波 时，三角波应该全部位于在时间轴上方，这 时只有正的控制电压起控制作用，且其值不 能超过三角波的幅值。
（a）实现电路 (b) 输入输出关系 图4-11 回差比较器的工作原理
三、时间比与瞬时值相结合的控 制方式
图4-10 瞬时值控制方式 （a）控制系统方框图 图4-12 时间比与瞬时值相结合的控制方式
（b）输出电压电流波形
（a）控制系统框图 （b）输出电压电流波形
4.3.2 PWM(Pulse Width Modulation)信号的产生
图4-24 升压斩波器 图4-23 MOSFET降压斩波电路 （a）电路图 (b)波形图 采用电压反馈控制使得该升压斩波器能 够输出较稳定的直流电压，调节电阻R8 可以在一定范围内调节输出电压值，这 些都使本电路具有很强的实用性。注意， 输出电压的最大值受限于导通比和 MOSFET、二极管D2 和电容C2的击穿电压。
MOSFET从断到通，源极电位大幅度变 化，而栅源之间电压并没有受到特别 大的影响。其原因就是驱动电路能够 在D1和C1的作用下自动提高栅极电压使 栅源电压得以维持。这种现象常被称 为“自举”。
4.5.3 带反电势负载的降压斩波电路
（一）电流连续时的工作情况
（1）开关导通期间（0<t <ton）
io (t )
1 U d (1 t ) I L U d I L 1 t
4.3 斩波电路的控制
4.3.1斩波电路的三种控制方式
一 时间比控制方式(Time Rate Control —— TRC)
定频调宽
图4-7 定 频调宽的 时间比控 制
定宽调频
图4-8 定 宽调频的 时间比控 制
图4-6 时间比控制时斩波器闭环 控制系统框图
图4－16 用恒 流源构成的三角 波发生器
4.4
桥式斩波电路
一、全桥斩波
◤图4-17是由四个桥臂构成的桥式斩波 器的主电路◢ ◤该电路不仅控制非常灵活，而且可以 在多种电路拓扑中灵活切换◢
◤特别地，当采用该斩波器构成直流调 速系统时，系统不仅具有宽的调速范围 和优良的调节特性，而且很容易实现直 流电机四象限运行。◢
t
U d dt
＝（2 t 1 U d ）
图4-17 桥式斩波器的主电路
斩波器将单一极性的电源电压转换成了双极性 的电压输出，且其输出电压可以在两倍于电源 电压的大范围内变化。输出电压波形只与PWM 控制信号有关，而与负载类型无关。负载可以 是电阻性、电阻电感性、反电势负载等任何类 型的负载。
所谓双极性的PWM信号是指PWM信号既有正脉 冲也有负脉冲，它一般作为桥式斩波器的 PWM控制信号
概括地说，当比较器的电源、三角 波和控制信号都是单极性时，比较 器的输出就是单极性的PWM信号；而 当比较器电源、三角波和控制信号 都是双极性时，比较器的输出就是 双极性的PWM信号。
4.3.3 三角波的产生
第4章 直流斩波电路
4.1 概述
用斩波器斩切直流的基本思想是：如 果改变开关的动作频率，或改变直流电 流接通和断开的时间比例，就可以改变 加到负载上的电压、电流平均值。 逆变-整流型DC-DC变换器由逆变和整流两 个功率变换环节共同构成
4.1.1 DC-DC功率变换电路
将一个直流电压变换成为另一个直 流电压，被称为DC-DC的功率变换。
◤图4-2所示就是一种推挽式DC-DC功率变 换器的结构示意图，它是由恒压恒频逆变 器（CVCF inverter）和高频整流电路两 个环节构成的 ◢
◤斩波控制型DC-DC功率变换器也就是直流斩 波器，则是一种从DC到DC的直接功率变换器◢ ◤由于只有一级变换，因而具有效率高、体积 小、重量轻、成本低等优点◢
图4-4 带电阻电感性负 载的斩波器 （a）主电路 （b）有 关电压电流波形
4.2.2 升压斩波电路
Ts Ts U0 Ud Ud t off Ts t on 1 Ud 1t
图4－5 升压斩波 器的工作原理
Io I D
t off I L Ts
(1 t ) I L
图4-15 用运放 构成的 三角波 发生器 （a）电 路图 （b）Ur ＝0时的 波形
（2）调节电位器W改变的值，可以改变三角波与 时间轴的相对位臵关系。只有当Un＝0时，三角波关于 时间轴对称，设臵此电位器的作用主要是可以调整消 除由于电路中各器件在正负电压工作时存在某些分散 性和不对称性对三角波的影响。 （3）三角波的频率取决于积分时间常数和分压比 （R2/R1）。在实际工作中必须选取频率特性较好的电 阻和电容作为积分电阻、积分电容及分压电阻。 （4）该三角波电路结构简单，在几千赫兹范围
s s on
Ts
0
Ts
0
R
Ts
0
R
R
1 PR Ts

