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北京交通大学 电力电子技术 第05章 直流斩波器(DC-DC变换器)

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电力电子技术第五章直流-直流变流电路PPT课件

电力电子技术第五章直流-直流变流电路PPT课件

(5-37) O
i
t
o
当tx<t0ff时，电路为电流断续工作状态， tx<t0ff是电流断续的条件，即
m
1 e 1 e
(5-38)
i
i
1
2
I
20
O
t
tt
t
t
on
1
x
2
t
off
T
c)
图5-3 用于直流电动机回馈能 量的升压斩波电路及其波形
c）电流断续时
16/44
5.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路
◆斩波电路有三种控制方式
☞脉冲宽度调制（PWM）：T不变，改变ton。 ☞频率调制：ton不变，改变T。 ☞混合型：ton和T都可调，改变占空比
5/44
5.1.1 降压斩波电路
■对降压斩波电路进行解析
◆基于分时段线性电路这一思想，按V处于通态和处于断态两个过程 来分析，初始条件分电流连续和断续。
◆电流连续时得出
3/44
5.1.1 降压斩波电路
■降压斩波电路（Buck Chopper）
◆电路分析
☞使用一个全控型器件V，若采用晶闸
管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。
☞设置了续流二极管VD，在V关断时
给负载中电感电流提供通道。
☞主要用于电子电路的供电电源，也
可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。
◆工作原理
☞ t=0时刻驱动V导通，电源E向负载
☞输出电流的平均值Io为
EI1 U o I o
Io
Uo R
1
E R
(5-24) (5-25)
☞电源电流I1为
I1
Uo E
Io

电力电子技术基础课件：DCDC变换——斩波器

电力电子技术基础课件：DCDC变换——斩波器

Ton
Ton
V0 =
Vs =
Vs = DVs
✓ 负载电压平均值为：
Ton Toff
Ts
✓ 负载电流平均值为：
V0 - Em
I0 =
R
② 当电流断续时
负载电压平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。
DC/DC变换——斩波器
2、降压斩波电路
iS
_
+ vL
V
iL
例题3-1
L
io
VG
如图所示的降压斩波电路，已知Vs=200V，R=10Ω，
vL
ic
VG
V
解：由于C值、L值极大，故负载电流连续，所以输出电压平均值为：
Ts
40
Vo =
Vs =
50= 133.3 (V )
Toff
40 25
输出电流平均值为：
V0
133.3
Io =
=
= 6.67 (A)
R
20
io
+
C
R
Vo
电力电子技术
DC/DC变换——斩波器
➢ 1. 概述
➢ 2. 基本斩波电路 -- 升压斩波电路的典型应用
升压斩波电路（Boost电路）
✓
升降压斩波电路
✓
Sepic电路
✓
Cuk电路
iS
+
vL
R
C
iVD
_
VD
io
iC
VG
Vo
Buck电路
L
VS
✓
VD
VS
V
+
C
Zeta电路
Boost电路

电力电子技术课件DCDC变换器

电力电子技术课件DCDC变换器

I0
I2
2
I1
(3.2.8)
I1I0U2dLTS D(1D)
电力电子技术课件DCDC变换器
4.1.1 Buck变换器
电感电流iL临界连续状态：
变换电路工作在临界连续状态时，即有I1=0，由 I1I0U2dLTSD(1D)
可得维持电流临界连续的电感值L0为：
Lo
UdTS 2I0B
D(1D)
即电感电流临界连续时的负载电流平均值为 ：
对于日本、美国等国家，使用60Hz工频，计取方式只需把上述的50改为 60即可。
纹波电压通常用有效值或电峰力值电子表技术示课。件DCDC变换器
4.1.1 Buck变换器
纹波电压的危害
1、容易在用设备中产生不期望的谐波，而谐波会产生较多的危害；
2、降低了电源的效率；
3、较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用设备。
✓
U 0T 1S0 TSu0(t)d TttoST n1S U(d 0 toDu ndUddttT oSn 0d)t
ü 忽略器件功率损耗，即
输入输出电流关系为：
IO
Ud UO
Id
1 DId
电力电子技术课件DCDC变换器
降压电路及其波形图
4.1.1 Buck变换器
Buck变换器的可能运行情况：
实现电隔离，而在直流电机的调速装置中可不用变压器
隔离。
电力电子技术课件DCDC变换器
4.1 直流变换电路的工作原理
❖ 工作原理：图中T是可控开关，R为纯阻性负载。在时间 内当开关T接通时，电流经负载电阻R流过， R两端就有 电压；在时间内开关T断开时， R中电流为零，电压也变 为零。
✓ 电路中开关的占空比

