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直流斩波电路工作原理

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- - -优质专业- 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

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- - -优质专业- 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）

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- - -优质专业- 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。

输出电压的极性与电源电压极性相反。电路相当于开关S在A、B两点之间交替切换。 -

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- - -优质专业- 稳态时电容C的电流在一周期的平均值应为零，也就是其对时间的积分为零，即

012)(0)(0offonTtoffCtonCTCtitidtidtidtionon

（ont为V处于通态的时间， offt为V处于断态的时间）

由此可得：

112onononoffttTttii

假设电容C很大使电容电压Cu的脉动足够小。

当开关S合到B点时，B点电压Bu=0，A点电压CAuu；

当S合到A点时，CBuu，Au=0。因此，B点电压Bu的平均值为ConoffBUttU（CU为电容电压Cu的平均值），又因电感1L的电压平均值为零，所以ConoffBUttUE。另一方面，A点的电压平均值为ConAUTtU，且2L的电压平均值为零，按上图（b）中输出电压0U的极性，有CoNUTtU0。于是可得出输出电压0U与电源电压E的关系为：

EEtTtEttUonononoff10

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- - -优质专业-

Sepic斩波电路

Sepic斩波电路

V处于通态时，E—1L—V回路和1C—V—1L回路同时导电，1L和2L贮能。

V处于断态时，E—1L—1C—VD—负载回路及2L—VD—负载回路同时导电，此阶段E和1L既向负载供电，同时也向1C充电（1C贮存的能量在V处于通态时向2L转移）。

V导通时，EuL1 12CLuu

V关断时，101CLuuEu

02uuL

稳态时电感1L和1L的电压在一周期的平均值应为零，也就是其对时间的积分为零，即

0)(10)(10)(101offConTtonLtonLTLtuuEEtdtudtudtuonon

001)(20)(202offonCTtonLtonLTLtutudtudtudtuonon

由以上两式解得输入输出关系为：

EEtTtEttUononoffon10

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- - -优质专业- Zeta斩波电路

Zeta斩波电路

V处于通态期间，电源E经开关V向电感L1贮能。

V关断后，1L－VD－1C构成振荡回路， 1L的能量转移至1C，能量全部转移至1C上之后，VD关断，1C经2L向负载供电。

V导通时，EuL1 012uuEuCL

V关断时，11CLuu

02uuL

稳态时电感1L和1L的电压在一周期的平均值应为零，也就是其对时间的积分为零，即

01)(10)(101offConTtonLtonLTLtuEtdtudtudtuonon

0)(001)(20)(202offonCTtonLtonLTLtutuuEdtudtudtuonon

由以上两式解得输入输出关系为：

EEtTtEttUononoffon10

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直流斩波电路设计

直流斩波电路设计

第一章 电路总体思路，基本结构和原理框图

1.1 电路总体思路

直流斩波电路功能是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。

在设计直流斩波电路过程中，日常所用的电源一般都是220V交流电，在设计中首先通过变压器降压，然后用整流电路将交流电转变为直流电，经过绿波电路滤掉高次谐波，从而获得直流斩波电路的输入电压。控制和驱动电路，采用直接产生PWM的专用芯片SG3525，该芯片的外围电路只需简单的连接几个电阻电容，就能产生特定频率的PWM波，通过改变IN+输入电阻就能改变输出PWM波的占空比，故在IN+端接个可调电阻就能实现PWM控制。为了减少不同电源之间的相互干扰，SG3525输出的PWM经过光电耦合之后才送至驱动电路，通过驱动电路对信号进行放大，放大后的电压可以直接驱动IGBT。此电路具有信号稳定，安全可靠等优点。因此他适用于中小容量的PWM斩波电路。过压和过流保护电路，均采用反馈控制,将过流过压信号反馈到芯片SG3525的输入，从而起到调节保护作用。

1.2 基本结构

直流斩波电路一般主要可分为主电路模块，控制电路模块和驱动电路模块三部分组成。

主电路模块， 主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和直流斩波电路组成，其中主要由全控器件IGBT的开通与关断的时间占空比来决定输出电压u。的大小。

控制电路模块，可用直接产生PWM的专用芯片SG3525来控制IGBT的开通与关断。

驱动电路模块，驱动电路把控制信号转换为加在IGBT控制端和公共端之间，用来驱动IGBT的开通与关断。

1.3 原理框图

电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路，驱动电路，保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断。来完成整个系统的功能。因此，一个完整的降压斩波电路也应包括主电路，控制电路，驱动电路和保护电路这些环节。

斩波电路

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

buck斩波电路原理

buck斩波电路原理

buck斩波电路原理

Buck斩波电路是一种电压降低电路，用于从输入电源提供较低的输出电压。它基于PWM（脉宽调制）控制技术，通过周期性地开关和关闭开关器件来控制输出电压。

Buck斩波电路的原理如下：

1. 输入电源：Buck斩波电路的输入电源通常是直流电源，其中包括输入电压Vin和输入电流Iin。

2. 开关器件：Buck斩波电路包括一个开关器件，通常是MOSFET（金属氧化物半导体场效应管）或BJT（双极晶体管）。该开关器件用于周期性地开关和关闭来控制电压降低。

3. 电感：Buck斩波电路还包括一个电感，用于储存电能并控制电流。

4. 输出电压：Buck斩波电路的输出电压是通过周期性地开关和关闭开关器件来控制的。当开关器件闭合时，电流通过电感，积累电能。当开关器件打开时，电流不能立即停止，因此通过电容将其平滑成输出电流，并使其从输出端提供给负载。

5. PWM控制：Buck斩波电路通过PWM控制技术来控制开关器件的工作周期和占空比。PWM控制器将输入电压与输出电压进行比较，并根据比较结果调整开关器件的工作周期和占空比，以保持输出电压稳定。

总体而言，Buck斩波电路利用PWM控制技术将输入电压转化为稳定的输出电压。它适用于许多电源应用，例如电子装置和车辆电子系统。

降压斩波电路

降压斩波电路

. ...

..

. .. .c 单相、三相不可控电流蓄 电 池滤波电容DC--DC变换器负载

题 目 直流降压斩波电路

一、直流斩波电路的技术特点及应用方面

直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的 DC-DC 变换器 ,在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用.随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路 . 直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等领域得到了广泛的应用。

直流变换技术已被广泛的应用于开关电源及直流电动机驱动中，如不间断电源（UPS）、无轨电车、地铁列车、蓄电池供电的机动车辆的无级变速及20世纪80年代兴起的电动汽车的控制。从而使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能，并同时收到节约电能的效果。直流变换系统的结构如下图-1所示。由于变速器的输入是电网电压经不可控整流而来的直流电压，所以直流斩波不仅能起到调压的作用，同时还能起到有效地抑制网侧谐波电流的作用。

直流变换系统结构图

. ...

..

. .. .c EVDLRVEm