第三章第三节正文

第三章第三节正文

直流-直流变流电路（DC/DC Converter）包括直接直流变 流电路和间接直流变流电路。 直接直流变流电路

也称斩波电路（DC Chopper）。

功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。

一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。 间接直流变流电路

在直流变流电路中增加了交流环节。

在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称为直—交—直电路。 降压斩波电路（Buck Chopper） 电路分析 （1）使用一个全控型器件V，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。 （2）设置了续流二极管VD，在V关断时给负载中电感电流提供通道。

（3）主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。 工作原理

（1）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。

（2）t=t1时控制V关断，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，通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。

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 基本的数量关系

电流连续时，负载电压的平均值为

onon o onoff

式中，ton为V处于通态的时间，toff为V处于断态的时间，T占空比，简称占空比或导通比。

om负载电流平均值为

o

电流断续时，负载电压uo平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况 斩波电路有三种控制方式：

（1）脉冲宽度调制（PWM）：T不变，改变ton。 （2）频率调制：ton不变，改变T。

（3）混合型：ton和T都可调，改变占空比。

升压斩波电路 工作原理

假设L和C值很大。

V处于通态时，电源E向电感L充电，电流恒定I1，电容C向负载R供电，输出电压Uo恒定。

V处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。 基本的数量关系

onoff

o

offoff

当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等，即

iGE

tU?t?ttE?E??ETU?EI?RU?t?ttTE?Et

EI1ton??Uo?E?I1toff0io

I1 0 上式中的 T/toff?1

（a）

(b) 升压斩波电路及其工作波形 a）电路图 b）波形 ?将升压比的倒数记作β，即

β?toff/T ，则β和导通占空比α有如下关系

α+β=1

可以表示为

o

输出电压高于电源电压，关键有两个原因：一是L储能之后具有使电压泵升的作用，二是电容C可将输出电压保持住。

?如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载R消耗，即

1U?E?E?1??1EI1?UoIo

Uo1EIo??R?R

输出电流的平均值Io为

Uo1EI1?Io?2E?R

电源电流I1为

升降压斩波电路和Cuk斩波电路 升降压斩波电路 工作原理

V导通时，电源E经V向L供电使其贮能，此时电流为i1，同时C维持输出电压恒定并向负载R供电。

V关断时，L的能量向负载释放，电流为i2，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。

基本的数量关系

稳态时，一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零，即当V处于通态期间，uL=E；而当V处于断态期间，uL=-uo。于是：

E?ton?Uo?toff

a）

i t t 1 on off

I L

o

t

i

2 I

L

o

t

b)

升降压斩波电路及其波形

a）电路图 b）波形

onon所以输出电压为

o

offon

改变导通比α，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<α<1/2时为降压，当1/2<α<1时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路。

电源电流i1和负载电流i2的平均值分别为I1和I2，当电流脉动足够小时，有

on1

tU?ttE?T?t?E?E1??tI?I2toff

有上式可得

如果V、VD为没有损耗的理想开关时，则输出功率和输入功率相等，即

I2ton?I1toff

Cuk斩波电路及其等效电路

a） 电路图 b） 等效电路 Cuk斩波电路 工作原理

V导通时，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路分别流过电流。 V关断时，E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路分别流过电流。 输出电压的极性与电源电压极性相反。 基本的数量关系

T C的电流在一周期内的平均值应为零，即

即 C0 1o2

offon2从而可得

1onon off 211 on

由L1和L2的电压平均值为零，可得出输出电压Uo与电源电压E的关系

onon

o

offon

与升降压斩波电路相比，Cuk斩波电路有一个明显的优点，其输入电源电流和输出负载电流

EI?UItI?It?idt?0T?t?t1????I?ttI?1???ItU?ttE?T?t?E?E1??都是连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波。