电力电子技术 第五章直流斩波 优质课件

电力电子技术 第五章直流斩波 优质课件

二、连续导电模式
1、波形分析
稳态时，Vo基本恒定， IC=0，UL=0， I0=ID ， Id=IL
VG
(a)
t
TS vL
Vd
(Vd )
(b)
t
iL
TS
(Vd Vo )
忽略电路损耗，Pd=Po，即： (c) 0
(IL Id )
t
UdId=UoIo
i d ton
toff
(d) 0
t
iD
第 5章
直流变换器(DC-DC变换器 )
概述
1、直流电压的调节方式
（1）线性调节方式 通过与负载相串联的线
性元件来调节电压
损耗大、效率低
（2）开关调节方式
通过电子开关的闭 合/断开来调节电压
+
Vd
-
voi
Vo R(负载) (a)
Vd
0
Vo
t
ton
toff
TS

1 fs
(b)
图5.1 纯电阻负载的降压变换器电路图
+
UC1 UL2 C
S
-
R Uo
+
+ + L1 - +
UC1 -
Ud
UL1
S
-
- L2 + UL2 C
-
R Uo
+
（a）T导通
（b）T截止
图5.17 连续导电模式下丘克变换器等效电路图
二、连续导电模式
1、波形分析
稳态时， UC1 、Uo基本恒定，IC1=0， IC2=0， UL1=0， UL2=0
U o ton D U d Ts

电力电子技术-5.1直流斩波

电力电子技术-5.1直流斩波

z EM E e ( 1 T1/ E M T TR ) (1 ) T / I 20 e e ) , (1z z R R e 1 R L
上式代入
[t 1,T]
I I 20 I10
E R

1 e
di 1 E EM t / t / L (1 / 0 t t1 i1 EIM10 eRi 1) T E E ME , T(1 Me E M) (1 ) T / E E E M I 10 e e e e dt I R d R R R R 0 T 0 . 5 T I I max R T di 2 ) i 1 ( 0 ) t / I 10 , M ( Ed ( 1 ) T / E L / RE ( t t 1 ) / t 1 E L Ri 2 Ee(1 e0M, (te1 ),) 20 i1 ( t 1 ) M t I T e e e 1 + Ii10 (1 I 20 ) 2 R R dt RR EM T RT T T
输出电压平均值为： ton E (T ton t x ) EM Uo T 负载电流平均值为：
1 (1 m)e t x ln m
电流断续时的波形
t2
t

tx<toff
e 1 m e 1
ton t x 1 m E T
1
t1
5.1.1 降压斩波的工作原理 输出电压平均值 Ua u 0 dt
T
0
t1 T
E ft 1 E E

北京交通大学 电力电子技术 第05章 直流斩波器(DC-DC变换器)

北京交通大学 电力电子技术 第05章 直流斩波器(DC-DC变换器)

ton 不变，调节 T
toff 不变，调节 ton 和 T • 调频调宽混合控制
Beijing Jiaotong University (BJTU)
反馈控制方式： 瞬时值控制（边带控制、 bang-bang控制） 当 i < Imin时，S 开通 当 i > Imax时，S 关断 特点： 输出电流(电压)纹波恒定
Uo Ts 1 U d toff 1 D
Io 1 D Id
Beijing Jiaotong University (BJTU)
5. 3 升降压变换器（BUCK--BOOST变换器）
一、电路结构与工作原理 1、电路结构 2、工作原理 S闭合，Ud向L充电，iL 增大，负载由C供电 S断开， iL通过D向C和 R供电， iL下降 Uo=0~∞
响应速度快
开关频率变化较大
Beijing Jiaotong University (BJTU)
平均值控制 电压反馈控制或电流反馈控制 当 Uf < Ur 时，增加 ton ，U0 上升 当 Uf > Ur 时，减小ton ， U0 下降 特点：开关频率固定，易于滤波，响应较慢
Beijing Jiaotong University (BJTU)
Beijing Jiaotong University (BJTU)
一、正激式（Forward）变换器
A
id
+
（一）理想单端正激式变换器
不考虑变压器激磁电抗和漏抗 1、电路结构 2、工作原理 S闭合 ：D1正偏导通， D2 反偏截止，uL>0 ，iL线性增 大； S断开：D2续流，uL<0 ，iL 线性减小。
5. 1 降压变换器（BUCK变换器） 一、电路与工作原理 续流二极管 1、电路结构 2、工作原理

