1、第六節(jié)斬波電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其工作原理斬波電路原來(lái)是指在電力運(yùn)用中，出于某種需要，將正弦波的一部分"斬掉"。(例如在電壓為50V的時(shí)候，用電子元件使后面的 500V部分截止，輸出電壓為0。)后來(lái)借用到DC-DC 開關(guān)電源中，主要是在開關(guān)電源調(diào)壓過(guò)程中，原來(lái)一條直線的電源，被線路"斬"成了一塊一塊的脈沖。6種基本斬波電路：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路。 復(fù)合斬波電路一一不同結(jié)構(gòu)基本斬波電路組合。 多相多重?cái)夭娐?相同結(jié)構(gòu)基本斬波電路組合。一、降壓斬波電路直流斬波電路(DC Chopper):

2、是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓直流電的電路。也 稱為直流-直流變換器(DC/DCConverter )。一般指直接將一直流電變?yōu)榱硪恢绷麟姷碾娐罚?不包括由直流變?yōu)榻涣?，再由交流變?yōu)橹绷鞯碾娐?。降壓斬波電路又叫BUCK電路。降壓斬波電路結(jié)構(gòu)是由電源、全控型器件、續(xù)流二極管、儲(chǔ)能電感線圈和負(fù)載電阻組成。假如全控型器件為晶閘管的話必須有輔助關(guān)斷電路。電路結(jié)構(gòu)如圖5-25所示。降壓斬波電路的典型用途之一是拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，也可帶動(dòng)蓄電池負(fù)載。工作原理分析：圖 5-26 a是電路圖，b和c是電流連續(xù)時(shí)波形圖和電流斷續(xù)時(shí)的波形圖，在t=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，這時(shí)輸出電壓電壓Uo=E,負(fù)

3、載電流i o按指數(shù)曲線上升，如圖 b所示。當(dāng)時(shí)間t=t1時(shí)控制開關(guān)器件 V關(guān)斷，二極管VD開始續(xù)流，這時(shí)輸出電壓uo近似為零， 負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降，處于12階段，如圖所示。通常在降壓斬波張串接較大電感L使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小在。電感小電流斷續(xù)波形圖如c圖所示。M圖5-26降壓斬波電流電壓波形圖路分析可以得到以下結(jié)論：輸出到負(fù)載的電壓平均值U0最大值為E,若減小占空比，則可以使輸出電壓隨之減少，因此該電路稱為降壓斬波電路。當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)，10也就是負(fù)載電流有段時(shí)間電流為零，所以電流不是連續(xù)的，是斷續(xù)的。電流斷續(xù)時(shí)可以得到以下結(jié)論：由這波形可以看出，負(fù)載電壓U0的平均值在斷續(xù)時(shí)是抬高的，在電感比

4、較小的情況下，一般出現(xiàn)電流斷續(xù)，這種在實(shí)際應(yīng)用中是不希望出現(xiàn)的情況。電流連續(xù)情況的數(shù)量關(guān)系有以下關(guān)系：負(fù)載電壓平均值U o 山 E 二鼻 E = Et on * t offT其中ton開關(guān)器件導(dǎo)通的時(shí)間t off 開關(guān)器件斷續(xù)的時(shí)間a叫-導(dǎo)通占空比從公式可以看出：輸出電壓U0與導(dǎo)通占空比 a成正比，而由于占空比是小于 1的，所以輸出電壓U0小于電源電壓 E。因此該電路叫降壓斬波電路。負(fù)載電流平均值：U - EmI o-其中EM是負(fù)載反電動(dòng)勢(shì)，R是電路等效電阻。L過(guò)小或toff 過(guò)大時(shí)出現(xiàn)電流斷續(xù)情況，這種情況一般不希望發(fā)生。斬波電路有三種控制方式：第一種是開關(guān)的周期 T不變，該變導(dǎo)通時(shí)間ton

5、這種叫脈沖寬度調(diào)制型，也稱（ PWM 型。第二種是導(dǎo)通時(shí)間ton不變，改變導(dǎo)通周期 T 這種稱為頻率調(diào)制型。第三種是導(dǎo)通時(shí)間ton和周期T都可調(diào)，也就是改變占空比和頻率一稱為混合調(diào)制型。這三種控制方式是脈寬調(diào)制型也就是PWh型應(yīng)用最多。二、升壓斬波電路升壓斬波電路又叫 BOOS電路。1.升壓斬波電路的基本原理升壓斬波電路結(jié)構(gòu)是由電源E、儲(chǔ)能電感、全控型開關(guān)、續(xù)流二極管、負(fù)載和濾波電容組成如圖5-27所示。工作原理分析：圖 5-28為升壓型斬波電路工作波形圖。假設(shè)電路中L和濾波電容C都很大。圖5-28電路工作波形圖當(dāng)開關(guān)器件V處于通態(tài)時(shí)，也就是導(dǎo)通的時(shí)候，電源E向電感L充電，這時(shí)候電流是恒定的1