Ts
0
1 u R iR dt Ts

ton
0
U U U d ( d )dt d t R R
2
由此可知，改变导通比，不仅能够控 制斩波器输出电压的大小，而且能够控制 其输出电流和输出功率的大小
电阻电感性负载
在图4-3a)中，因负载是纯阻性的，所以斩波器的输出电流 与输出电压波形相似，且都有很大的脉动。若要使负载电 流平滑化，需在原电路基础上增加平波电抗器L和续流二极 管DF，如图4-4a)所示。
4.2.1 降压斩波电路 纯电阻负载
◤按斩波开关所采用的器件分类：BJT 斩波器、MOSFET斩波器、IGBT斩波器、 Thyristor斩波器等等 ◢
◤按直流电源与负载间的能量传递关系 对斩波器分类 ：输出电压和电流皆不 可逆的称为单象限斩波器；仅输出电流 或输出电压可逆的称为两象限斩波器； 输出电流和电压都可逆的称为四象限斩 波器 ◢
图4-18 全桥 （c）t＋<t－时
t＋ t＝ Ts
1 U 0＝u o Ts
Ud u0 U d
，t＋期间 ，t 期间
t＋ t Ud Ts

Ts
0
1 u 0 dt Ts

t＋
0
1 U d dt Ts

Ts
二 半桥斩波 同步斩波 错位斩波
图4－20 双管错位 图4－21 双管错位 斩波特例一 （a） 斩波特例二 （a） 图4-19 双管同步斩波（a）半桥电路 （b） 电路图 （b）波形 电路图 （b）波形 io连续时的波形 （c）io断续时的波形 t 期间 U d ， 显然，无论半桥斩波器是工作在同步 u 0 U d ， t 期间 斩波还是错位斩波，其输出电压都可 0 ， t o 期间 以是双极性的，而输出电流只有单一
图4-3 带纯电阻负载的降压斩波器工作原理 （a）主电路（b）输出电压、电流波形 t 1 Ts 1 ton U R u R u R dt U d dt U d ( on ) U d t Ts 0 Ts 0 T T U 1 1 T uR 1 t U ds I1＝I R i R i R dt dt dt d t
内线性度和稳定性均很好。
若对三角波的线性度要求更高， 或要求为严格的等腰三角形时， 应采用恒流源对电容C进行充放 电，如图4-16就是一种用恒流 源构成的三角波发生器的电路 图。电容充放电电流的大小由 场效应管的栅源电压和电阻R所 决定。三角波从运放A2构成的 射极跟随器输出。而3140是高 输入阻抗的运放不会对电容的 充放电产生影响，从而保证了 三角波的线性度。改变电阻R或 者电容C的大小都可以改变三角 波的频率，所以该电路的频率 范围很宽，可以从几千赫兹到 几百千赫兹。
T 三角波电压是脉冲宽度调制用 R2 1 t 1 2 U DW 1 2U om 2 U DW ic dt dt U DW T 的载波信号，其频率决定了功率 R1 C t C 0 R3 2R 3C 开关管的开关频率。