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第3章 直流斩波电路

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第3章直流斩波电路

第3章直流斩波电路

作b ，即
b
tof。f T
b
和导通占空比a有如下关系：
a b 1
（3-22）
因此，式（3-21）可表示为
Uo
1 b
E
1 1-a
E
（3-23）
❖ 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
13
■
3.1.2 升压斩波电路
➢ 以变会有，上所但分下实析降际中，C，值故认不实为可际V能通输无态出穷期电大间压，因会在电略此容低阶C的段作其用向使负得载输放出电电，压UoU必o不然
I10
et1 eT
/ /
--11
E R
-
EM R
ea e
-1 -1
-
m
E R
（3-9）
（3-10）
式中: T /
I10和I20
I 20
1 1
-
e e
-t1 -T
/ /
E R
-
EM R
1- e-a 1- e-
-
m
E R
； m EM / E
t1
/
t1 T
； T a
。由图3-1b可知，
分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值。
与降压斩波电路一样，把上面两式用泰勒级数 线性近似，得
I10
I 20
m -
bE
R
（3-35）
该即式表示了L为无穷大时电枢电流的平均值Io，
Io
m -
b
E R
EM
R
bE
（3-36）
该式表明，以电动机一侧为基准看，可将直流

直流斩波电路

直流斩波电路

图3-8 可关断晶闸管电极判别
（3）可关断晶闸管触发特性测试
如图3-9所示。将万用表置于R×1档，黑表笔 接可关断晶闸管的阳极A，红表笔接阴极G悬空，这 时晶闸管处于阻断状态，电阻应为无穷大（∞）， 如图3-9（a）所示。
（4）可关断晶闸管关断能力的初步检测
测试方法如图3-10所示。采用1.5V干电池一节， 普通万用表一只。
3.1.4绝缘栅双极晶体管
1．IGBT工作原理 由结构图可知，IGBT相当于一个由MOSFET
驱动的厚基区GTR。其剖面图见图3-21， N沟道IGBT的图形符号如图3-22所示。
图3-21 IGBT结构剖面图
图3-22 N-IGBT图形符号
2．IGBT主要特性
（1）静态特性
IGBT的静态特性包括转移特性和输出特性。
图3-16 功率MOSFET的输出特性
图3-17 功率MOSFET的转移特性
图3-18 功率MOSFET开关过程的电压波形
3．功率MOSFET 的主要参数 （1）通态电阻Ron （2）开启电压UGS（th） （3）跨导gm （4）漏源击穿电压BUDS （5）栅源击穿电压BUGS 4．功率MOSFET的安全工作区
IGBT的转移特性是描述集电极电流IC与栅射电压 UGE之间关系的曲线，如图3-23（a）所示。
图3-23（b）是以栅源电压UGE为参变量的IGBT正 向输出特性，也称伏安特性 。
（2）动态特性
IGBT的动态特性也称开关特性，包括开通和关 断两个部分，如图3-24所示。
图3-23 IGBT的静态特性曲线 （a）转移特性 （b）输出特性
图3-9 可关断晶闸管触发特性简易测试方法
图3-10 可关断晶闸管的Leabharlann 断能力测试3.1.2电力晶体管

第3章 斩波

第3章 斩波
EI oton RI o T EM I oT
Io R
EI1 EI o U o I o
I1
t on T
I o I o
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
1
I10=0，且t=tx时，i2=0
降压斩波电路
式（3-6）
负载电流断续的情况：
1 (1 m)e t x ln （3-16） m 式（3-7）
（3-3）
设此阶段电流初值为I10， =L/R，解上式得
i1 I10e
t

t E EM 1 e R

（3-4）
3.1.1
L d i2 dt
降压斩波电路
Ri 2 EM 0
V为断态期间，设负载电流为i2，可列出如下方程： （3-5）
设此阶段电流初值为I20，解上式得：
t EM 1 e R

（3-6）
1 e t1 / I 20 1 e T /
E EM 1 e E m R R R 1 e
；
式中:
T /
m EM / E
3.1.2
升压斩波电路
3.1.2
升压斩波电路
• 用于直流电动机传动时
通常是用于直流电动机再生制动时把电能回馈给 直流电源 实际电路中电感L值不可能为无穷大，因此该电路和降压斩 波电路一样，也有电动机电枢电流连续 和断续两种工作状 态 此时电机的反电动势相当于图3-2电路中的电源，而此时的 直流电源相当于图3-2中电路中的负载。由于直流电源的电 压基本是恒定的，因此不必并 联电容器。

