第5章 斩波电路2016分析

U0 D 1 D E
图5.21 Zeta斩波电路
图5.8 升压型斩波器主电路临界导通时的电压和电流的波形
5.3.2 连续导电模式
电流连续时升压型斩 波电路的工作波形如 图5.9所示。 输出电压
U0 T t o ff E 1 1 D E
图5.9 升压型斩波器电压与电流波形
5.3.3 断续导电模式
当E和D保持不变时， 若输出负载功率逐步 减小，其电流也逐步 减小。当小于临界电 流时，电流就会出现 断续，虽然电流峰值 ILm不变，但其输出 功率将减小。
图5.19 Cuk电路断续工作波形
5.6 其他形式斩波电路
5.6.1 Sepic斩波电路
5.6.2 Zeta斩波电路
5.6.1 Sepic斩波电路
图5.20是Sepic斩波电路的主 电路图。当VT处于通态时， E—L1—VT回路和C1—VT— L2回路同时导电，L1和L2储 能。VT处于断态时，E— L1—C1—VD—负载(C2和R) 回路及L2—VD—负载回路同 时导电，此阶段E和L1既向负 载供电，同时也向C1充电， C1储存的能量在VT处于通态 时向L2转移。 Sepic斩波电路的输入/输出关 系由下式给出： t E D E U
L
图5.5 断续状态下斩波器输出波形
5.2.4 输出电压纹波
斩波电路的输出端电 容不可能无穷大，而 是一个有限值，所以 输出电压含有脉动成 分。
图5.7 降压斩波电路的输出纹波
5.3 升压斩波电路(Boost电路)
5.3.1 电路结构与基本原理
5.3.2 连续导电模式 5.3.3 断续导电模式 5.3.4 输出电压纹波
5.2.1 电路结构与基本原理
假设VT、VD均为理想开关元件，并设VT的一个控制周期 为T。在t = 0时刻驱动VT导通，在ton导通期间内，电感L 中有电流通过，电流按指数曲线缓慢上升，负载电压等于 电源电压E。t = t1时刻，VT关断，负载电流经续流管VD 释能，输出电压近似为零，负载电流呈指数曲线下降。

直流斩波电路
斩波器的原理
E
Q
+
uO
–
iO
负载RL为理想电阻，Q为开关；
分析：
RL Q接通，则uO=E，RL中流过电流iO；
Q断开，则uO=0，iO=0 。
to uO
n
toff
E
UO
波形：
ton --导通时间 toff --关断时间
直流斩波电路采用斩控方式，比相控
方式性能更佳，因而应用广泛。
5.1.1 降压斩波电路(Buck Chopper)
V D 1 u o
M E M ioiV 1 iD 1
O iD 2 iV 2
t
a )
b )
电流可逆斩波电路及其波形
a） 电路图
b） 波形
V2和VD2构成升压斩波电路，把直流电动机的动能转 变为电能反馈到电源，使电动机作再生制动运行，工作 于第2象限
V1和VD1构成降压斩波电路，由电源向直流电动机供 电，电动机为电动运行，工作于第1象限
设v通的时间为ton此阶段l上积蓄的能量为升压斩波电路及其工作波形a电路图b波形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51210v2和vd2构成升压斩波电路把直流电动机的动能转变为电能反馈到电源使电动机作再生制动运行工作于第2象限v1和vd1构成降压斩波电路由电源向直流电动机供电电动机为电动运行工作于第1象限电流可逆斩波电路及其波形a电路图b波形521电流可逆斩波电路11522使v4保持通时等效为下图所示的电流可逆斩波电路向电动机提供正电压可使电动机工作于第12象限即正转电动和正转再生制动状态使v2保持通时v3vd3和v4vd4等效为又一组电流可逆斩波电路向电动机提供负电压可使电动机工作于第34象限桥式可逆斩波电路12

二、连续导电模式
1、波形分析
稳态时，Vo基本恒定， IC=0，UL=0， I0=ID ， Id=IL
VG
(a)
t
TS vL
Vd
(Vd )
(b)
t
iL
TS
(Vd Vo )
忽略电路损耗，Pd=Po，即： (c) 0
(IL Id )
t
UdId=UoIo
i d ton
toff
(d) 0
t
iD
第 5章
直流变换器(DC-DC变换器 )
概述
1、直流电压的调节方式
（1）线性调节方式 通过与负载相串联的线
性元件来调节电压
损耗大、效率低
（2）开关调节方式
通过电子开关的闭 合/断开来调节电压
+
Vd
-
voi
Vo R(负载) (a)
Vd
0
Vo
t
ton
toff
TS

1 fs
(b)
图5.1 纯电阻负载的降压变换器电路图
+
UC1 UL2 C
S
-
R Uo
+
+ + L1 - +
UC1 -
Ud
UL1
S
-
- L2 + UL2 C
-
R Uo
+
（a）T导通
（b）T截止
图5.17 连续导电模式下丘克变换器等效电路图
二、连续导电模式
1、波形分析
稳态时， UC1 、Uo基本恒定，IC1=0， IC2=0， UL1=0， UL2=0
U o ton D U d Ts

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。