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
E
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
E E T
t E t t t U on
off on on o α==+=
（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 Converter ）。 负载电流平均值
R
E U I m o o -= （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（PWM ）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T （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
R
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 I1t 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()
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
()off o on t I E U t EI 11-=
（3-20）
化简得：
E t T E t t t U off
off
off
on o =+=
（3-21）
1/≥off t T ，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
off t T /——升压比，调节其即可改变U o 。将升压比的倒数
记作β，即T
t off =
β。β和导通占空比α有如下关系：
1=+βα （3-22）
因此，式（3-21）可表示为
E E U o α
β-==11
1
（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（Powe r Fa c tor Corr ec tion —
PFC ）电路
✧ ✧ 用于其他交直流电源中
a)
E
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
V 处于通态时，设电动机电枢电流为i 1，得下式
m E Ri t
i L =+11d d （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
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛
-+=--
ττ
t m t
e R
E e
I i 1101
（3-28）
当V 处于断态时，设电动机电枢电流为i 2，得下式：
E E Ri t
i L m -=+22d d （3-29）
设i 2的初值为I 20，解上式得：
⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛
---
=--
ττ
t m t
e R
E E e
I i 1202 （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：
R E e e m R E e e R E I T
t m off
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛---=⎪⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛---=----
ρβρ
τ
τ111110
（3-33）
R E e e e m R E e e e R E I T
T t m on
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛---=⎪⎪⎪⎭
⎫
⎝
⎛---=-----
-ρρ
αρτ
ττ1120
（3-34）
把上面两式用泰勒级数线性近似，得
()R
E
m I I β-==20
10
（3-35）
该式表示了L 为无穷大时电枢电流的平均值I o ，即
()R
E
E R E m I m o ββ-=-=
（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
ρ
βρ----<
e e m 11
（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