单片机第三章直流斩波电路n

单片机第三章直流斩波电路n

滤波原理
直流斩波电路通过滤波电路对 高频脉冲进行滤波，得到稳定 的直流输出。
控制原理
直流斩波电路通过控制器对开 关元件的控制信号进行调节， 实现对输出的精确控制。
直流斩波电路的基本结构
控制器
控制器负责生成开关元件的控制 信号，用于调节电源的输出。
开关元件
滤波电路
开关元件是直流斩波电路的核心 部分，负责快速切换电源的输出。
优点
• 高效率 • 精确控制 • 能量回收
局限
• 电磁干扰 • 纹波幅度 • 成本较高
直流斩波电路的未来发展趋势
随着电力电子技术的不断进步，直流斩波电路将进一步提高电压和电流的调 节精度，降低纹波幅度，并应用于更广泛的领域，如新能源和电动汽车。
直流斩波电路的作用
电压/电流调节
直流斩波电路能够调节直流电源的输出电压或电流，满足特定的需求。
能量回收
直流斩波电路可实现电能的回收利用，减少能源的浪费。
电机驱动
直流斩波电路可用于控制电机的速度和转向，实现高精度的电机控制。
直流斩波电路的原理
切换原理
直流斩波电路通过开关元件的 快速切换，将直流电源的输出 转换为高频脉冲。
直流斩波电路
直流斩波电路是一种用于调节直流电源输出的电路，通过切换电源的开关来 改变输出电压或电流。
直流斩波电路的定义
1 调节直流电源
直流斩波电路可通过高频开关路由，调节直流电源的输出电压或电流。
2 重要组成部分
直流斩波电路主要由控制器、开关元件和滤波电路组成。
3 作为电源变换器
直流斩波电路也可以将直流电源转换为交流电源。
滤波电路对高频脉冲进行滤波， 使输出稳定且纹波尽可能小。
直流斩波电路的应用示例

第3章----直流斩波电路

第3章----直流斩波电路
9
3.1.2 升压斩波电路
升压斩波电路 （Boost Chopper）
1) 升压斩波电路旳基本原理
电路构造
储存电能
保持输 出电压
10
3.1.2 升压斩波电路
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。
V处于断态时，电源E和电感 L同步向电容C充电，并向负 载提供能量。
当上述电路电源公用而负载为3个独立负载时，则 为3相1重斩波电路。 而当电源为3个独立电源，向一种负载供电时，则 为1相3重斩波电路。 多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波电路单 元可互为备用。
23
本章小结
本章简介了6种基本斩波电路、2种复合斩波电 路及多相多重斩波电路。
本章旳要点是，了解降压斩波电路和升压斩波 电路旳工作原理，掌握这两种电路旳输入输出 关系、电路解析措施、工作特点
复合斩波电路——降压斩波电路和升压斩波电路组合构成 多相多重斩波电路——相同构造旳基本斩波电路组合构成
电流可逆斩波电路
斩波电路用于拖动直流电动机时，常要使电动机既可 电动运营，又可再生制动。
降压斩波电路能使电动机工作于第1象限。
升压斩波电路能使电动机工作于第2象限。
电流可逆斩波电路：降压斩波电路与升压斩波电路组 合。此电路电动机旳电枢电流可正可负，但电压只能 是一种极性，故其可工作于第1象限和第2象限。
直流传动是斩波电路应用旳老式领域，而开关 电源则是斩波电路应用旳新领域，前者旳应用 在逐渐萎缩，而后者旳应用是电力电子领域旳 一大热点。
24
第3章 直流斩波电路
3.1 基本斩波电路 3.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路

