第三章 直流斩波电路

第三章 本章主要内容1) 2) 3) 4) 斩波控制原理 BUCK斩波电路 BOOST斩波电路 复合斩波电路

直流斩波电路

本章重点

基本概念、降压斩波、升压斩波电路的电路图、工作原 理、基本计算(k、T、Uo)

第 1页

3.1 斩波控制原理 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。 也称为直流--直流变换器(DC/DC Converter)。 一般指直接将直流电变为另一直流电，不包括直 流—交流—直流。

电路种类 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。 复合斩波电路——不同结构的基本斩波电路组合。 多相多重斩波电路——相同结构的基本斩波电路组合。第 2页

3.1 斩波控制原理最基本的斩波电路及其波形 工作周期T t on t offt on k Tu0 Ud

+

iSUd

i0

u0

R

导通比(工作率、占空比) 输出电压平均值为1 U0 T

_

图3.1 基本斩波电路ton T toff t

ton

0

t u0 dt on U d kU d T1 2

0i0Ud/R

输出电压有效值为 1 U TkT 0 2 u0 dt

tonkT

toffT t

0

kU d

图3.2 斩波电路波形第 3页

3.1 斩波控制原理+

iSUd

i0

u0 Ud ton T toff t

u0

R

0i0Ud/R

tonkT

toffT t

_

0

若认为斩波器是无损的，则输 入功率应与输出功率相等，即 从直流电源侧看的等效电阻为

1 kT 1 Pi u 0 idt T 0 T

kT

0

2 2 u0 Ud dt k R R

Ri

Ud Ud R kU d I0 k R第 4页

3.1 斩波控制原理导通比k的改变可以通过调节开关导通时间ton或 开关导通周期T来实现，进而对输出电压平均值进行 调制。据此通常将斩波器的工作方式分为三种： 保持开关导通周期T不变，调节开关导通时间ton — 脉冲宽度调制(PWM)。 保持开关导通时间ton 不变，调节开关导通周期T, 称为频率调制或调频型。 Ton和T都可调，使导通比改变，称为混合型。 PWM方式应用最多。第 5页

3.2 BUCK斩波电路V L iL ,IL ic ,Ic i ,I 0 0 C

电路拓扑结构及工作原理

+

i ,IUd

控制器 _

V D

uC

Z

u0,U0

理想条件： (1)开关管和二极管的开关时间均为零，通态压降为零，断态 漏电流为零； (2)在一个开关周期中，输入电压Ud保持不变；输出滤波电容 电压即输出电压uo有很小的纹波，在分析开关电路变化特性时， 可认为uo保持恒定不变，其值为输出的直流电压平均值Uo; (3)电感和电容均为无损耗的理想储能元件； (4)线路阻抗为零。 第 6页

图3.3 BUCK斩波电路

3.2 BUCK斩波电路uDUd

电路拓扑结构及工作原理 模式1,0≤t≤ton=kT +iL=IL Ud

0 iL I2

kT

T

t

LiC i0 =I0

I1 0 I2 i kT T t

I2 I0

I1

C

Z

0 iC

kT

T T

t

_

0 uC U0

kT

t

t=0时刻驱动V管导通，VD中电流迅 速转换到V管，这时电感上的电压为diL uL L dt

0 i0 I0 0

kT

T

t

t

图3.4 BUCK电路波形第 7页

3.2 BUCK斩波电路uD

L

Ud 0 kT T t

+

iL=IL Ud

iC

i0 =I0

iL I2 I1

C

Z

0 I2 i

kT

T

t

_

I2 I0

I10 kT T T 0 uC U0 kT t t iC

uo保持不变，电感电流按直线规律从I1上升到I2,有I 2 I1 I Ud U0 L L t on t on

0 i0 I0

kT

T

t

或

t on

( I ) L Ud U0

0 t

第 8页

3.2 BUCK斩波电路uD

模式2,ton≤t≤T

Ud

iL

0

L VD

ic

i0 =I0

iL I2 I1

kT

T

t

C

ZI2

0 i

kT

T

t

I2 I0I1 0 iC T 0 uC U0 kT t kT

t=ton时刻关断V管，V管中电流迅 速转换到VD管中去。这期间电感 上的电流iL按直线规律从I2下降到 I1,则有 I U0 L t off或

T

t

0 i0 I0 0

kT

T

t

t off

( I ) L U0

t

第 9页

3.2 BUCK斩波电路uDUd

iL

0

L

ic

i0 =I0

iL I2 I1 0 i I2I2 I0

kT

T

t

VD

C

Z

kT

T

t

I1 0 iC kT T T 0 uC U0 kT t t

根据 I 可知U 0 kU d

若假定Buck电路为无损的，则有U d I U 0 I 0 kU d I 0

0 i0 I0 0

kT

T

t

即 I kI 0

t

第10页

3.3 BOOST斩波电路电路拓扑结构及工作原理储存电能

L +

iL , I L

i1

VD

i, IUd

iC , I C

i0 , I 0

V

uV

uC

C

Z

u0 ,U 0

_保持输出电 压

图3.5 BOOST斩波电路第11页

3.3 BOOST斩波电路电路拓扑结构及工作原理+ Li, IUdiL , I L

假设L和C值很大。

i1

VDiC , I C

i0 , I 0

V

uV

uC

C

Z

u0 ,U 0

_

V处于通态时，电源Ud 向电感L充电，电流i1 恒定，电容C向负载Z 供电，输出电压uo恒 定。V处于断态时，电源Ud 和电感L同时向电容C 充电，并向负载提供 能量。第12页

+

Li, IUd

iL , I L

i1

VD

iC , I C

i0 , I 0

V

uV

uC

C

Z

u0 ,U 0

_

3.3 BOOST斩波电路uV

工作模式1,0≤t≤ton=kT+

0 i,iL I2 I1

kT

T

t

iL , iUd

L

iCC

i0 I 0

0 i1 I2 I1 0 iCI2 I0 I 0

kT

T

t

uC

Z

kT

T T

t

_

0

kT

t

uC

t=0时刻驱动V管导通，电感上 的电流按直线规律上升，有Ud L I 2 I1 I L t on t on

U0

0 i0 I0

kT

T

t

或

t on

( I ) L Ud

图3.6 BOOST电路波形第13页

3.3 BOOST斩波电路uV

工作模式2,ton≤t≤T+VD

0 i,iL I2

kT

T

t

iL , iUd

L

i1

iCC

i0 I 0uC

I1 0 kT T t

Z

i1I2 I1 0 iC kT T T 0 kT t t

_

t=ton时刻关断V管，这期间电感 上的电流iL按直线规律从I2下降 到I1,则有 I U0 Ud L t off

I2 I0 I 0uC U0

或

t off

( I ) L U0 Ud

0 i0 I0

kT

T

t

根据 I 可知

Ud U0 1 k

I0 I 1 k

第14页

3.5 本章小结 本章介绍了6种基本斩波电路、2种复合斩波电路。 本章的重点是，理解降压斩波电路和升压斩波电路 的工作原理，掌握这两种电路的电路结构、输入输 出关系、工作特点。 介绍了

电流可逆 …… 此处隐藏：1185字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……