河海大學電力電子第03章 直流斬波電路

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1、第3章直流斬波電路3.1基本斬波電路3.2復合斬波電路本章小結1第3章直流斬波電路·引言直流斬波電路（DCChopper）將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{電壓的直流電。也稱為直流--直流變換器（DC/DCConverter）。一般指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟?，不包括直流—交流—直流。電路種類6種基本斬波電路（chopper）：Buck、Boost、Boost-Buck、Cuk、Sepic和Zetachopper。復合斬波電路——不同結構基本斬波電路組合。多相多重斬波電路——相同結構基本斬波電路組合。2第3章直流斬波電路·引言直流斬波電路工作原理斬波輸

2、出直流平均電壓：Uo=aUs斬波電路輸出功率：Po=UoIo斬波電路輸入功率：Ps=UsI1忽略其他損耗，可看作直流變壓器：UoIo=UsI133.1基本斬波電路3.1.1降壓斬波電路3.1.2升壓斬波電路3.1.3升降壓斬波電路和Cuk斬波電路3.1.4Sepic和Zeta斬波電路(略)43.1.1降壓斬波電路電路結構全控型器件，多為IGBT續(xù)流二極管負載出現(xiàn)的反電動勢典型用途之一是拖動直流電動機，也可帶蓄電池負載。降壓斬波電路（BuckChopper)電源輸出能量等于負載消耗能量i153.1.1降壓斬波電路工作原理t=0時刻驅動V導通，電源E向

3、負載供電，負載電壓uo=E，負載電流io按指數(shù)曲線上升。t=t1時控制V關斷，二極管VD續(xù)流，負載電壓uo近似為零，負載電流呈指數(shù)曲線下降。通常串接較大電感L使負載電流連續(xù)且脈動小。c)電流斷續(xù)時的波形EV+-MRLVDioEMuotttooob)電流連續(xù)時的波形TEuGEtontoffioi1i2I10I20t1uooootttTEEuGEtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMa)電路圖圖3-1降壓斬波電路的原理圖及波形6數(shù)量關系電流連續(xù)負載電壓平均值：（3-1）（3-2）ton——V通的時間toff——V斷的時間a——導通占空比電

4、流斷續(xù)，Uo被抬高，一般不希望出現(xiàn)。負載電流平均值：3.1.1降壓斬波電路7斬波電路三種控制方式T不變，變ton—脈沖寬度調制（PWM）。ton不變，變T—頻率調制。ton和T都可調，改變占空比—混合型。此種方式應用最多基于“分段線性”的思想，對降壓斬波電路進行解析分V處于通態(tài)和處于斷態(tài)初始條件分電流連續(xù)和斷續(xù)3.1.1降壓斬波電路8同樣可以從能量傳遞關系出發(fā)進行的推導由于L為無窮大，故負載電流維持為Io不變電源只在V處于通態(tài)時提供能量，為在整個周期T中，負載消耗的能量為一周期中，忽略損耗，則電源提供的能量與負載消耗的能量相等。輸出功率等于輸入功率

5、，可將降壓斬波器看作直流降壓變壓器。3.1.1降壓斬波電路93.1.2升壓斬波電路升壓斬波電路（BoostChopper）保持輸出電壓儲存電能電路結構1)升壓斬波電路的基本原理電感的存儲能量等于其釋放能量10工作原理假設L和C值很大。V處于通態(tài)時，電源E向電感L充電，電流恒定I1，電容C向負載R供電，輸出電壓Uo恒定。V處于斷態(tài)時，電源E和電感L同時向電容C充電，并向負載提供能量。0uGE0ioI1圖3-2升壓斬波電路及工組波形a)電路圖b)波形3.1.2升壓斬波電路11數(shù)量關系設V通態(tài)的時間為ton，此階段L上積蓄的能量為EI1ton設V斷態(tài)的時

6、間為toff，則此期間電感L釋放能量為(Uo-E)I1toff穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中L積蓄能量與釋放能量相等：化簡得：T/toff>1，輸出電壓高于電源電壓，故為升壓斬波電路。T/toff>1——升壓比；升壓比的倒數(shù)記作b，即b=toff/T。b和a的關系：a+b=13.1.2升壓斬波電路12電壓升高的原因：電感L儲能使電壓泵升的作用電容C可將輸出電壓保持住如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能量僅由負載R消耗，即：EI1=UoIo。與降壓斬波電路一樣，升壓斬波電路可看作直流變壓器。輸出電流的平均值Io為：電源電流的平均值I1為：3.1.2升壓斬波電

7、路132)升壓斬波電路典型應用一是用于直流電動機傳動二是用作單相功率因數(shù)校正電路三是用于其他交直流電源中ttTEioob)電流連續(xù)時a)電路圖i1i2I10I20I10tontofftoToEtc)電流斷續(xù)時uoioi1i2t1t2txtontoffI20uo圖3-3用于直流電動機回饋能量的升壓斬波電路及其波形用于直流電動機傳動再生制動時把電能回饋給直流電源。電動機電樞電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作狀態(tài)。直流電源的電壓基本是恒定的，不必并聯(lián)電容器。14數(shù)量關系當V處于通態(tài)時，設電動機電樞電流為i1，得下式：當V處于斷態(tài)時，設電動機電樞電流為i2，得下式：當

8、電流連續(xù)時，考慮到初始條件，近似L無窮大時電樞電流的平均值Io，即該式表明，以電動機一側為基準看，可將直流電源電壓看作是被