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学年论文（设计）作者声明

本人郑重声明：

所呈交的学年论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

本人完全了解有关保障、使用学年论文的规定，同意学校保留并向有关学年论文管理机构送交论文的复印件和电子版。

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同意本论文被编入有关数据库进行检索和查阅。

本学年论文内容不涉及国家机密。

论文题目：

作者单位：

周口师范学院物理与机电工程学院

作者签名：

2015年6月20日

目录

摘要1

1.引言1

2.直流斩波斩波电路原理2

2.1几种基本直流斩波电路原理分析2

2.2升压斩波电路3

2.3升降压斩波电路和Cuk斩波电路4

2.4Cuk斩波电路5

3.直流斩波电路的应用6

4.结论6

参考文献7

摘要：

直流斩波电路（DCChopper）功能是将直流电变为另一固定电压或调电压的直流电，也称为直接直流－直流变换器（DC/DCConverter）。

直流斩波电路的种类较多，包括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。

一方面，这两种电路应用最为广泛，另一方面，理解了这两种电路可为理解其他的电路打下基础，因此本文对这几种电路进行了原理分析及应用介绍。

关键词：

降压斩波电路；

升压斩波电路；

升降压斩波电路；

Cuk斩波电路。

PrincipleandApplicationAnalysisofDCChopperCircuit

Abstract:

DCChoppercircuit（DCChopper）functionisthedirectcurrent（DC）intoafixedvoltageoradjustablevoltagedirectcurrent（DC）,alsoknownasdirectdc-dcConverter（DC/DCConverter）.Dcchoppercircuitsortismore,includingsixbasicchoppercircuit:

buckchoppercircuit,boostchoppercircuit,buckchoppercircuit,Cukchoppingcircuit,SepicchoppercircuitandZetachoppercircuit,includingthefirsttwoarethemostbasiccircuit.Ontheonehand,themostwidelyusedtwokindsofcircuit,ontheotherhand,tounderstandthesetwocircuitscanlaythefoundationtounderstandtheothercircuit,sothisarticleanalyzedtheprincipleandapplicationforthesecircuitsisintroduced.

Keywords:

buckchoppercircuit;

Boostchoppercircuit;

Buckchoppercircuit;

Cukchoppercircuit.

1.引言

所谓直流斩波电路（DCChopper）是指将直流电转变为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/DCConverter），是指将直流电变为直流电，不含有直流变交流或交流变直流。

近年来，随着功率器件的性能改

善以及各种控制技术的涌现极大地促进了直流变换技术的发展，实现硬开关和软开关为目标的各类新型变换电路不断出现，为进一步提高直流变换电路的动态性能，降低开关损耗，减小电磁干扰开辟了新的有效途径。

所以本文对直流斩波电路的原理及应用进行了介绍。

2.直流斩波斩波电路原理

2.1几种基本直流斩波电路原理分析

几种基本斩波电路：

降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路，这几种中前两种为最基本的斩波电路；

复合斩波电路即为几种不同斩波电路的基本组合；

多相多重斩波电路——结构相同基本斩波电路的组合。

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[1-2]。

2.1.1降压斩波电路

降压斩波电路的电路图和波形图如图1所示。

图1降压斩波电路的电路图和波形图 

降压斩波电路的电路图工作原理如下：

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呈指数模式上升,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接近于零，负载电流呈指数模式下降。

为了使负载电流脉动且连续通常使串接的电感L值比较大.

电流连续负载电压平均值:

（1）

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:

（2）

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。

电感电流 

:

在Buck变换电路中，电感电流连续是指输出滤波电感L的总电流总是大于零在理想条件下，由波形图可知，在期间，开关T导通，由电路图可得出电感电压在这期间由于电感和电容无损耗，因此从线性增长至,为电感上电流的变化量，为输出电压平均值。

在期间，开关T截止，二极管D通续流。

依据假设条件，电感中的电流从下降到，当实际电流大于临界负载电流时，电感电流连续；

当实际负载电流等于临界负载电流时，电感电流临界连续；

实际负载电流小于临界负载电流电感电流断续。

2.2升压斩波电路

2.2.1升压斩波电路的基本原理

工作原理假设L值很大，C值也很大V通时，E向L充电，充电电流恒为I1，同时C的电压向负载供电，因C值很大，输出电压uo为恒值，记为Uo。

设V通的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量，V断时，E和L共同向C充电并向负载R供电。

设V断的时间为toff，则此期间电感L释放能量为稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等。

当实际电流大于临界负载电流时，电感电流连续；

当实际负载电流等于临界负载电流时，电感电流临界连（有断流临界点）；

当实际负载电流小于临界负载电流时，电感电流断续。

图2降压斩波电路及波形图

2.3升降压斩波电路和Cuk斩波电路

2.3.1升降压斩波电路

设L值很大，C值也很大。

使电感电流iL和电容电压即负载电压uo基本为恒值。

基本工作原理V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，该电路称作反极性斩波电路。

稳态时，在一个周期内电感L两端的电压uL对时间的积分等于零。

[3]在V处于通态中的时刻，uL=E；

而在V处于断态时刻，uL=-uo。

所以输出电压改变导通比a，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。

当0<

a<

1/2时为降压，当1/2<

1时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路。

也有文献直接按英文称之为buck-boost变换器（Buck-BoostConverter）

图

（2）b中给出了电源电流i1和负载电流i2的波形，设两者的平均值分别为I1和I2，当电流脉动足够小时，Buck-boost电路的缺点是输出电流总是不连续的，流过二极管的电流也是断续的，这对供电电源和负载都是不好的，为了避免对负载和电源的干扰，减少电磁干扰，要求在输入输出端加低通滤波器。

