基本斩波电路.docx
《基本斩波电路.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基本斩波电路.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基本斩波电路
3.1基本斩波电路
重点：
最基本的2种——降压斩波电路和升压斩波电路。
3.1.1降压斩波电路
>斩波电路的典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载，两种情况下负载中均会出现反电动势，如图3-1中化所示
>工作原理，两个阶段
◊20时V导通，E向负载供电，i0按指数曲线上升
◊“厂时V关断，几经VD续流，/近似为零，人呈指数曲线下降
◊为使几连续且脉动小，通常使厶值较大
电流连续时，负载电压平均值
（3-1）
一一导通占空比，简称
占空比或导通比
久最大为，减小，伉随之减小降压斩波电路。
也称为Buck变换器（BuckConverter）。
负载电流平均值
°R
（3-2）
电流断续时，u<>平均值会被抬髙，一般不希望出现
斩波电路三种控制
方式
（1）脉冲宽度调制（PWM）或脉冲调宽型——卩不变，调节ton
（2）频率调制或调频型——治不变，改变T
（3）混合型匚n和T
都可调，使占空比改变
其中PWM控制方式应用最多
>基于“分段线性”
的思想，可对降压斩波电路进行解析
3.1.2升压斩波电路
1.升压斩波电路的基本原理
◊V通时，E向厶充电，
充电电流恒为厶，同时Q的电压向负载供电，因C值很大，输出电压乩为恒值，记为伉。
设V通的时间为fo„,此阶段厶上积蓄的能量为Eht.n
◊V断时，£和厶共同向
Q充电并向负载斤供电。
设V断的时间为化ff,则此期间电感厶释放能量为（匕-呱
VD
o
图3-2升压斩波电路及其工
作波形
b）波形
a）电路图
工作原理
◊假设0值、C值很大
（3—20）
◊稳态时，一个周期7中厶积蓄能量与释放能量相等
化简得：
输出电压高于电源电压，故称升压斩波电路。
也称之为boost变
换器
齐一升压比，调节其即可改变几将升压比的倒数记作，即"半
（3-22）
（3-23）
U°\-aE
升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因
厶储能之后具有使电压泵升的作用
电容Q可将输出电压保持住
直流电动机传动单相功率因数校正（PowerFactorCorrection—PFC）电路
用于其他交直流电源中
图3-3用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形
a）电路图b）电流连续时c）电流断续时
用于直流电动机传动时
◊通常用于直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源
◊实际L值不可能为无穷大，因此有电动机电枢电流连续和断续两种工作状态
◊电机反电动势相当于图3-2中的电源，此时直流电源相当于图
3-2中的负载。
由于直流电源的电压基本是恒定的，因此不必并联电容器。
电路分析
基于"分段线性”的思想进行解析
V处于通态时，设电动机电枢电流为八，得下式
di}
（3-27）
F+g
式中斤为电机电枢回路电阻与线路电阻之和。
J：
的初值为解上式得
V处于断态时，设电动机电枢电流为几，得下式：
了2的初值为厶0,解上式得：
当电流连续时，从图3-3b的电流波形可看出，t=g时刻i\=ho、t=如f
时刻二人0,由此可得：
（3-33）
（3-34）
把上面两式用泰勒级数线性近似，得
对电流断续工作状态的进一步分析可得出：
电流连续的条件为
根据此式可对电路的工作状态作出判断。
3.1.3升降压斩波电路和Cuk斩波电路
1.升降压新波电路
a）
图3-4升降压斩波电路及其波形
a）电路图b）波形
设厶值很大，C值也很大。
使电感电流几和电容电压即负载电压&基本为恒值O
基本工作原理
◊V通时，电源E经V向L供电使其贮能，此时电流为人。
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，电流为乙。
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
稳态时，一个周期T电感L两端电压乩对时间的积分为零，即
Jouldt=0（3-39）
当V处于通态期间，ui.=E；而当V处于断态期间，ui.=_U"。
于是：
Ej-toff（3-40）
所以输出电压为：
改变，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。
当0〈<1/2时为降压
当1/2〈<1时为升压
因此称作升降压斩波电路。
或称之为buck-boost变换器。
2.Cuk斩波电路
图3-5所示为Cuk斩波电路的原理图及其等效电路。
a）
b）
图3-5Cuk斩波电路及其等效电路
a）电路图b）等效电路
◊V通时，E—L—V回路和R—LlC—V回路分别流过电流
◊V断时，E—L—C—W）回路和R—L—NX）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3-5b所示，相当于开关S在A、B两点之间交替
切换
稳态时电容C的电流在一周期的平均值应为零，也就是其对时间的积分
为零，即
（3-45）
在图3-5b的等效电路中，开关S合向B点时间即V处于通态的时间匕心
则电容电流和时间的乘积为h?
<>no开关S合向A点的时间为
V处于断态的
时间匚"，则电容电流和时间的乘积为/1toffo由此可得
（3—46）
从而可得
2loffT-ton{-a
on
on
（3-47）
当电容Q很大使电容电压仏的脉动足够小时，输出电压
与输入电压
E的关系可用以下方法求出：
当开关S合到B点时，B点电压⑷二0,A点电压⑺二一心；
当S合到A点时，
因此，B点电压心的平均值为久=^UC（弘为电容电压
UC的平均值）,
又因电感厶的电压平均值为零，所以E=Ur峠Uc。
另一方面，A点的电压
平均值为—一〒哄,且厶2的电压平均值为零，按图3-5b中输出电压伉
U=^LUr
的极性，有Tc0于是可得出输出电压氏与电源电压E的关系：
ry
E二四E=-^—ET-ti-aon
on
（3-48）
这一输入输出关系与升降压斩波电路时的情况相同。
>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。
3.1.4Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
图3-6分别给出了Sepic斩波电路和Zeta斩波电路的原理图。
trvn
a）
R
图3-6Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
a）Sepic斩波电路b）Zeta斩波电路
Sepic斩波电路的基本工作原理是：
当V处于通态时，E—厶一V回路和
Cl—V—厶2回路同时导电，厶和厶2贮能。
V处于断态时，E—厶一G—VD—负载（G和R）回路及厶一VD—负载回路同时导电，此阶段£和厶既向负载
供电，同时也向G充电，G贮存的能量在V处于通态时向厶转移。
Sepic斩波电路的输入输出关系由下式给出：
Zeta斩波电路也称双Sepic斩波电路，其基本工作原理是：
在V处于通态期间，电源E经开关V向电感厶贮能。
同时，去和G共同向负载R供电，并向G充电。
待V关断后，厶经VD向G冲电，其贮存的能量转移至
G。
同时，G向负载供电，厶的电流则经VD续流。
Zeta斩波电路的输入输出关系为：
J=-匚（3-50）
\-a
两种电路相比，具有相同的输入输出关系。
Sepic电路中，电源电流和负载电流均连续，有利于输入、输出滤波，反之，Zeta电路的输入、输出电流均是断续的。
另外，与前一小节所述的两种电路相比，这里的两种电路输出电压为正极性的，且输入输出关系相同。
升级会员 