(完整word版)电力电子技术第5章直流-直流变换电路习题和答案K

(完整word版)电力电子技术第5章直流-直流变换电路习题和答案K

一、填空题1、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L储能之后具有使（）的作用;二是电容C可将输出电压（）住。

答：电压泵升;保持2、升压斩波电路和降压斩波电路一样,也有电流（）和（）两种工作状态。

答:连续;断续3、直流斩波电路按照输入电压与输出电压的高低变化来分类有（)斩波电路、( ）斩波电路和（）斩波电路。

答：降压；升压；升降压；二、问答题1、试说明直流斩波器主要有哪几种电路结构？试分析它们各有什么特点？答：直流斩波电路主要有降压斩波电路（Buck），升压斩波电路（Boost),升-降压斩波电路（Buck—Boost）和库克(Cuk）斩波电路。

降压斩波电路是输出电压的平均值低于输入电压的变换电路.它主要用于直流稳压电源和直流电机的调速。

升压斩波电路是输出电压的平均值高于输入电压的变换电路。

它可用于直流稳压电源和直流电机的再生制动。

升—降压变换电路是输出电压的平均值可以大于或小于输入直流电压，输出电压与输入电压极性相反.主要用于要求输出与输入电压反向,其值可大于或小于输入电压的直流稳压电源。

库克电路也属升—降压型直流变换电路，但输入端电流波纹小，输出直流电压平稳，降低了对滤波器的要求。

2、简述降压斩波电路的工作原理。

输出电压电流波形。

答:0=t 时刻驱动V 导通，电源E 向负载供电，负载电压E u =0，负载电流0i 按指数曲线上升。

1t t =时控制V 关断，二极管VD 续流，负载电压0u 近似为零，负载电流呈指数曲线下降.通常串接较大电感L 使负载电流连续且脉动小.3、简述升压斩波电路的工作原理。

输出电流波形答：当V 处于通态时，电源E 向电感L 充电,设充电电流为i 1，L 值很大,i 1基本恒定,同时电容C 向负载供电，C 很大，使电容器电压u 0基本不变，设V 处于通态的时间为t on ，在t on 时间内,电感L 上积蓄的能量为EI 1t on ；当V 处于断态时，E 与L 同时向电容充电，并向负载R 提供能量。

直流斩波电路演示文稿

直流斩波电路演示文稿
☞主要用于电子电路的供 电电源，也可拖动直流电动机
或带蓄电池负载等，后两种情
况下负载中均会出现反电动势， 如图中Em所示。
3.1.1 降压斩波电路
2) 工作原理
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 按 指 数 曲 线 上 升 。
t=t1 时 控 制 V 关 断 ， 二 极 管 VD续流，负载电压uo近似为 零，负载电流呈指数曲线下 降。
E 1 toI nU o E I1 toff
化简得： Uo
ton toff tof f
E
T tof f
E
T/toff>1，输出电压高于电源电压，故为升压斩波电路,也称之为boost变 换器。
➢ 在整个周期T中，负载消耗的能量为 RI o2T EM IoT
一周期中，忽略损耗，则电源提供的能量与负载消耗的能量相等。
EIoton RI o2T EM IoT
假设电源电流平均值为I1，则有
Io
E EM
R
I1
ton T
Io
Io
其值小于等于负载电流Io，由上式得
E1 I EoIU oIo
U otoE n(T T to ntx)E m 1toT ntx m E
负载电流平均值为
(5-18)
I o T 1 0 toi 1 n d t tt o o n n tx i2 d t to T n txm E R U o R E m (5-19)
电力电子电路的实质上是分时段线性电路。 基于“分段线性”的思想，对降压斩波电路进行解析。
分V处于通态和处于断态 初始条件分电流连续和断续
5.1.1 降压斩波电路
■对降压斩波电路进行解析 ◆基于分时段线性电路这一思想，按V处于通态和处于断态两个过程来分析，

