直流斩波电路
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直流斩波电路的工作原理是什么
直流斩波电路的工作原理是什么
直流斩波电路的工作原理是通过控制开关管的导通和关断来改变输入直流电源的占空比，从而实现对输出电压的调节。
直流斩波电路由开关管、二极管、滤波电感和负载组成。
在工作原理上，当开关管导通时，输入直流电源的电能通过电感储存起来，并传递到负载上，此时电感中的电流逐渐增大；当开关管关断时，负载上的电能通过二极管的导通路径回流至电源侧，电感中的电流逐渐减小。
通过控制开关管导通和关断的时间比例，可以实现对输出电压的连续调节。
在工作过程中，当开关管导通时，电感储存的电能会通过滤波电容平滑输出，并为负载提供稳定的电压；当开关管关断时，二极管承担负载电流的传导，保证电压的连续性，同时由于开关管关断时的回流电流较小，也能减小功耗。
通过控制开关管的导通和关断时长及频率，可以实现直流斩波电路对输出电压的调节和稳定性控制，进而满足不同的电源需求和负载要求。
第3章直流斩波电路
作b ，即
b
tof。f T
b
和导通占空比a有如下关系：
a b 1
（3-22）
因此，式（3-21）可表示为
Uo
1 b
E
1 1-a
E
（3-23）
❖ 升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因
➢ 一是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
13
■
3.1.2 升压斩波电路
➢ 以变会有，上所但分下实析降际中，C，值故认不实为可际V能通输无态出穷期电大间压，因会在电略此容低阶C的段作其用向使负得载输放出电电，压UoU必o不然
I10
et1 eT
/ /
--11
E R
-
EM R
ea e
-1 -1
-
m
E R
（3-9）
（3-10）
式中: T /
I10和I20
I 20
1 1
-
e e
-t1 -T
/ /
E R
-
EM R
1- e-a 1- e-
-
m
E R
； m EM / E
t1
/
t1 T
； T a
。由图3-1b可知，
分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值。
与降压斩波电路一样，把上面两式用泰勒级数 线性近似，得
I10
I 20
m -
bE
R
（3-35）
该即式表示了L为无穷大时电枢电流的平均值Io，
Io
m -
b
E R
EM
R
bE
（3-36）
该式表明，以电动机一侧为基准看，可将直流
直流斩波电路
图3-8 可关断晶闸管电极判别
（3）可关断晶闸管触发特性测试
如图3-9所示。将万用表置于R×1档，黑表笔 接可关断晶闸管的阳极A，红表笔接阴极G悬空，这 时晶闸管处于阻断状态，电阻应为无穷大（∞）， 如图3-9（a）所示。
（4）可关断晶闸管关断能力的初步检测
测试方法如图3-10所示。采用1.5V干电池一节， 普通万用表一只。
3.1.4绝缘栅双极晶体管
1．IGBT工作原理 由结构图可知，IGBT相当于一个由MOSFET
驱动的厚基区GTR。其剖面图见图3-21， N沟道IGBT的图形符号如图3-22所示。
图3-21 IGBT结构剖面图
图3-22 N-IGBT图形符号
2．IGBT主要特性
（1）静态特性
IGBT的静态特性包括转移特性和输出特性。
图3-16 功率MOSFET的输出特性
图3-17 功率MOSFET的转移特性
图3-18 功率MOSFET开关过程的电压波形
3．功率MOSFET 的主要参数 （1）通态电阻Ron （2）开启电压UGS（th） （3）跨导gm （4）漏源击穿电压BUDS （5）栅源击穿电压BUGS 4．功率MOSFET的安全工作区
IGBT的转移特性是描述集电极电流IC与栅射电压 UGE之间关系的曲线，如图3-23（a）所示。
