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直流斩波电路的性能研究一、实验目的：1、通过对基本斩波电路的设计，掌握基本斩波电路的工作原理，综合运用所学的知识，进行电路及系统设计的能力。
2、了解与熟悉基本斩波电路的拓扑结构、控制方法。
3、理解和掌握基本斩波电路及系统的主电路，控制电路和保护电路的设计方法，掌握元器件的选择、计算方法。
4、具有一定的电力电子电路及系统实验和调试的能力。
二、设计思路：1、电源电路电源电路采用电容滤波的二极管不控整流电路，220V单相交流电经220V/24V变压器，降为24V交流电，再经二极管不控整流电路及滤波电容滤波后，变为平直的直流电，其幅值在22V~36V之间。
2、主电路主电路选用基本斩波电路（buck斩波电路、boost斩波电路、buck-boost 斩波电路）中任选一种，开关管选用电力MOSFET。
buck电路的负载为36V、25W白炽灯；boost、buck-boost电路的负载为110V、25W白炽灯。
注意：boost、buck-boost电路中，占空比不要超过65%，否则电压大于100V。
3、控制电路的选择与确定3.1 脉冲发生器（NE555、TL494、SG3525等，网上自己搜索典型应用电路）3.2 驱动电路（IR2111、IR2110、TLP250等或三极管驱动，自己搜索使用）三、实验步骤：1、用万用表测量电源电路（24V整流电路输出）的数值。
2、用示波器观察控制电路输出脉冲的宽度和幅值，观察它的变化。
3、在脉冲信号和电源电路都正常的情况下，连接系统、调试。
4、改变占空比，分别测试白炽灯负载的电压、MOSFET的电压UDS 、UGS。
四、设计要求：1、三种主电路形式：buck斩波电路、boost斩波电路、buck-boost斩波电路，每班任选一种类型（保证三种斩波电路都有选择）。
2、主电路都有三种控制电路形式，即脉冲发生器的形式不同（NE555、TL494、SG3525等，网上自己搜索典型应用电路），每班2-3人一组，每组任选一种控制电路形式（保证每班三种控制电路都有选择）。
简述斩波电路的控制方式【知识专栏】深度解析斩波电路的控制方式导语：斩波电路作为一种常用的电路拓扑结构，在电力电子领域具有广泛的应用。
本文将深入探讨斩波电路的控制方式，从简述到详细解析，帮助读者全面了解该主题。
一、斩波电路的基本原理斩波电路是一种电压型逆变器，通过将直流电源转换为交流电源，广泛应用于交流驱动、逆变器和电力传输系统等领域。
在斩波电路中，控制方式起着至关重要的作用，决定着电路的性能和稳定性。
控制方式主要包括PWM控制和SVPWM控制两种。
二、PWM控制方式PWM控制方式是最为常见的斩波电路控制方式之一。
它通过改变开关器件的导通和断开时间，将输出波形近似于一个脉宽可变的方波。
PWM控制方式具有设计灵活、成本较低的优点，同时能够有效控制输出电压的幅值和频率。
1. PWM控制方式的基本原理PWM控制方式通过控制电路中开关器件的导通时间和断开时间，使得输出电压在合适的时间周期内达到理想的波形。
以单相全桥逆变器为例，通过控制开关管的导通和断开，实现对输出电压的控制。
当开关管导通时，电源电压将通过滤波电感传递给负载；当开关管断开时，电路通过反向二极管形成回路，继续将能量传递给负载。
2. PWM控制方式的特点和应用PWM控制方式具有输出信号质量高、谐波含量低、可调节性好等特点，广泛应用于交流电机调速、电动车充电器和太阳能逆变器等领域。
通过合理选择调制波形和PWM信号频率，可以达到高效能转换和低功率损耗的目的。
三、SVPWM控制方式SVPWM控制方式是近年来发展起来的一种高级控制技术。
与传统的PWM控制方式相比，SVPWM控制方式在电压波形质量和动态响应方面具有更好的性能。
SVPWM控制方式通过对电流、电压的矢量处理，实现对输出电压的精确控制。
1. SVPWM控制方式的基本原理SVPWM控制方式通过在线旋转坐标系下的矢量控制，将三相交流电压拆分为两个独立的正弦波信号，然后根据控制目标生成逆变器的调制信号。
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 中化所示>工作原理，两个阶段◊20时V导通，E 向负载供电，i0 按指数曲线上升◊“厂时V关断，几经VD续流，/近似为零，人呈指数曲线下降◊为使几连续且脉动小，通常使厶值较大电流连续时，负载电压平均值(3-1 )一一导通占空比，简称占空比或导通比久最大为，减小，伉随之减小---------------降压斩波电路。
也称为Buck变换器(Buck Converter )。
负载电流平均值° R(3-2)电流断续时，u<>平均值会被抬髙，一般不希望出现斩波电路三种控制E=t-f E=aE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% + T off方式（1）脉冲宽度调制（PWM）或脉冲调宽型——卩不变，调节ton（2）频率调制或调频型——治不变，改变T（3 ）混合型------ 匚n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◊V通时，E向厶充电，充电电流恒为厶，同时Q 的电压向负载供电，因C 值很大，输出电压乩为恒值，记为伉。
设V通的时间为f o…,此阶段厶上积蓄的能量为Eh t.n◊V断时，£和厶共同向Q充电并向负载斤供电。