直流斩波电路习题及答案

直流斩波电路习题及答案

29.81( A)
当 ton=3μs 时，采用同样的方法可以得出：
0.0015
e 1 e0.0015 1 0.149 m e 1 e0.001 1
所以输出电流仍然连续。 此时输出电压、电流的平均值以及输出电流最大、最小瞬时值分别为：
uo= ton E 100 3 15(V )
波电感减小。（ √）
二、问答题 1、简述降压斩波电路工作原理。
答：降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让 V 导通一段时间 ton，由电源 E 向 L、R、 M 供电，在此期间，uo=E。然后使 V 关断一段时间 toff，此进电感 L 通过二级管 VD 向 R 和
M 供电，uo=0。一个周期内的平均电压，uo= ton E 。输出电压小于电源电压，起到 ton t0 ff
T
20
Io= U o EM 15 10 10(A)
R
0.5
输出电流的最大和最小值瞬时值分别为
I max
1 e0.0015 1 e 0.01
0.1
100 0.5
10.13(A)
I min
e0.0015 1 e0.01 1
0.1
100 0.5
9.873( A)
3、在升压斩波电路中，已知 E=50V，L 值和 C 值极大，R=20Ω采用脉宽调制控制方式 ， 当 T=40μs，ton=25μs 时，计算输出电压平均值 Uo，输出电流平均值 Io。
第三章 直流斩波电路
一、填空题和判断题
1、开关型 DC-DC 变换电路的 3 个基本元件是 功率开关管 、 电感 和 电容 。
2、设 DC-DC 变换器的 Boost 电路中，Ui=10.0V，D=0.7 则 U= 33.3V

电力电子技术实验三 直流斩波电路实验

实验三 直流斩波电路实验一·实验目的1.掌握Buck 电路的基本组成和工作原理；2.熟悉Buck 电路的基本特性；3.掌握Buck 电路的PSIM 仿真模型；4.熟悉电力电子实验台PTS-1000的操作和功能；5.通过直接的波形展示，了解输出电压的纹波。

二·实验设备本实验需要掌握降压型直流斩波电路即Buck 电路的工作特性。

实验时，直流电源GW PSW 160-7.2 360W 接入Buck 电路输入端，直流电源输出电压操作范围为30~70V ，直流负载GW PEL-2004与PEL-2040接入Buck 电路输出端，采用示波器GW GDS-2304A/GDS-2204E 观察电路电压电流信号。

Buck 电路模块本实验设备如图3-1所示，输入电压因安全考虑设定在50V ，输出电压为24V 。

输入端先经过一个10A 的保险丝，接着并联两个100uF/250V 输入电解电容，随后一个由MOS 与二极管及电感(365uH)组成的降压式转换器，后端为三个100uF/250V 的输出电解电容并联，最后接至输出端。

图3-1 Buck 电路实验模块辅助电源该模块输入电压范围为100~250V ，输出为三组不共地的隔离电源，分别是(1)12V (2)12V ,5V (3)15V ,-15V ，如图3-2所示。

图3-2 辅助电源MOS管驱动电路驱动电源模块由门极驱动电路和门极驱动电源电路组成，图3-3左为门极驱动电路，右为门极驱动电源电路。

输入一个12V电压至门极驱动电源，其输出为±12V的方波。

门极驱动电路的输入为此±12V的方波和由DSP产生的PWM信号，输出为驱动MOS的信号。

图3-3 MOS管驱动电路JTAG烧录电路此电路可将计算机中的程序代码烧录至DSP芯片，如图3-4所示，计算机通过该电路与DSP连接。

图3-4 JTAG烧录电路直流电源GW PSW 160-7.2GW PSW 160-7.2 360W直流电源，额定电压输入为160V，输出功率360W，如图3-5所示，图3-5 直流电源GW PSW 160-7.2示波器GDS-2304A/GDS-2204E测量波形信号时使用GDS-2304A (或GDS-2204E)，4通道，彩色数字储存示波器，如图3-6所示，图3-6 示波器GDS-2304A/GDS-2204E直流负载PEL-2000直流负载使用PEL-2040与PEL-2004，如图3-7所示，具有编辑功能，可模拟负载的实际状况。

现代电力电子技术直-直变换电路复习题[1]