图3-23（b）是以栅源电压UGE为参变量的IGBT正 向输出特性，也称伏安特性 。
（2）动态特性
IGBT的动态特性也称开关特性，包括开通和关 断两个部分，如图3-24所示。
图3-23 IGBT的静态特性曲线 （a）转移特性 （b）输出特性
图3-9 可关断晶闸管触发特性简易测试方法
图3-10 可关断晶闸管的Leabharlann 断能力测试3.1.2电力晶体管
单片机第三章直流斩波电路n
滤波原理
直流斩波电路通过滤波电路对 高频脉冲进行滤波，得到稳定 的直流输出。
控制原理
直流斩波电路通过控制器对开 关元件的控制信号进行调节， 实现对输出的精确控制。
直流斩波电路的基本结构
控制器
控制器负责生成开关元件的控制 信号，用于调节电源的输出。
开关元件
滤波电路
开关元件是直流斩波电路的核心 部分，负责快速切换电源的输出。
优点
• 高效率 • 精确控制 • 能量回收
局限
• 电磁干扰 • 纹波幅度 • 成本较高
直流斩波电路的未来发展趋势
随着电力电子技术的不断进步，直流斩波电路将进一步提高电压和电流的调 节精度，降低纹波幅度，并应用于更广泛的领域，如新能源和电动汽车。
直流斩波电路的作用
电压/电流调节
直流斩波电路能够调节直流电源的输出电压或电流，满足特定的需求。
能量回收
直流斩波电路可实现电能的回收利用，减少能源的浪费。
电机驱动
直流斩波电路可用于控制电机的速度和转向，实现高精度的电机控制。
直流斩波电路的原理
切换原理
直流斩波电路通过开关元件的 快速切换，将直流电源的输出 转换为高频脉冲。
直流斩波电路
直流斩波电路是一种用于调节直流电源输出的电路，通过切换电源的开关来 改变输出电压或电流。
直流斩波电路的定义
1 调节直流电源
直流斩波电路可通过高频开关路由，调节直流电源的输出电压或电流。
2 重要组成部分
直流斩波电路主要由控制器、开关元件和滤波电路组成。
3 作为电源变换器
直流斩波电路也可以将直流电源转换为交流电源。
滤波电路对高频脉冲进行滤波， 使输出稳定且纹波尽可能小。
直流斩波电路的应用示例
直流斩波电路设计
一、设计项目与要求1、输入直流电压U i=60V,R=8Ω；2、输出电压范围为0-100V，试选用合适斩波电路；3、计算占空比α=23%和α=59%时，负载两端输出电压和电流；4、画出α=23%和α=59%时斩波电路的电压电流波形分析图；5、IGBT的工作特性分析。
二、电路原理图设计2.1主电路的设计斩波电路:将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。
也称为直流-直流变换器(DC/DCConverter)。
一般指直接将直流电变为另一直流电，不包括直流-交流-直流。
升降压斩波斩波电路结构Boost型升降压斩波变换器的特点是输出电压可以低于电源电压，也可以高于电源电压，是将降压斩波和升压斩波电路结合的一种直接变换电路。
主要由功率开关、二极管、储能电感、输出滤波电容等组成。
本次课题是在输入直流电压为60V时，想要输出电压的范围为0-100V，故而要选择的斩波电路应为升降压斩波斩波电路。
图1升降压斩波电路原理图2.2触发电路设计斩波器触发电路由三部分组成，图2为斩波器触发电路的原理图。
第一部分为由幅值比较电路U1和积分电路U2组成一个频率和幅值均可调的锯齿波发生器。
电位器RP1用来调节锯齿波的上下位置，电位器RP2用来调节锯齿波的频率，频率从100到700Hz可调。
由于晶闸管的开关速度及LC振荡频率所限，所以在斩波实验中我们一般选用200Hz这一范围。
第二部分是比较器部分。
比较器U3输入的一路是锯齿波信号，另一路是给定的电平信号，输出为前沿固定后沿可调的方波信号。
改变输入的电平信号的值，则相应改变了输出方波的占空比。