设V断的时间为化ff,则此期间电感厶释放能量为（匕-呱VDo图3-2 升压斩波电路及其工作波形a）电路图工作原理◊假设0值、C值很大b）波形◊ 稳态时，一个周期7中厶积蓄能量与释放能量相等化简得：输出电压高于电源电压，故称升压斩波电路。
也称之为boost 变换器齐一升压比，调节其即可改变几将升压比的倒数记作，即"半(3-22)U° \-a E升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因 厶储能之后具有使电压泵升的作用 电容Q 可将输出电压保持住直流电动机传动 单相功率因数校正(Power Factor Correct i on — PFC )电路用于其他交直流电源中(3—20)/二 U” E ==Eoff(3-21)off和导通 占空比有如下关系：因此，(3-21 )可表示为(3-23)2.升压斩波电路的典型应用图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。
基本斩波电路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E m所示➢➢工作原理，两个阶段✧✧t=0时V导通，E向负载供电，u o=E，i o按指数曲线上升✧✧t=t1时V关断，i o经V D续流，u o近似为零，i o呈指数曲线下降✧✧为使i o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）α——导通占空比，简称占空比或导通比U o最大为E，减小α，U o 随之减小——降压斩波电路。
也称为Buc k变换器（Buc k C onver ter）。
负载电流平均值（3-2）电流断续时，u o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（P W M）或脉冲调宽型——T不变，调节t o n（2）频率调制或调频型——t o n不变，改变TE V+-MVDioEMuoEETtEtttU onoffononoα==+=REUI moo-=（3）混合型——t o n 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I 1，同时C 的电压向负载供电，因C 值很大，输出电压u o 为恒值，记为U o 。
设V 通的时间为t o n ，此阶段L 上积蓄的能量为E I 1t o n ✧ ✧ 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t o f f ，则此期间电感L 释放能量为EV RL VDCi oi 1u o()off o t I E U 1-✧ ✧ 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U o 。
将升压比的倒数记作β，即。
β和导通占空比α有如下关系：（3-22）因此，式（3-21）可表示为（3-23）➢➢升压斩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（Pow er Factor C or rec tion —P F C ）电路 ✧ ✧ 用于其他交直流电源中()off o on t I E U t EI 11-=E t T E t t t U offoffoffon o =+=1/≥off t T off t T /Tt off =β1=+βαE E U o αβ-==111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，因此不必并联电容器。
➢➢电路分析基于“分段线性”的思想进行解析MttTEiO OtO TOEtVDL V a)E Mu oi 1i 2I 10I 20I 10t ont offu oi oi 1i 2t 1t 2t x t ont off I 20u oV 处于通态时，设电动机电枢电流为i 1，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i 1的初值为I 10，解上式得（3-28）当V 处于断态时，设电动机电枢电流为i 2，得下式：（3-29） 设i 2的初值为I 20，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 =t o n 时刻i 1=I 20，t =t o f f 时刻i 2=I 10，由此可得：（3-33）（3-34）把上面两式用泰勒级数线性近似，得m E Ri ti L =+11d d ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=--ττt m te RE eI i 1101E E Ri ti L m -=+22d d ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=--ττt m te RE E eI i 1202R E e e m R E ee R E I Tt m off⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=----ρβρττ111110R E e e e m R E ee e R E I TT t m on⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=------ρραρτττ1120（3-35）该式表示了L 为无穷大时电枢电流的平均值I o ，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（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Cu k 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()REm I I β-==2010()REE R E m I m o ββ-=-=ρβρ----<e e m 11VD ERLa)CV i 1i 2u Lu oI L otb)oti i 2t on t offI Ia ）电路图b ）波形设L 值很大，C 值也很大。
