斩波电路工作原理

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Em所示

  工作原理，两个阶段

  t=0时V导通，E向负载供电，uo=E，io按指数曲线上升

  t=t1时V关断，io经VD续流，uo近似为零，io呈指数曲线下降

  为使io连续且脉动小，通常使L值较大

EV+-MRLVDioEMuo 图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

EETtEtttUonoffonono

（3-1）

导通占空比，简称占空比或导通比Uo最大为，减小，Uo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

REUImoo

（3-2）

电流断续时，uo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（PWM）或脉冲调宽型——T不变，调节ton

（2）频率调制或调频型——ton不变，改变T

（3）混合型——ton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

EVRLVDCioi1uo

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I1，同时C的电压向负载供电，因C值很大，输出电压uo为恒值，记为Uo。设V通的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为EI1ton

1 一、 降压式直流斩波电路（Buck）

1 原理分析

在控制开关IGBT导通期间，二极管VD反偏，电源E通过电感L向负载R供电，此间iL增加，电感L的储能也增加，导致在电感两端有一个正向电压Ul=E-U0，左正右负，这个电压引起电感电流iL的线性增加。

在控制开关IGBT关断toff期间，电感产生感应电势，左负右正，使续流二极管VD导通，电流iL经二极管VD续流，UL=-U0，电感L向负载R供电，电感的储能逐步消耗在R上，电流iL线性下降，如此周而复始周期变化。如图1-1。

RL+-CU0iD+-iLiVDEIGBT

图1 -1降压式直流斩波电路的电路原理图

2 建立仿真模型

根据原理图用MATLAB软件画出正确的仿真电路图，如图1-2。

图1-2降压式直流斩波电路的MATLAB仿真模型

仿真参数，算法（solver）ode15s，相对误差（relativetolerance）1e-3，开始

2 时间0.0结束时间2.0如图1-3。

图1-3 仿真时间参数

电源参数设置，电压100v，如图1-4。

图1-4 交流电源参数

晶闸管参数设置，如图1-5。

图1-5 晶闸管参数

3 电感参数设置，如图1-6。

图1-6 电感参数

电阻参数设置，如图1-7。

图1-7 电阻参数

二极管参数设置，如图1-8。

图1-8 二极管参数

4 电容参数设置，如图1-9。

图1-9 电容参数

3 仿真波形

设置触发脉冲占空比α分别为20%、40%、60%、80%。与其产生的相应波形分别如图1-10、图1-11、图1-12、图1-13。在波形图中第一列波为输出电压波形，第二列波为输入电压波形。

图1-10 α=20%降压式直流斩波电路仿真结果

5

图1-11 α=40%降压式直流斩波电路仿真结果

图-12 α=60%降压式直流斩波电路仿真结果

6

图1-13 α=80%降压式直流斩波电路仿真结果

4 小结

直流斩波电路工作原理

-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII 直流斩波电路工作原理及输出输入关系

升压斩波电路（Boost Chopper）

升压斩波电路

假设L和C值很大。

处于通态时，电源E向电感L充电，电流恒定1i，电容C向负载R供电，输出电压0u恒定。

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。

设V通态的时间为ont，此阶段L上积蓄的能量为ontEi1

设V断态的时间为offt，则此期间电感L释放能量为offtiEu10)(

稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等：

ontEi1=offtiEu10)(

化简得 EtTEtttuoffoffoffon0

offtT——升压比；升压比的倒数记作β ，即offtT

β和α的关系：a+β=1

所以输出电压为

EEu1110

升降压斩波电路

(buck -boost Chopper)

降压斩波电路

V通时，电源E经V向L供电使其贮能，此时电流为1i，同时，C维持输出电压恒定并向负载R供电，这时EuL。

V断时，L的能量向负载释放，电流为2i。负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，这时0uuL。

稳态时，一个周期T内电感L两端电压Lu对时间的积分为零，即

ToffonTtoffLtonLLtuEtdtudtudtuonon00)(0)(0

所以输出电压为：

EEtTtEttuoNonoffon10

（ont为 V处于通态的时间，offt为V处于断态的时间）

Cuk斩波电路

(a)电路图

(b) 等效电路

Cuk斩波电路及其等效电路

V通时，开关S合向B点，E—1L—V回路和R—2L—C—V回路有电流，这时2iiC。 V断时，开关S合向A点，E—1L—C—VD回路和R—2L—VD回路有电流，这时1iiC。

降压斩波电路工作原理

降压斩波电路是一种用于降低电源使用电压的电路。它的工作原理是基于一个简单的概念：当输入电压高于所需输出电压时，电路会剪切（斩波）输入电压的高峰，以产生所需的输出电压。

降压斩波电路通常由一个开关、一个电感元件（如电感线圈）和一个滤波电容组成。当开关关闭时，输入电压被斩波电路切断，不会传递到输出端。而当开关打开时，电感元件会储存电能，而滤波电容则会释放之前储存的电能，使得输出电压保持稳定。

具体工作原理如下：当输入电压高于所需输出电压时，开关关闭，电感元件储存电能，同时滤波电容将之前储存的能量释放到输出端，使得输出电压保持稳定。而当输入电压等于或低于所需输出电压时，开关打开，电感元件不再储存电能，滤波电容也不再释放能量，从而输出电压保持恒定。

通过控制开关的开关频率和开关的占空比，可以调整输出电压的大小。通常情况下，开关频率越高，输出电压越稳定，但也会增加功耗。而开关的占空比则决定了输入电压的斩波程度，对输出电压的稳定性和波形产生影响。

总而言之，降压斩波电路通过控制开关和电感元件的工作状态，以及滤波电容的存储和释放能量来实现输出电压的稳定降压。这种电路在电源适配器、直流电源等多种电子设备中广泛应用。