第3章 直流-直流变换电路讲解

EI1 DEIo Uo Io
I1

ton T
Io

DI o
输出功率等于输入功率，可将降压斩波器看作直流降压变压器。
3.1.2 升压斩波电路
升压斩波电路 （Boost Chopper）
1) 升压斩波电路的基本原理
电路结构 储存电能
iL
L
id
VD
io
Ud
uS
S
C Uo R
保持输 出电压
3.1.2 升压斩波电路
iL转而上升。iL连续。
3.1.1 降压斩波电路
数量关系
uL在一个开关周期内的平均值UL为0
iL (t) iL (t Ts )
UULLL
11 TTSSS
0T00TTSSSuuLLL((tt))ddttT1T1SSS
TTTSSSLLddiiLLL((tt))ddtt 000 ddtt
3.1.1 降压斩波电路
降压斩波电路
（Buck Chopper)
电路结构
全控型器件 若为晶闸管，须
有辅助关断电路。
续流二极管
在分析DC/DC电路和推导中常用到两个重要的概念： 在稳态条件下电感两端电压在一个开关周期内的平均值为零， 同时电容电流在一个开关周期内的平均值为零。
3.1.1 降压斩波电路
斩波电路的基本原理和控制方式
斩波电路的电路图和输出电压波形
Uo

ton ton toff
E

ton T
E
DE
斩波电路三种控制方式
此种方式 应用最多
T不变，变ton —脉冲宽度调制（PWM）。
ton不变，变T —频率调制。
ton和T都可调，改变占空比—混合型。
Hale Waihona Puke Baidu
3.1 基本斩波电路
3.1.1 降压斩波电路 3.1.2 升压斩波电路 3.1.3 升降压斩波电路 3.1.4 Cuk斩波电路 3.1.5 Sepic斩波电路 3.1.6 Zeta斩波电路
3.1.1 降压斩波电路
工作原理—断续
t=0时S导通，电源Ud向电容充 电，并给负载R供电，产生负
载电流io。同时，L储能，iL上 升，uL极性为左正右负。 t=t1 时 ， S 关 断 ， L 释 放 能 量 ， uL极性为左负右正，VD导通。 L通过VD续流释放能量，并给
负载R供电，iL不断减小。 由于L值较小或者负载过轻，t2 时iL减小到零。S关断且iL为零、 电容给负载供电：VD关断，iL 和 uL 保 持 零 值 。 S 两 端 电 压 为 Ud-Uo 。 直 到 t3 时 刻 iL 从 零 上 升 。
D
0
0<D<1, 降压斩波电路。
3.1.1 降压斩波电路
工作原理
Uo

ton Ts
Ud

DU d
假设电感L值足够大，则负载电流波
形平直，并设电源电流平均值为Id， 负载电流平均值为Io
Id

ton TS
Io

DIo
Ud Id Ud DIo Uo Io
输出功率等于输入功率，可将降 压斩波电路看作直流降压变压器
第3章 直流-直流变流电路·引言
直流-直流变流电路 将直流电变为另一固定或可调电压的直流电。 可 以 直 接 将 直 流 电 变 为 另 一 直 流 电 （ DC Chopper），也可以是直流—交流—直流（变 压器耦合式）。
应用：
直流电动机调速 、开关电源、功率因数校正 优势（相对于可控整流）：
谐波含量减小，功率因数大幅提高; 高频，可减小滤波装置的体积。
11
TTSSS
0T00TTSSSLLddiiLLL((tt))TLTLSSS ((iiLLL((TTSSS))iiLLL((00)))00
ULTSUT=1oSton0T+StToutsnoLUfdftd(UUUDddoUUd oTtT)otSSnon
U to off
0
iViS
t
未减小到零。随着V的再次开 0
t
通， iL转而上升，下一个开关
io 0
周期开始。电感电流连续。
t0
t1
t2
t
3.1.2 升压斩波电路
工作原理
电流连续与否的临界条件
从能量传递关系出发进行的推导
由于L为无穷大，故负载电流维持为Io不变
电源只在V处于通态时提供能量，为 EIoton
在整个周期T中，负载消耗的能量为 RI o2T EMIoT
一周期中，忽略损耗，则电源提供的能量与负载消耗的能量相等。
EIoton RI o2T EMIoT
Io

DE EM R
iG ton toffa) 电路图 io i1T t1 i2
t
t=t1时控制V关断，二极管VD 续流，负载电压uo近似为零，
uo
E
t
负载电流呈指数曲线下降。
O iG
t on
b)电流连续时的波形 t off
t
通常串接较大电感L使负载电
T
流连续且脉动小。
io i1
t
uo E
E
t
EM
t
c) 电流断续时的波形
工作原理
V处于通态时，电源E向电感L
充电， L储能，iL上升，uL极性
左正右负。二极管VD处于断态。
当V关断时，VD导通，E与L共 Sg
ton
toff
同向C充电，并向R提供能量。
L释放能量， iL下降， uL的极
uuV0S
0
Uo
t
性左负右正。
i1iL
t
由于电感较大， iL下降缓慢，
直到t2时刻V再次开通时， iL仍
工作原理
当t=0时S导通，电源Ud向电容充 电，并给负载R供电，产生负载
电流io。同时，L储能，iL上升， uL极性为左正右负，VD处于断态。 t=t1时，S关断，L通过VD续流释 放能量，并给负载R供电，iL不断 减小。uL极性为左负右正，VD导 通。
通常串接较大电感L， iL减小缓 慢，直到t2时刻S再次开通时，iL 仍未减小到零。随着S的再次开通，
3.1.1 降压斩波电路
3.1.1 降压斩波电路
用于直流电机调速 电流连续
负载电压平均值：
Uo

ton ton toff
E
ton T
E DE
ton——V通的时间 toff——V断的时间 D--导通占空比
负载电流平均值：
Io
Uo
EM R
电流断续，Uo被抬高，一般不希望出现。
3.1.1 降压斩波电路
3.1.1 降压斩波电路
工作原理—断续 U0比连续时被抬高。
电流连续与否的临界条件：
L

1 D 2
RTS
L io R V
VD
E iG
u
o
+ EM
M
-
3.1.1 降压斩波电路 V L io R
用于直流电机调速
VD
E iG
uo
+ EM M
-
t=0时刻驱动V导通，电源E向
负载供电，负载电压uo=E，负 载电流io按指数曲线上升。