直流升压斩波电路.docx

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直流升压斩波电路

安阳师范学院课程实践报告书

电力电子课程实践

——直流升压斩波电路

作　　者

系（院）物理与电气工程学院

专　　业电气工程及其自动化（专升本）

年　　级2014级

学　　号

指导教师

日　　期2014

摘要

直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的DC-DC变换器,在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用.随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路 .直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。

全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等领域得到了广泛的应用。

关键词：

直流；升压斩波；IGBT

目录

摘要1

1升压斩波电路3

1.1 升压斩波电路的基本原理3

1.2斩波电路的控制方式4

2.升压斩波电路的典型应用5

3结果分析9

4小结10

参考文献11

1升压斩波电路

1.1 升压斩波电路的基本原理 

升压斩波电路（BoostChopper）的原理及工作波形如图1-1所示。

该电路中也是一个全控型器件。

图1-1直流升压斩波电路原理图

首先假设电路中电感L值很大，电容C值也很大，当可控开关V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I1，同时电容C上的电压向负载R供电，因C值很大，基本保持输出电压uo为恒定值。

记为U0。

设V处于通态的时间为ton,此阶段电感L上积蓄的能量为EI1ton。

当V处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电并向负载提供能量。

设V处于断态的时间为toff,

则此期间电感L释放能量为:

（U0-E）I1toff。

当电路工作与稳态时，一个周期T中电感L积蓄能量与释放能量相等，即

EI1ton=（U0-E）I1toff（1-1）

化简得

U0=（ton+toff/toff）E=（T/toff）E（1-2）

式中T/toff>=1，输出电压高于电源电压，故称该电路升压斩波电路。

也有的文献中采用英文名称，称之为boost变换器（BoostConverter）。

式（1-2）T/toff中表示升压比，调节其大小，即可改变输出电压U0的大小，

将升压比的倒数记作β，即β=toff/T。

则β和导通占空比α，有如下关系：

α+β=1（1-3）

因此，式（1-2）可表示为

U0=（1/β）E=E/1-α（1-4）

升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压，关键有两个原因:

一是电感L储能之后具有使电压泵升的作用，二是电容C可将输出电压保持住。

在以上分析中，认为V处于通态期期因电容C的作用使得输出电压U0不变，但实际上C值

不可能为无穷大，在此阶段其向负载放电，U0必然会有所下降，故实际输出电压会略低于式（1-4）理论所得结果，不过，在电容C值足够大时，误差很小，基本可以忽略。

如果忽略电路中的损耗，则有电源提供的能量仅由负载R消耗，即

EI1=U0IO（1-5）

该式表明，与降压斩波电路一样，升压斩波电路也可看成是直流变压器。

根据电路结构并结合式（1-4）得出点开流的平均值Io为

IO=U0/R=E/βR（1-6）

由式（1-5）即可得出电源电流I1为

I1=U0IO/E=E/β2R（1-7）

1.2斩波电路的控制方式

根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路可有三种控制方式：

1）保持开关周期T不变，调节开关导通时间ton。

称为脉冲宽度调制（PulseWidthModulation,PWM或脉冲调宽型。

2）保持开关导通时间ton不变，改变开关周期T,称为频率调制或调频型。

3）Ton和T都可调，是占空比改变，称为混合型。

其中第一种方式应用最多。

2.升压斩波电路的典型应用

图2-1用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路图

通常用于直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源，由于实际电路中电感L值不可能为无穷大，因此该电路和降压斩波电路一样，也有电动机电枢电流连续和断续两种工作状态。