其输出功率和输入功率相等。

图3升降压斩波电路图及波形图

2.4Cuk斩波电路

图3所示为Cuk斩波电路的原理图及其等效电路。

V通时，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路分别流过电；

V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；

等效电路如图4b所示，相当于开关S在A、B两点之间交替切换。

cuk变换电路也有电流连续和断续两种不同的工作状态，但不是指电感电流断流，而是流过二极管的电流连续或断续。

在开关管关断时间内，若二极管电流总是大于零，则称电流连续；

若二极管在一段时间内为零则称为电流断流。

稳态时电容C的电流在一周期内的平均值应为零，也就是其对时间的积分为零。

在如图中的等效电路，B为S闭合点即V的导通状态的时间为ton，则时间和电容电流的乘积为I2ton。

A点为S闭合点时V的关断状态为toff，则时间和电容的电流的乘积为I1t。

当电容C比较大时导致电容电压uC具有足够小的脉动时，可以用此方法算出输入电压E与输出电压Uo之间的关系。

UC为电容电压uC的平均值），电感L1的平均电压等于零，又因为L2的平均电压等于零，图中输出电压Uo的极性，可得电源电压E和输出电压Uo的关系这个关系和升降压斩波电路时情况一致。

优点（与升降压斩波电路相比）：

输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波[3-4]。

图4Cuk斩波电路及其等效电路

3.直流斩波电路的应用

由于直流斩波器具有调压、调磁等作用，因此它的应用领域之一是直流电机的调速。

直流电机的转速取决于电枢电压及磁场的大小，通过直流斩波器的调压作用，可以调节电机的电枢电压，达到调速的目的。

另外，通过直流斩波器的调磁作用，可以调节电机的磁场及励磁电流，也可以达到调速的目的。

直流电机调速在地铁、城市无轨电车、电动汽车等运输车辆上得到了广泛的应用。

直流斩波器的另一应用领域是直流供电电源。

在各种应用场合中，不同用电设备所需要的直流供电电压的等级不同，采用直流斩波器可以将单一的、不稳定的直流输入电压变换成负载所需要的稳定的、不同电压等级的直流供电电压，因为直流斩波器工作在开关状态，因此这种类型的直流供电电源也称为开关电源。

开关电源在计算机、通信等各个领域也得到了广泛的应用[5]。

另外，由于直流斩波器的工作方式是把输入直流电压斩波成为高频脉冲电压，将此脉冲电压通过高频变压器隔离后再进行滤波，可以得到与输入电压相互隔离的直流输出电压，从而使直流斩波器应用在输入、输出之间需要隔离的场合中。

随着生产的需要和技术的发展，直流变换电路已经拥有多种形式。

4.结论

总之，直流斩波器广泛应用于直流电机调速、开关电源、直流电压隔离等各个领域中。

近年来，随着功率器件的性能改善以及各种控制技术的涌现极大地促进了直流变换技术的发展，实现硬开关和软开关为目标的各类新型变换电路不断出现，为进一步提高直流变换电路的动态性能，降低开关损耗，减小电磁干扰开辟了新的有效途径。

直流变换技术广泛用于无轨电车，地铁列车，蓄电池供电的机动车辆的无级变速控制，从而获得加速平稳，快速响应的性能。

特别提出的是，在20实纪80年代以来兴起的采用直流变换技术的高频开关电源的发展最为迅速，它以质量轻，体积小，效率高等优点在工业，军事和民用日常生活中均有广泛的应用，为各行各业提供性能稳定，可靠地直流电源。

直流斩波器广泛的应用于各个领域，对于其应用的研究正处于如火如荼的阶段，因此加深对直流斩波器的研究非常有必要。

参考文献

[1] 

王兆安.黄俊.电力电子技术[M].北京:

机械工业出版社，2007:

75-78.

[2] 

樊立平.王忠庆.电力电子技术[M].北京:

北京大学出版社,2006:

21-25 

.

[3] 

王正谋.朱力恒.protel 

电路设计与仿真技术[M].福建:

福建科学技术出版社,2004:

15-16.

[4] 

王水平,贾静，方海燕等.开关稳压电源原理及设计[M].北京:

人民邮电出版社,2008:

41-42

[5]韩星.数字化智能充电器的研究[J].西北工业大学硕士论文，2006:

5-8