6、1，電容C向負(fù)載R供電，輸出電壓 U=基本保持恒定。當(dāng)開關(guān)器件V處于斷態(tài)時(shí)，電源E和電感L同時(shí)向電容C充電，這時(shí)也必須向負(fù)載提供 能量。通過(guò)對(duì)電路進(jìn)行分析，可以得出以下結(jié)論：輸出電壓是高于電源電壓的。產(chǎn)生電壓升高的原因有以下兩個(gè)：一是儲(chǔ)能電感L存儲(chǔ)能量后使輸出電壓得到提高；第二是濾波電容可將輸出電壓保持恒定。所以BOOST!路又叫升壓斬波電路。2.升壓斬波電路的數(shù)量關(guān)系：設(shè)V通態(tài)的時(shí)間為ton,這個(gè)階段L上積蓄的能量為El.ton設(shè)V斷態(tài)的時(shí)間為toff，則此期間電感L釋放能量為Uo-El.toff在穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期 T中L積蓄能量與釋放能量相等，也就是能量守恒原理，所以有：EliJn =（U

7、。- E）htoff對(duì)該式進(jìn)行化簡(jiǎn)可以得到：,ton t off L T LU o =E = Etofft off其中T/t off>1，因?yàn)門是周期，是toff關(guān)斷時(shí)間，也意味輸出電壓高于電源電壓，所以 該電路稱為升壓斬波電路。=t offT其中T/t off稱為升壓比；升壓比的倒數(shù)記作 b，也就是b和a的關(guān)系是:因此可以得出U。a+ b =1 ;其中a叫導(dǎo)通占空比，而 b叫關(guān)斷占空比。1E如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能量?jī)H由負(fù)載R消耗，可以得出式子1 .：；一Eh =U°I。與降壓斬波電路一樣，升壓斬波電路可看作是直流變壓器。輸出電流的平均值Io為：U。1 EI o

8、 R P R電源電流的平均值I1為：U。1 EPFC電路；三是用升壓斬波電路典型應(yīng)用有三個(gè)方面-E I I'2 R 一是用于直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；二是用作單相功率因數(shù)校正俗稱(于其他交直流電源變換電路。三、升降壓斬波電路 升降壓斬波電路又叫 BUCK-BOOS電路，其電路結(jié)構(gòu)是由電源、全控開關(guān)器件、儲(chǔ)能電 感、續(xù)流二極管、濾波電容和負(fù)載構(gòu)成。如圖5-29所示。ii。同時(shí)，濾波電 L的能量向負(fù)載釋 所以該電路也稱Ili 2Iltofft圖5-29升降壓斬波電路原理圖電路基本工作原理分析：圖5-30為升降壓斬波電路工作時(shí)的電流波形圖。在開關(guān)器件V導(dǎo)通時(shí)，電源E經(jīng)開關(guān)器件V向電感L供電，使電感

9、貯能，這時(shí)電流為 容C維持輸出電壓保持恒定并向負(fù)載R供電。當(dāng)開關(guān)器件V關(guān)斷時(shí)，電感放，這時(shí)電流為i2。負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性正好相反， 為反極性斬波電路。b)圖5-30升降壓斬波電路工作時(shí)的電流波形圖升降壓斬波電路輸出電壓的數(shù)量關(guān)系：在穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期 T內(nèi)電感L兩端電壓Ul對(duì)時(shí)間的積分是為零的，就是有以下式子T0 ul dt =0電感兩端電壓ul = E，而開關(guān)器件 V處于分成兩部分，在開關(guān)器件處于導(dǎo)通時(shí)候， 關(guān)斷時(shí)候 U L = - U o根據(jù)能量守恒原理E tonU o t o ffaE1 - :T是周期。從以上式子我們可以得出以下結(jié)論：1/2< a <1為升壓電路，因此 BOOST電路又叫升降壓斬波所以輸出電壓可以寫為：toneT -ton而大寫tonE 二 t o ff其中a叫做導(dǎo)通占空比， 當(dāng)0<a <1/2為降壓電路，當(dāng)電路。從圖b中給出了電源電流i1和負(fù)載電流i2的