使电感电流i L 和电容电压即负载电压u o 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i 1。
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i 2。
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u L 对时间的积分为零，即（3-39）当V 处于通态期间，u L = E ；而当V 处于断态期间，u L = - u o 。
于是：（3-40）所以输出电压为：（3-41）改变α，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。
当0<α <1/2时为降压 当1/2<α <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C uk 斩波电路的原理图及其等效电路。
⎰=TL t u 00d off o on t U t E ⋅=⋅E E t T t E t t U on on off on o αα-=-==1图3-5 Cu k 斩波电路及其等效电路 a ） 电路图 b ） 等效电路✧ ✧ V 通时，E —L 1—V 回路和R —L 2—C —V 回路分别流过电流 ✧ ✧ V 断时，E —L 1—C —V D 回路和R —L 2—V D 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ERVDa)CV 12u oRCB A SEi 112i 2u Au Bu o+-RCB A SEi 112i 2u Au Bu o+-b)稳态时电容C 的电流在一周期内的平均值应为零，也就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t o n ，则电容电流和时间的乘积为I 2t o n 。
开关S 合向A 点的时间为V 处于断态的时间t o f f ，则电容电流和时间的乘积为I 1 t o f f 。
由此可得（3-46）从而可得（3-47）当电容C 很大使电容电压u C 的脉动足够小时，输出电压U o 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u B =0，A 点电压u A = -u C ； 当S 合到A 点时，u B = u C ，u A =0 因此，B 点电压u B 的平均值为（U C 为电容电压u C 的平均值），又因电感L 1的电压平均值为零，所以。
另一方面，A 点的电压平均值为，且L 2的电压平均值为零，按图3-5b 中输出电压U o 的极性，有。
于是可得出输出电压U o 与电源电压E 的关系：（3-48）⎰=TC t i 00d off on t I t I 12=αα-=-==112on on on off t t T t t I I C off B U Tt U =C off B U Tt U E ==C onA U Tt U -=C ono U T t U =E E t T t E t t U on on off on o αα-=-==1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 Se pic 斩波电路和Ze ta 斩波电路图3-6分别给出了Sepic 斩波电路和Ze ta 斩波电路的原理图。
图3-6 S ep i c 斩波电路和Z e t a 斩波电路 a ）S ep i c 斩波电路 b ）Z e t a 斩波电路Sepic 斩波电路的基本工作原理是：当V 处于通态时，E —L 1—V 回路和C 1—V —L 2回路同时导电，L 1和L 2贮能。
V 处于断态时，E —L 1—C 1—VD —负载（C 2和R ）回路及L 2—VD —负载回路同时导电，此阶段E 和R VDE Vb)RVD E a)V i 1L 1C 1u C1i 2L 2C 2u oi 1C 1L 1u o C 22L 1既向负载供电，同时也向C 1充电，C 1贮存的能量在V 处于通态时向L 2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L 1贮能。
同时，E 和C 1共同向负载R 供电，并向C 2充电。
待V 关断后，L 1经V D 向C 1冲电，其贮存的能量转移至C 1。
同时，C 2向负载供电，L 2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，Ze ta 电路的输入、输出电流均是断续的。