电力电子技术应用技术之直流斩波电路

电力电子技术应用技术之直流斩波电路

•
强中自有强中手，莫向人前满自夸。 —《警 世通言 》2020 年8月上 午7时6 分20.8. 1307:0 6August 13, 2020
•
没有口水与汗水，就没有成功的泪水 。。202 0年8月 13日星 期四7 时6分35 秒07:0 6:3513 August 2020
•
细节的不等式意味着1%的错误会导致 100%的 错误。 。上午 7时6分 35秒上 午7时6 分07:0 6:3520. 8.13
一、时间比控制方式
1）脉冲宽度控制也称定频调宽式。此方式电力电子器件的通断频率 （通断周期Ｔ）一定，调节脉冲宽度τ，τ值在0～T之间变化，负载电压在 0～U之间变化。
2）脉冲频率控制也称定宽调频式。此方式脉冲宽度τ一定，改变电 力电子器件通断频率ƒ，ƒ=1／T。ƒ增加Ｔ减小使Ｔ＝τ时电路全导通， ud＝U；ƒ下降周期Ｔ增大时，ud减小。
谢谢各位！
1．直流斩波器工作原理 VT1为斩波器主晶闸管，VT2为斩波器辅晶闸管，Ｃ和L1组成振荡电
路，与ＶＤ1 、ＶＤ2、L2组成VT1管的换流关断电路。
脉冲宽度控制直流斩波电路工作过程
2．主电路中各元件的作用 ＶＤ0：防止直流斩波器被加上反向电压。 ＴＰ：由霍尔元件组成的电流变换器。 电阻ＲＴ和晶闸管ＶＴ3组成削磁回路，目的在于进一步提高车速。
•
我不能说我不珍视这些荣誉，并且我 承认它 很有价 值，不 过我却 从来不 曾为追 求这些 荣誉而 工作。 。20.8.1 307:06: 3507:0 6Aug-2 013-Aug -20
•
自觉心是进步之母，自贱心是堕落之 源，故 自觉心 不可无 ，自贱 心不可 有。。0 7:06:35 07:06:3 507:06 Thursda y, August 13, 2020

电力电子技术第5章 直流-直流变换电路

电力电子技术第5章 直流-直流变换电路

5.2 单管非隔离直流斩波器
5.2.1、降压式直流斩波电路
1、电路结构
电路中的VT采用IGBT；VD起续流作用，在VT关断时为 电感L储能提供续流通路；L为能量传递电感，C为滤波电 容，R为负载；Us为输入直流电压，U0为输出直流电压。
is
VT
- + UL
iL
L
iD
Us
VD
i0 + u0
CR
toff≥1，故负载上的输出电压U0高于电路输入电压Us，
该变换电路称为升压式斩波电路。
5.2.3 升降压式直流斩波电路
1、电路的结构
该电路的结构是储能电感L与负载R并联，续流二 极管VD反向串接在储能电感与负载之间。
iT VT
iD
iL +
uL
Us
L
-
VD
-
-
uC
u0
C
R
+ +
图5-9 升-降(压a)式斩波电路及工作波形
2、工作原理
2）在VT关断时，储能电感L两端电势极性变成左 负右正，VD转为正偏，电感L与电源Us叠加共同向 电容C充电，向负载R供能。如果VT的关断时间为
toff，则此时间内电感电压为 (U o U S ) 。
图5-8 Boost变换器电流连续工作模式波形图
3、基本数量关系
根据电感电压的伏秒平衡特性
图5-5 电流连续工作模式波形图
3、基本数量关系
根据电感电压的伏秒平衡特性 T
ton
T

uLdt uLdt uLdt 0
0
0
ton
设输出电压平均值为U0，则在稳态时，上式可以表达为：

直流斩波-北京交通1

直流斩波-北京交通1

斩波电路 5. 2. 3
•
第二象限斩波器
ULD > 0 ， iA < 0
• 能量从负载流向电源 • 电机再生制动， ULD < Em • U CH (1 )U C
ULD＝ UCH , UC＝ US
U LD (1 )U S
• 0 < < 1 ，ULD < US
Feb , 2004
• 重点：
– 掌握各种斩波电路的波形分析及工作原理
Feb , 2004
北京交通大学电气工程学院
5-3
斩波电路
5. 1
工作原理及控制方式
5. 1. 1 直流斩波器的工作原理
• S －－ 斩波开关 D －－ 续流二极管 • S闭合： uLD = US S断开： uLD = 0
Feb , 2004
北京交通大学电气工程学院
北京交通大学电气工程学院
5-12
斩波电路 5. 2. 4 A型两象限斩波器
CH1、D1交替导通，
ULD > Em ，iA > 0 。 • 再生状态： CH1始终关断， • 电动状态：CH2始终关断，
CH2、D2交替导通，
ULD < Em ，iA < 0 。 • ULD > 0，iA可正可负， 位于第一、二象限 • 能量双向流动
北京交通大学电气工程学院
5-8
斩波电路 – 平均值控制
• 电压反馈控制或电流反馈控制 • 当 Uf < Ur 时，增加 ton ，U0 上升 当 Uf > Ur 时， 减小ton ， U0 下降 • 特点：开关频率固定，易于滤波，响应较慢
Feb , 2004
北京交通大学电气工程学院