第三部分是比较器产生的方波送到4098双单稳电路U4，单稳电路则在方波的前沿和后沿分别产生两个脉冲，如图4所示，其后沿脉冲随方波的宽度变化而移动，前沿脉冲相位则保持不变，输出的脉冲经三极管放大通过脉冲变压器输出。
将上述两脉冲分别送至主晶闸管及辅助晶闸管，其中方波前沿触发脉冲G1、K1接主晶闸管VT1，而后沿触发脉冲G2、K2接辅助晶闸管VT2。
直流斩波电路
T
0 uL d t 0
V处于通态
uL = E
E ton Uo toff
V处于断态
uL = - uo
所以输出电压为： U o
ton toff
E ton T ton
E 1
E
升降压斩波电路和Cuk斩波电路
结论
当0<a <1/2时为降压，当1/2<a <1时为升压，故称作升
降压斩波电路。也有称之为buck-boost 变换器。
US
U0
L diL dt
L I ton
t=t1时刻，驱动V关断，在时间内， 电路工作于模式2。VD承受正向 电压而导通，电感L释放储能， 电感电流经VD续流，并呈指数规 律下降。电容C上旳电流为电感 电流与负载电流之差。假如L和C 参数选择合适，负载R上旳电流 基本维持不变，
U0
L
diL dt
L I T ton
因为L和C数值合适时，负载电流维持为Io不变 电源只在V处于通态时提供能量，为 UsIoton 在整个周期T中，负载消耗旳能量为 RIo2T
一周期中，忽视损耗，则电源提供旳能量与负载消耗旳能量相等。
Us Ioton RIo2T
Us I1 Uo Io Uo Io
Io
U s
R
I1
U0
ton
T
t on T
△U
ton
0
T
开通 关断
t
i
0 t
图6.5 平均控制方式波形
3、时间比与瞬时值混合控制方式
此种控制方式是前面两种控制方式旳结合，合用于要求电 流（或电压）按时间比喻式输出，同步又要求控制输出电 流（或电压）瞬时值旳场合。
6.2 基本斩波电路
0 uL d t 0
V处于通态
uL = E
E ton Uo toff
V处于断态
uL = - uo
所以输出电压为： U o
ton toff
E ton T ton
E 1
E
升降压斩波电路和Cuk斩波电路
结论
当0<a <1/2时为降压，当1/2<a <1时为升压，故称作升
降压斩波电路。也有称之为buck-boost 变换器。
US
U0
L diL dt
L I ton
t=t1时刻，驱动V关断，在时间内， 电路工作于模式2。VD承受正向 电压而导通，电感L释放储能， 电感电流经VD续流，并呈指数规 律下降。电容C上旳电流为电感 电流与负载电流之差。假如L和C 参数选择合适，负载R上旳电流 基本维持不变，
U0
L
diL dt
L I T ton
因为L和C数值合适时，负载电流维持为Io不变 电源只在V处于通态时提供能量，为 UsIoton 在整个周期T中，负载消耗旳能量为 RIo2T
一周期中，忽视损耗，则电源提供旳能量与负载消耗旳能量相等。
Us Ioton RIo2T
Us I1 Uo Io Uo Io
Io
U s
R
I1
U0
ton
T
t on T
△U
ton
0
T
开通 关断
t
i
0 t
图6.5 平均控制方式波形
3、时间比与瞬时值混合控制方式
此种控制方式是前面两种控制方式旳结合，合用于要求电 流（或电压）按时间比喻式输出，同步又要求控制输出电 流（或电压）瞬时值旳场合。
6.2 基本斩波电路
直流斩波电路
（1）直流-直流变流电路（DC-DC ）定义：将一种直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电的装置。
（2）常见的直流-直流变流电路为直流斩波电路。
（3）基本直流斩波电路为：降压斩波电路和升压斩波电路。
降压斩波电路电路原理图（1）包含全控型器件V ，由IGBT 组成。
（2）包含续流二极管VD ，作用是保证IGBT 关断时给负载中电感电流提供通道。
（3）负载：直流电动机，两端呈现反电动势m E 。