还需要说明的是，此时电动机的反电动势相当于图2-1中的电源，而此时直流电源相当于图2-1电路中的负载。

由于直流电源的电压基本是恒定的，因此不必并联电容器。

用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路波形如图2-2，2-3所示。

图2-2电流连续升压斩波电路波形

图2-3电流断续升压斩波电路波形

根据图形分析，当可控开关V处于通态时，设电动机电枢电流为i1，得下式

Ldi1/dt+Ri1=Em（2-1）

式中，R为电动机电枢回路电阻与线路电阻之和。

设i1的初值为I10,解上式得

i1=I10

+EM（1-

）/R（2-2）

当V处于断态时，设电动机电枢电流为i2，得下式

Ldi2/dt+Ri2=EM-E（2-3）

设i的初值为I，解上式得

i2=I20

/-E-Em（1-

）/R（2-4）

当电流连续时，从2-2图的电流波形图可以看出，t=ton式刻i1=I20，t=T时刻i2=I10,由此可得

（2-5）

（2-6）

由以上两式可得

（2-7）

（2-8）

与降压斩波电路一样，把上面两式用泰勒级数线性近似，得

（2-9）

该式表示了L值为无穷大时电枢电流的平均值Io，即

（2-10）

该式表明，以电动机一侧为基准看，可将直流电源看作是被降低到了

。

枢电流断续时的波形图如2-3所示

当t=0时，i1=I10=0，令式（2-5）中I10=0即可求出I20，进而可写出i2的表达式。

另外，当t=t2时，i2=0，可求的i2持续的时间tx，即

（2-11）

当tx

（2-12）

根据此式可对电路的工作状态作出判断。

3结果分析

 从计算公式中分析得出：

 1）占空比α越大负载输出电压越大，调节时间越长；

 2）电容C值越大峰值时间越大，第一个峰值越大； 

3）电感L值越大峰值时间越大，调节时间越大。

4小结

经过了这次的课程设计，使我得到了很多的心得体会，这次设计加深了我对这门课程的了解，以前总是觉得理论结合不了实际，但通过这次设计使我认识到了理论结合实际的重要性。

但由于我知识的限制，设计还有很多不足之处，希望老师指出并教导。

现在我们所使用到能源中电能占了很大的比重，它具有成本低廉，输送方便，绿色环保，控制方便能很容易转换成其他的信号等等。

我们的日常生活已经离不开电了。

在如今高能耗社会，合理的利用电能，提高电能品质和用电效率成为了全球研究的当务之急。

而《电力电子技术》正是与这一主题相关联的。

直流升压斩波电路是里面的一部分，它开关电源，与线性电源相比，具有绿色效率高，控制方便，智能化，易实现计算机控制。

这次课程设计是对我们所学内容的一次复习与拓展，它要求我们掌握仿真电力电子器件（由于条件有限暂无仿真步骤）。

通过单相全控桥式整流电路的设计，使我加深了对整流电路的理解，对于一个电路的设计，首先应该对它的理论知识很了解，这样才能设计出性能好的电路。

整流电路中，开关器件的选择和触发电路的选择是最关键的，开关器件和触发电路选择的好，对整流电路的性能指标影响很大。

在这次学习的过程中，也许过程比较紧张和费神，但是当最终的结果出现在我面前的时候却是一种难得的喜悦，这是一种我们平时难以获得的体会。

我们应该正视课程设计，好好的利用课设提升自己本身的知识水平。

参考文献

[1]王兆安,黄俊.电力电子技术[M].4版.北京：

机械工业出版社,2000.

[2]尹克宁.电力工程[M].北京：

中国电力出版社，2008.

[3]黄俊，王兆安.电力电子交流技术[M].3版.北京：

机械工业出版社，1993.

[4]王兆安.电力电子技术是电能质量控制的重要手段[J].电力电子技术，2004

[5]陈治明.电力电子器件基础[M].北京：

机械工业出版社，1992.

[6]张立，黄两一.电力电子场控器件及其应用[M].北京：

机械工业出版社，1995.

[7]林渭勋.现代电力电子技术[M].北京：

机械工业出版社，2006.

[8]赵可斌，陈国雄.电力电子变流技术[M].上海：

上海交通大学出版社，1993.

[9]张立，赵永健.现代电子电力技术[M].北京：

科学出版社，1992.

[10]丁道宏.电力电子技术[M].北京：

航空工业出版社，1992.