电力电子技术第5章 直流斩波电路

电力电子技术第5章 直流斩波电路

V处于断态时 UL = -U0
（b）一种实用正激电路 要求断态时要保证去磁电流降为零，使变压器磁芯可靠复 44 位。
5.3.1正激电路
一种实用正激电路分析：
（b）一种实用正激电路
45
5.3.1正激电路
一种实用正激电路分析：
T2时刻磁芯复位
（b）一种实用正激电路 要求断态时要保证去磁电流降为零，使变压器磁芯可靠复 46 位。
（3-40）
V处于断态 uL = - uo
5.1.3升降压斩波电路和Cuk斩波电路
所以输出电压为：
ton ton （5-41） Uo E E E toff T ton 1
结论 当0< <1/2时为降压，当1/2< <1时为升压， 故称作升降压斩波电路。也有称之为buckboost 变换器。
（a）降压斩波电路
(b)正激电路
35
5.3.1正激电路
正激电路分析：
V处于通态时 UL = （N2/N1）Us-U0
（a）当T导通时，正激电路
36
5.3.1正激电路
正激电路分析：
V处于断态时 UL = -U0
（b）当T断开时，正激电路
37
5.3.1正激电路
正激电路分析：
（a）当T导通时，正激电路
39
5.3.1正激电路
此正激电路缺点：变压器原边通过单相脉动电流，变 压器铁芯极易饱和。
（a）正激电路
40
5.3.1正激电路
此正激电路缺点：变压器原边通过单相脉动电流，变 压器铁芯极易饱和。 解决措施：在隔离变压器中增加一个去磁绕组，将变 压器中存储的激磁能量反激到电源中。 去磁绕组
（a）正激电路

直流斩波

直流斩波
u
开关器件
+
ud -
uo
图5-1 斩波器原理示意图
uo
Ud Uo t
5.1
直流斩波电路基本原理
ud u udd 1
斩波电路的控制
时间比控制方式
定频调宽式（脉冲宽度控制PWM）
开关器件的触发频率恒定，调节脉冲宽度τ。
1
toff
ud u udd
t
2T T1 T1
ton tton on
四 象 限 斩 波
电压极性可变、电流极性也可变
V1 E V2 VD1 VD2 L uo R io M EM V4 VD3 V3 VD4
图5- 9 全桥式斩波电路
图
•V1、VD1＋ V4、VD4＝B型两象限斩波器 V1、V4导通时，uo>0，io>0；电机吸收能量，io增加 io > 0，Uo可正可负，位于第一、四象限。 VD1、VD4导通时，uo<0，io>0；电机释放能量，io减小 •V2、VD2＋ V3、VD3＝B型两象限斩波器（左右翻转） V2、V3导通时，uo<0，io<0；电机反方向吸收能量，io增加 io < 0，Uo可正可负，位于第二、三象限。 VD2、VD3导通时，uo>0，io<0；电机反方向释放能量， io减小 •组合后 Io、Uo 极性均可变，电机可四象限运行。
EI Lton (U 0 E ) I Ltoff
化简得：
Uo
ton toff toff
T E E toff
T/toff>1，输出电压高于电源电压，故称该电路为 升压斩波电路
5.2.3
i1
升降压斩波电路
V i2 VD IL E uL L C uo R

