直流斬波電路工作原理分析

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1、直流斬波電路工作原理分析直流斬波電路的主要是實(shí)現(xiàn)直流電能的變換，對(duì)直流電的電壓或電流進(jìn)行控制。按照輸入電壓與輸出電壓之間的關(guān)系，可以分為六種不同的形式，分別為降壓斬波電路（BUCK）、升壓斬波電路（BOOST）、升降壓斬波電路（BUCK-BOOST）、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路。下面分別對(duì)它們的工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。一．降壓斬波電路降壓斬波（BUCK）電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如1-1所示。SLIo+UiIDCRUoi-圖1-1BUCK電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析在開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)，電路的動(dòng)態(tài)工作過(guò)程。圖1-1中實(shí)線部分表示開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)的回路，虛線部

2、分表示器件關(guān)斷時(shí)的續(xù)流回路。在續(xù)流過(guò)程中，根據(jù)電感中的電流的不同分為，電感電流連續(xù)（CCM）和斷續(xù)（DCM）兩種情況。由此可以得到降壓斬波電路的動(dòng)態(tài)工作過(guò)程如圖1-2所示。LIo+UiCRUoIi-a)S導(dǎo)通時(shí)等效電路IoLIoCRUoCRUob)S關(guān)斷，iL≠0時(shí)等效電路c)S關(guān)斷，iL=0時(shí)等效電路圖1-2BUCK電路動(dòng)態(tài)工作過(guò)程1在工作過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及電感上的電壓和電流波形如圖1-2所示。uStontontofftoffUi-UoUi-UouL-Uo△1-UoiLiLa)電感電流連續(xù)時(shí)波形b)電感電流斷續(xù)時(shí)波形圖1-3BUCK電路的工作原理圖由電感器件

3、的伏秒平衡原理，可以得出在電流連續(xù)和斷續(xù)兩種情況下，BUCK斬波電路的輸出電壓。a)電感電流連續(xù)時(shí)，有(U?UDU)?(1?D)0?（1-1）ioo化簡(jiǎn)可得U?DU（1-2）oib)電感電流斷續(xù)時(shí)，有(U?UDU)???0（1-3）ioo1化簡(jiǎn)可得DUU?（1-4）oiD??1由此可以看出，電感電流斷續(xù)情況下的輸出電壓更高。二．升壓斬波電路升壓斬波（BOOST）電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2-1所示。2LDIIoi+UiSCRUo-圖2-1BOOST電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在圖2-1中，實(shí)線部分表示開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)的回路，虛線部分表示開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷時(shí)的回路，由此可以得到升壓斬波電路的動(dòng)態(tài)

4、工作過(guò)程如圖2-2所示。其中，也分為電感電流連續(xù)和不連續(xù)兩種狀態(tài)。LIoIi+UiCR-a)S導(dǎo)通時(shí)等效電路LIoIoIi+CRUoUCRUio-b)S關(guān)斷，iL≠0時(shí)等效電路c)S關(guān)斷，iL=0時(shí)等效電路圖2-2BOOST電路動(dòng)態(tài)工作過(guò)程分析升壓斬波電路的動(dòng)態(tài)工作過(guò)程，可以得到電路中電感兩端的電壓和流過(guò)電感的電流波形如圖2-3所示。同樣類(lèi)似于BUCK電路，可分為連續(xù)和斷續(xù)兩種情況。3uStonuStontofftoffUiUiuLuLUi-Uo△1Ui-UoiLiLa)電感電流連續(xù)時(shí)波形b)電感電流斷續(xù)時(shí)波形圖2-3BOOST電路的工作原理圖同樣地根據(jù)電感器件

5、的伏秒平衡原理，可以分別得到在電感電流斷續(xù)和連續(xù)的情況下，BOOST電路的輸出電壓。a)電感電流連續(xù)時(shí)，有UD?(U?U)(1?D)0?（2-1）iio化簡(jiǎn)可得1UU?（2-2）oi1?Db)電感電流斷續(xù)時(shí)，有UD?(U?U)??0（2-3）iio1化簡(jiǎn)可得1UU?（2-4）oiD1?D??1由此可以看出，電感電流斷續(xù)時(shí)，BOOST電路的輸出電壓也增大。三．升降壓斬波電路升降壓斬波電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3-1所示。4SD+UiIiLCRUo-Io圖3-1BUCK-BOOST電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖3-1中，實(shí)線部分表示開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)的回路，虛線部分表示開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷時(shí)的回路，由

6、此可以得到升壓斬波電路的動(dòng)態(tài)工作過(guò)程如圖3-2所示。其中，也分為電感電流連續(xù)和不連續(xù)兩種狀態(tài)。+UiIiLCRUo-Ioa)S導(dǎo)通時(shí)等效電路ILLCRUoCRUoIoIob)S關(guān)斷，iL≠0時(shí)等效電路c)S關(guān)斷，iL=0時(shí)等效電路圖3-2BUCK-BOOST電路動(dòng)態(tài)工作過(guò)程同樣地分析BUCK-BOOST斬波電路的工作過(guò)程，可以得到電感上的電壓和電流波形如圖3-3所示。5uStonuStontofftoffUiUiuLuL-Uo△1-UoiLiLa)電感電流連續(xù)時(shí)波形b)電感電流斷續(xù)時(shí)波形圖3-3BUCK-BOOST電路的工作原理圖由伏秒平衡原理可得電感電流連續(xù)和

7、斷續(xù)的輸出電壓，且其極性與輸入相反。a)電感電流連續(xù)時(shí)，有UDU?(1?D)?0（3-1）io化簡(jiǎn)可得DUU?（3-2）oi1?Db)電感電流斷續(xù)時(shí)，有UDU???0（3-3）io1化簡(jiǎn)可得DUU?（3-4）oi?1由此可以看出，電感電流斷續(xù)時(shí)，BUCK-BOOST斬波電路的輸出電壓也增大。四．Cuk斬波電路Cuk斬波電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4-1所示。6UC1L1L2C1IL1IL2+SDUiC2RUo-Io圖4-1Cuk電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖4-1中，實(shí)線部分表示開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)的回路，虛線部分表示開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷時(shí)的回路，由此可以得到升壓斬波電路的動(dòng)態(tài)工作過(guò)程。這里重點(diǎn)分析電

8、感電流連續(xù)時(shí)的等效電路，