第3章 直-直变换电路复习题一、填空题1.直流斩波电路完成得是直流到_直流_的变换。

2.直流斩波电路的典型应用有_直流电机驱动_和_直流开关稳压电源_等。

3.直流斩波电路中最基本的两种电路是_降压斩波电路_和_升压斩波电路_。

4.斩波电路有三种控制方式：_定频调宽_、_定宽调频_和_调频调宽_。

5.对单端正励变换器的电路要求之一是应保证其 高频变压器的磁通能复位 。

6.在带隔离变压器的DC/DC 变换器中，变压器的磁通仅在单方向变化的变换器称作 单端 变换器；当开关管导通时，电源将能量传给负载的变换器称作 正励 变换器；当开关管关断时，电路将能量传给负载的变换器称作 反励 变换器。

二、简答题1. 分别绘出BUCK 、BOOST 、Cuk 式DC/DC 斩波电路图，并在理想条件下分别导出它们在电感电流连续下的输出电压、电流表达式。

2. 在基本BUCK 、BOOST 、Cuk 等DC/DC 斩波电路中，引入隔离变压器的功用有哪些？3. 画出单端正励变换器主电路，指出其中变压器各绕组在电路中的作用。

4．画出单端反激式变换器主电路，在理想条件下写出其电感电流连续下的输出电压表达式。

5. 试比较Buck 电路和Boost 电路的异同。

答：相同点：Buck 电路和Boost 电路多以主控型电力电子器件（如GTO ，GTR ， MOSFET 和IGBT 等）作为开关器件，其开关频率高，变换效率也高。

不同点：Buck 电路在T 关断时，只有电感L 储存的能量提供给负载，实现降压变换，且输入电流是脉动的。

而Boost 电路在T 处于通态时，电源Ud 向电感L 充电，同时电容C 集结的能量提供给负载，而在T 处于关断状态时，由L 与电源E 同时向负载提供能量，从而实现了升压，在连续工作状态下输入电流是连续的。

6.试分析反激式和正激式变换器的工作原理。

答：正激变换器：当开关管T 导通时，它在高频变压器初级绕组中储存能量，同时将能量传递到次级绕组，根据变压器对应端的感应电压极性，二极管D1导通，此时D2反向截止，把能量储存到电感L 中，同时提供负载电流O I ；当开关管T 截止时，变压器次级绕组中的电压极性反转过来，使得续流二极管D2导通（而此时D1反向截止），储存在电感中的能量继续提供电流给负载。

直流斩波电路分析_电力电子技术


（3-16）
e a - 1 m e -1
第十一讲
直流斩波电路分析
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 – 也称为直接直流--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，不包括直流—交流—直流 – 习惯上，DC—DC变换器包括以上两种情况，且甚至更多地指后一种情况
11.1.1 11.1.2 11.1.3 11.1.4 降压斩波电路 升压斩波电路 升降压斩波电路和Cuk斩波电路 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
返回
11.1.1 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， 如图中EM所示
工作原理
I 20 1 - e -t1 / 1 - e -T /
；
ea - 1 E e -1 - m R
（3-9）
E EM 1 - e -a E m - R R R 1- e
；
（3-10）
式中:
。由图3-1b可知， t1 T t1 / a 分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值。 T / m EM / E I10和I20 T
降压斩波电路
11.1.2 升压斩波电路
11.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路
11.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
11.2
复合斩波电路和多相多重斩波电路
11.2.1 电流可逆斩波电路 11.2.2 桥式可逆斩波电路 11.2.3多相多重斩波电路
11.1
基本斩波电路

第三章+直流斩波


负载电流平均值：I o
U o EM R
负载中L值较小时，V关断后，到 t2，会出现负载 电流断续状态，负载电压平均值，会被抬高，一 般不希望出现 。
电流连续时电路的工作情况
基于“分段线性”的思想，对降压斩波电路进行解 析
V通态期间，设负载电流为 i1，可列出如下方程 d i1
L dt Ri1 EM E



如果 DC—DC 开关变换电路的输入电压是一个 平直的直流电压，在开关接通的占空比为常数 的情况下，输出电压除了直流分量外，仅包括 开关频率及其倍数次的谐波。在应用中，必须 将这些谐波用无源滤波器滤除。因为谐波频率 越高，滤波越简单，无源滤波器越小，因此， 在 DC—DC 开关变换电路中，开关频率往往较 高。 如果 DC—DC 开关变换电路的输入电压不是一 个平直的直流电压，例如，可以是工频整流后 的直流电压（包含 100Hz或 300Hz的谐波）， 在开关接通的占空比为常数的情况下，输出电 压除了直流分量和开关频率及其倍数次的谐波 外，还包括 100Hz或 300Hz的谐波。因为这些 谐波频率较低，很难用无源滤波器滤除。 在应用中，可用脉冲宽度调制（PW M ）或脉冲 频率调制（PFM ）的方法将这些谐波滤除。