机工社2023电力电子技术 第6版教学课件第5章 直流直流变换电路

机工社2023电力电子技术 第6版教学课件第5章 直流直流变换电路

开关周期开始时刻的电容电压值相等。故式(5-1)中uC(TS) = uC(0)，所以电容
电流在一个开关周期内的平均值Ic = 0。
5-7
5.1 直接直流变流电路
5.1.1 降压斩波电路 5.1.2 升压斩波电路 5.1.3 升降压斩波电路 5.1.4 丘克斩波电路 5.1.5 多重斩波电路
5-8
5.1.1 降压斩波电路
5-20
5.1.3 升降压斩波电路
数量关系
电感电压在一个周期的平均值UL可以表示为
UL
U iton
U otoff Ts
由伏秒平衡，UL=0，可得
Uo D Ui 1 D
（5-6）
等式右边的负号表示升降压电路的输出电压与输入电压极性相反，其数 值既可以高于其输入电压，也可以低于输入电压。
S Ui
5-5
5.1 直接直流变流电路
伏秒平衡
电感两端电压在一个开关周期内的平均值：
其中： 可得：
1
UL Ts
TS 0
uL
(t
)
d
t
uL
(t)
L
d
iL (t) dt
U L
1 Ts
TS L d iL (t) d t 0 dt
1
Ts
TS 0
L
d
iL
(t
)
L Ts
[iL (TS
)
iL
(0)]
（5-1）
uL O
t1~t2时段：开关S关断，二极管VD 导通，电感通过VD向电容C放电，电感 电流不断减小。
t2~t3时段：t2时刻电感电流减小到 零，二极管VD关断，电感电流保持零值
，并且电感两端的电压也为零。

第五章 DC-DC

第五章 DC-DC

降压斩波电路
5.1.1
工作原理
a.0<t<t1 当开关的栅板加控制脉冲后，V闭合，则直流 电源E 经开关V 电感L R M构成回路。 即直流电源对电感L充电。 b.t1<t<t2 当主控开关V上的栅极加控制信号消失后，V 断开，则电感上的贮能 R EM VD构成回路。 即负载R上的能量由电感上的贮能供电，电感L放电。 3.1.2. 基本数量关系
O io i1 I 20 O ton T t1 t x toff c) t2 i2
t
O
t on
t
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
数量关系
5.1.2
升压斩波电路
当V处于通态时，设电动机电枢电流为i1，得下式： d i1 (5-27) L + Ri1 = EM dt 当V处于断态时，设电动机电枢电流为i2，得下式：
2 EIoton = RIo T + EM I oT E - EM Io = R
（5-12） （5-13）
则
在上述情况中，均假设L值为无穷大，负载电流平直的情况。这种情况下，假设电源电流平 均值为I1，则有 t （5-14） I1 = on I o = I o T 其值小于等于负载电流Io，由上式得 （5-15） EI1 = EIo = Uo I o 即输出功率等于输入功率，可将降压斩波器看作直流降压变压器。
uo
E
uo
E
O i
t i1 I1 0 I2 0 to ff T b) i2 I1 0 t
O io i1 I2 0 O to n T t1 t x t2 to ff c) i2
t
O

(完整版)电力电子技术第5章-复习题-答案

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第5/10章 直流-直流变换电路 习题与答案第1部分：填空题1.直流斩波电路完成的是直流到 另一种直流 的变换。

2.直流斩波电路中最基本的两种电路是 降压（Buck ） 电路和 升压（Boost ） 电路。

3.斩波电路有三种控制方式： 脉宽调制（PWM ）、脉频调制（PFM ） 和 PWM/PFM 混合调制 ，其中最常用的控制方式是：脉宽调制（PWM ） 。

4.脉冲宽度调制的方法是： 开关周期 不变， 开关导通 时间变化，即通过导通占空比的改变来改变变压比，控制输出电压。

5.脉冲频率调制的方法是: 开关导通 时间不变， 开关周期 变化，导通比也能发生变化，达到改变输出电压的目的。

该方法的缺点是： 开关频率 的变化范围有限。

输出电压、输出电流中的 谐波频率 不固定，不利于滤波器的设计 。

6.降压斩波电路中通常串接较大电感，其目的是使负载电流 平滑 。

7.升压斩波电路使电压升高的原因：电感L 在开关管导通期间将电能转换为磁能储存起来，以实现电压泵升 ，电容C 在开关管导通期间给负载供能以使输出电压连续平滑 。

8.升压斩波电路的典型应用有 直流电动机传动 和 功率因素校正（APFC ） 等。

9.升降压斩波电路和Cuk 斩波电路呈现升压状态的条件是开关器件的导通占空比为 大于0.5小于1 ；呈现降压状态的条件是开关器件的导通占空比为 大于0小于0.5 。

10.设Buck 型DC-DC 变换器工作于CCM 模式，设输入电压U i =10V ，占空比D =0.6，则输出电压U O ＝ 6V 。

11.设Boost 型DC-DC 变换器工作于CCM 模式，设输入电压U i =12V ，占空比D =0.8，则输出电压U O ＝ 60V 。

13.开关型DC-DC 变换电路的三个基本元件是 开关管 、 电感 和 电容 。

14. 斩波电路用于拖动直流电动机时，降压斩波电路能使电动机工作于第 1 象限，升压斩波电路能使电动机工作于第 2 象限，电流可逆 斩波电路能使电动机工作于第1和第2象限。

