内容发布更新时间 : 2024/6/9 13:08:33星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

直流斩波电路分析

直流斩波电路（DC Chopper）：

?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（DC/DC Converter）

?一般是指直接将直流电变为另一直流电，不包括直流—交流—直流

?习惯上，DC—DC变换器包括以上两种情况，且甚至更多地指后一种情况 直流斩波电路的种类

?6种基本斩波电路：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电 路 、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路，其中前两种是最基本的电路 ?复合斩波电路——不同基本斩波电路组合

?多相多重斩波电路——相同结构基本斩波电路组合

12.1 基本斩波电路

重点介绍最基本的两种基本电路---降压斩波电路和升压斩波电路

12.1.1 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，如图中EM所示

LRio V

+iG

uEVDMoEM

-

a)

iG toffton

OtT

ioi1 i2

I10I20

t1tO

uo E

Ot b)iG toffton

iGOtTt ioxi1 i2

Ot2t1tI20 uoEE OtEM c)

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

工作原理

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

t=t1时刻控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小通常使串接的电感L值较大 数量关系

电流连续时，负载电压平均值 tt U o ? on E ? on E ? ? E

t?tT onoff

ton——V通的时间 toff——V断的时间 a--导通占空比

Uo最大为E ，减小占空比a，Uo随之减小。因此称为降压斩波电路。 负载电流平均值 Uo?EMI?o R

电流断续时，Uo被抬高，一般不希望出现

斩波电路三种控制方式（根据对输出电压平均值进行调制的方式不同而划分）

? 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

基于“分段线性”的思想，对降压斩波电路进行分析

V通态期间，设负载电流为i1，可列出如下方程：

L

设此阶段电流初值为I10，?=L/R，解上式得

tt????E?EM?i1?I10e??1?e?? （3-4） ??R??

V断态期间，设负载电流为i2，可列出如下方程：

diL2?Ri2?EM?0（3-5） dt

设此阶段电流初值为I20，解上式得：

tt????E?? （3-6） i2?I20e??M?1?e??R??

) （3-7） 当电流连续时，有： I 10 ? i 2 ( t 2

di1?Ri1?EM?Edt（3-3）

I20?i1(t1)（3-8）

即V进入通态时的电流初值就是V在断态阶段结束时的电流值，反过来，V进入断态时的电流初值就是V在通态阶段结束时的电流值。 由式（3-4）、（3-6）、（3-7）、（3-8）得出：

?et1/??1?EEM?e???1 ?EI10?? ? （3-9） ?e??1?m??eT/??1??R?R????R ? ? ?t1/?????1?e?EEM?1?e? E （3-10） ???I20?????m????R ? 1? e?T/ ?????RR?1?e

? t1??T?? ?式中: ? ? T /? ；m ? E M / E ； t1/? ? ? ? ????T????

由图3-1b可知，I10和I20分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值。

把式（3-9）和式（3-10）用泰勒级数近似，可得 ???m?E I 10 ? I 20 ? ? I o （3-11）

R

上式表示了平波电抗器L为无穷大，负载电流完全平直时的负载电流平均值Io，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。

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

在整个周期T中，负载一直在消耗能量，消耗的能量为

2 RI T ? E I T

oMo

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，即

2 EI o t on ? RI o T ? E （3-12） MIoT 则

??R

在上述情况中，均假设L值为无穷大，负载电流平直的情况。这种情况下，假设电源电流平均值为I1，则有

t ?E?EM I o ? （3-13）

I1?onTIo??Io