其具有体积小、重量轻、效率高的优点。 作为直流电动机调速的有效手段，在运输车辆 上得到了广泛应用，如直流电网供电的城市无 轨电车、地铁列车、工矿电力机车、高速电动 机组以及由蓄电池供电的搬运车、叉车、电动 汽车等，使上述控制获得加速平稳、快速响应 的性能，并同时收到节能的效果。 半控性的器件只能通过一些强迫换流措施来实 现，造成线路复杂化和成本的提高，因此，直 流斩波器多以全控型的器件作为开关器件。
o 1 off
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第3章直流斩波电路
填空题：
1.直流斩波电路完成得是直流到________的变换。

2.直流斩波电路中最基本的两种电路是________和________。

3.斩波电路有三种控制方式：________、________和________。

4.升压斩波电路的典型应用有________和________等。

5.升降压斩波电路呈现升压状态的条件为________。

6.CuK斩波电路电压的输入输出关系相同的有________、________和________。

7.Sepic斩波电路和Zeta斩波电路具有相同的输入输出关系，所不同的是：________的电源电流和负载电流均连________的输入、输出电流均是断续的，但两种电路输出的电压都为________极性的。

8.斩波电路用于拖动直流电动机时，降压斩波电路能使电动机工作于第________象限，升压斩波电路能使电动机工第________象限，________电路能使电动机工作于第1和第2象限。

9.桥式可逆斩波电路用于拖动直流电动机时，可使电动机工作于第________象限。

10.复合斩波电路中，电流可逆斩波电路可看作一个________斩波电路和一个________斩波电路的组合；多相多重路中，3相3重斩波电路相当于3个________斩波电路并联。

简答题：
11.画出降压斩波电路原理图并简述其工作原理。

12.画出升压斩波电路原理图并简述其基本工作原理。

13.试分别简述升降压斩波电路和Cuk斩波电路的基本原理，并比较其异同点。

14.试绘制Speic斩波电路和Zeta斩波电路的原理图，并推导其输入输出关系。

15.分析题
图3-15a所示的
电流可逆斩波电
路，并结合题图
3-15b的波形，绘
制出各个阶段电
流流通的路径并标明电流方向。

16.对于题图3-16所示的桥式可逆斩波电路，若需使电动机工作于反转电动状态，试分析此时电路的工作情况，并绘制相应的电流流通路径图，同时标明电流流向。

17.多相多重斩波电路有何优点？
计算题：
18.在题图3-18所示的降压斩波电路中，已知E=200V，R=10Ω，L值极大，E M=30V，T=50μs,t on=20μs,计算输出电压平均值U o，
输出电流平均值I o。

19.在题图3-19所示的降压斩波电路中，E=100V，L=1mH，R=0.5Ω，E M=10V，采用脉宽调制控制方式，T=20μs，当t on=5μs时，计算输出电压平均值U o，输出电流平均值I o，计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。

当t on=3μs时，重新进行上述计算。

20.在题图3-20所示的升压斩波电路中，已知E=50V，L值和C值极大，R=20Ω，采用脉宽调制控制方式，当T=40μs，t on=25μs
时，计算输出电压平均值U o，输出电流平均值I o。

21.在题图3-21所示的升压斩波电路中，设E＝100V，R＝250W， ＝0.8，C＝∞。

(1)计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。

(2)计算输入输出功率。

22.如题图3-22所示降压斩波电路，设输入电压为200V，电感L是100mH, 电容C无穷大，输出接10W的电阻，电路的工作频率是50kHz，全控器件导通占空比 为0.5，求：
(1)输出直流电压U o，输出直流电流I o。

(2)流过IGBT的峰值电流。

(3)如果将IGBT的峰值电流减小为输出直流电流I o的110％，应改变什么参数，它的值是多大。