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视iL是否连续，可分为连续导电模式和不连续导电模式
二、 连续导电模式
1、波形分析 稳态时，Uo基本恒定， IC=0，UL=0， I0=ID 忽略电路损耗，Pd=Po， 即：UdId=UoIo
2、电量计算
U DT U 1 D T 0 d s o s
Uo D Ud 1 D
ton
trst
B t BS t BR t O
t1
t2
H
（二）实用单端正激式变换器
1、电路结构
N1：原边绕组；N2：副边绕组；N3：去磁绕组
2、工作原理 S闭合：D1导通，D2、D3截止， iL 、im线性增长
S断开，去磁期间：D1截止，D2、D3导通， iL 、 im 线性减小， im经N3、D3反馈到电源Ud中
电阻负载降压变换器
2、直直变换器属开关调节方式
3、直直变换技术的应用
直流调速系统：如地铁动车、无轨电车、其它
蓄电池供电的电动车辆等，在
此领域称直流斩波技术 开关电源：如通信电源、电脑、移动电话电源 等，在此领域称直直变换技术
4、直流斩波器的分类： 根据输入、输出电压大小 降压型 升压型 升－降压型 第一象限 第二象限 两象限 四象限 根据是否带隔离变压器 不带隔离变压器和带隔离变压器 U0 < Ui U0 > Ui Buck 型 Boost 型 Cuk 型
5. 1 降压变换器（BUCK变换器） 一、电路与工作原理 续流二极管 1、电路结构 2、工作原理
功率开 关器件
id
+ +
储能电感
io
+
iL
Ud
-
S闭合，Ud通过L向R 供能，iL增大，L储 能增加
uD
-
L + uL C
uo=
-
Uo
R (负 载 )
滤波电容
uD
Ud Uo
(a )
S断开， iL通过D续流，
2、电量计算
稳态时，一个周期T内L积蓄能量与释放能量相等：
U t U U t 0 d on d o of f
Uo T 1 s Ud toff 1D
Io 1 D Id
5. 3 升降压变换器（BUCK--BOOST变换器）
一、电路结构与工作原理 1、电路结构 2、工作原理 S闭合，Ud向L充电，iL 增大，负载由C供电 S断开， iL通过D向C和 R供电， iL下降 Uo=0~∞
Io 1 D Id D
5. 4 丘克变换器（CUK变换器）
一、 电路结构与工作原理
1、电路结构
L1、C1为能量传递元件
L2、C2为滤波元件
2、工作原理 S闭合，D截止，Ud向L1充电，iL1增大， C1向L2 、 C2和负载供 电， iL2增大 S断开，D导通，Ud和L给C1充电， iL1下降，负载由L2和C2供电， iL2下降 Uo=0~∞ 视iL1是否连续，可分为连续导电和不连续导电模式
di A U L i R E S LD A LD m dt
t on U U U LD S S T t on T
U E S m i ( 1 e A R LD
R LD t L LD
R LD t L ) I eLD A min
ton < t < T :
5.1~5.4 小结
1、直流—直流（DC—DC）变换器——把一种直流电变换成 另一种直流电的电力电子装置 2、 DC—DC变换器的分类、基本控制方法 3、 DC—DC变换器的工作频率（开关器件的开关频率）、输 出滤波电容对输出电压脉动（纹波）的影响 4、对四种基本DC—DC变换器的要求： ① 能画电路图、并能叙述其工作原理 ② 能画各元件上的电压、电流波形（重点是uL、iL波形，难 点是ic波形） ③ 会推导Uo/Ud=f(D)的关系式和iL的表达式
2、电量计算
因为 所以 得：
U L 0
( U d U o ) t on ( U o )( T s t on ) 0
Uo to n D Ud Ts
由
得：
U d Id U oIo Io U d 1 Id U o D
5. 2
升压变换器（BOOST变换器） 储能 电感
二、连续导电模式
1、波形分析
稳态时， UC1 、Uo基本恒定，IC1=0， IC2=0，
UL1=0， UL2=0
忽略电路损耗，Pd=Po，即：UdId=UoIo
Id=IL1，Io=IL2
U G 0 t
2、电量计算
U d DT s ( U d U c 1 )( 1 D ) T s 0
直流斩波器的应用： 直流电机调速 直流电压变换（开关电源）
直流电压隔离
3. 1
工作原理及控制方式
3. 1. 1 直流斩波器的工作原理 S ： 斩波开关 D ： 续流二极管 S闭合： uLD = US S断开： uLD = 0
负载电压平均值： 斩波开关导通比（占空比）： 0 < < 1 ，0 < ULD < US 0 < t < ton :
Buck-Boost 型 U0 > 0 , I0 > 0 U0 > 0 , I0 < 0
根据输出电压、输出电流方向
5、本章将讨论直直变换器的工作原理和稳态工作 特性，在分析过程中基于如下几点假设： • 电路中的开关管、二极管均为理想器件 • 电路中的电感、电容均为理想器件
• 直流输入电源为理想的恒压电源
Ｓ断开，去磁以后：D1 、D3截止，D2导通， iL线性 减小
3、基本关系： Ｓ承受最大电压：
Uo N2 D Ud N1
1 Dm a x ( 1 N3
) N1
D1承受最大电压： D2承受最大电压： D3承受最大电压：
N 1 U Tm ax ( 1 ) U d N 3 N 2 U D 1max ( ) U d N 3 N 2 U D 2max ( ) U d N 1
di A 0 L i R E LD A LD m dt
E m i ( 1 e A R LD
R ' LD t L LD R ' LD t L LD ) I e A max
3.1.2直流斩波器的控制方式
ton ULD US T 基本控制方式：调节 ton / T
• 定频调宽控制（PWM） T 不变，调节 ton • 定宽调频控制（PFM）
Uo D Ud 1 D
(IL Io )
t
UC1 t
Io 1 D Id D
iT
0 t 图5.18 连续导电模式各点波形图
课堂思考
1、在丘克DC—DC变换器中，传递能量的元件是 。 2、在BOOST电路中，若输入电压Ui=10.0V，占空比D=0.7，则输出电压 Uo= 。 3、判断对错 （1）Buck—Boost DC—DC变换器： ① 在连续工作状态下，输入电流是连续的 ② 属于一象限DC—DC变换器 ③ 在连续工作状态下，若输入电压一定，则变换器输出电压与占空比呈 线性关系 ④ 是升降压DC—DC变换器 ⑤ 连续工作状态是指负载电流连续 （2）DC-DC变换电路中，器件开关频率越高，输出电压的脉动越小。 （3）在DC-DC变换电路中，输出滤波电容越大，输出电压的脉动越小。 （4）在DC-DC变换电路中，输入电压越高，输出电压的脉动越小。
5 . 5 带隔离变压器的直直变换器
开关电源的基础：由基本直直变换器派生而来 • 由降压变换器派生的电路 单端正激变换器 混合桥式变换器
电压型推挽变换器
电压型半桥变换器 电压型全桥变换器
• 由升压变换器派生的电路
电流型推挽变换器 • 由升-降压变换器派生的电路 单端反激变换器
一、正激式（Forward）变换器
B 图5.25 降压变换器
D1
+ +
L
uL D2 C
iL R +
-
N1 Ud T
-
N2
Uo
图 5.26
理想的单端正激变换器电路
3、单端变换器必须遵循的原则：磁通复位（去磁）原则 要求在每个周期结束时，变压器磁芯中的磁通
增量为零（即磁通复位），否则磁通将不断增加，
导致磁芯饱和，造成开关管损坏
S O uN1 O im O t 0
UC1 1 Ud 1DLeabharlann TSUdUL1
0 TS
t
(Uc1 Ud )
iL1
0
(IL Id )
( U c 1 U o ) DT s ( U o )( 1 D ) T s 0 U
L2
ton
Uc1 Uo
toff
t
1 UC1 Uo D
0
t TS
Uo
iL2
0 UT 0
Spring 2006
电力电子技术 Power Electronics Technology
电气工程学院
陈洛忠
第五章 直流斩波器
（ DC-DC变换器 ）
概 述
1、直流电压的调节方式 （1）线性调节方式 通过与负载相串 联的线性元件来调 节电压 损耗大、效率低 （2）开关调节方式 通过电子开关 的闭合/断开来调 节电压
N 2 D承受最大电压： U D max U ( ) U N 1
o d
三、推挽式（Push-pull）变换器
1、电路结构
2、工作原理 T1导通、T2截止：D1 正偏导通，D2反偏截 止，iD1=iL线性增长， iD2=０ T1截止、T2导通：D1 反偏截止，D2正偏导 通，iD2=iL线性增长， iD１=０ T1、T2截止： D1、D2 续流， iL线性下降。 若不考虑激磁电流， 则iD1= iD2=iL/2 根据iL是否连续可分为 连续工况和断续工况

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