（4）分析前提：假设负载中电感值很大，即保证电流连续。
工作原理分析（1）给出IGBT 的栅射极电压GE U 波形，即G i 波形，周期为T 。
（2）10t -（on t ）期间：IGBT 导通，电源E 向负载供电，负载电压E U =o ，由于电感存在，因此负载电流不能突变，所以按指数曲线上升。
（3）T t -1（of f t ）期间：控制IGBT 关断，负载电流经过续流二极管VD 续流，负载电压基本为0，负载电流呈现指数曲线下降。
（4）当负载电感值较大时，负载电流连续而且脉动小。
公式（1）负载电压平均值：E E Tt U on α==o ，其中α为占空比。
（2）电感L 极大时，负载电流平均值：R E U I m o -=o 。
计算题：例5-1总结（1）通过改变降压斩波电路的占空比大小，就可以改变输出负载电压的平均值。
电路原理图（1）包含全控型器件V ，由IGBT 组成。
（2）包含极大值的电感L 和电容C 。
（3）负载为电阻R 。
工作原理分析（1）当IGBT 导通阶段：● 电源E 向电感L 充电，充电电流为恒定电流1I ；●电容C 上的电压向负载R 供电，因C 值很大，因此输出电压为恒值o U 。
●通态时间为on t ，此阶段电感L 上积蓄能量为on t EI 1。
（2）当IGBT 关断阶段：●电源E 和电感L 共同向电容C 充电，并向负载R 提供能量。
● 此期间，电感L 释放的能量为off t I E U 1o )(-。
直流斩波电路的三种控制方式
直流斩波电路的三种控制方式
直流斩波电路是一种用于调节直流电源的电路，通过斩波的方式改变电源的输出电压或电流。
以下是直流斩波电路的三种控制方式：
1.脉宽调制（PWM）：
脉宽调制是一种通过调节脉冲宽度来控制输出电压或电流的方法。
在PWM控制下，斩波器按照一定的频率进行开关动作，但每次的脉冲宽度可以变化。
通过改变脉冲宽度，可以调节输出电压或电流的平均值。
PWM控制方式具有简单、易于实现、稳定性高等优点，因此在许多直流电源和电机控制系统中得到广泛应用。
2.频率调制：
频率调制是一种通过改变斩波器的开关频率来调节输出电压或电流的方法。
在频率调制方式下，斩波器的脉冲宽度保持不变，但开关动作的频率可以变化。
通过改变频率，可以调节输出电压或电流的平均值。
频率调制方式具有较低的谐波干扰和较好的动态响应性能，适用于对谐波要求较高或需要快速响应的场合。
3.混合调制：
混合调制是一种同时调节脉冲宽度和开关频率的方式来控制输出电压或电流的方法。
在混合调制方式下，斩波器的脉冲宽度和开关频率都可以变化，因此可以同时调节输出电压或电流的平均值和开关动作的频率。
混合调制方式具有较好的调节范围和灵活性，适用于对输出电压或电流要求较高或需要同时调节多个参数的场合。
以上是直流斩波电路的三种控制方式：脉宽调制（PWM）、频率
调制和混合调制。
不同的控制方式各有优缺点，适用于不同的应用场景。
在实际应用中，应根据具体需求选择合适的控制方式，以达到最佳的控制效果。
dc-dc直流斩波电路的原理
DC-DC直流斩波电路的原理一、引言DC-DC直流斩波电路是一种将直流电能进行调节和转换的电路，广泛应用于各种电子设备和系统中。
由于其具有效率高、体积小、稳定性好等优点，DC-DC 直流斩波电路已成为电力电子领域的重要分支之一。
本文将详细介绍DC-DC直流斩波电路的基本结构和工作原理，以及不同控制策略的斩波电路、应用和实例，以期为相关从业人员提供有益的参考。
二、DC-DC直流斩波电路的基本结构和工作原理DC-DC直流斩波电路的基本结构主要包括电源、开关、负载和滤波器等部分。
其工作原理是利用开关的快速通断，将直流电源的电压进行斩波，形成一定占空比的脉冲信号，再通过滤波器将脉冲信号转换成平滑的直流电压。
在斩波电路中，开关的通断时间以及占空比是关键参数，它们决定了输出电压的大小和波形。
当开关处于导通状态时，电流通过负载，输出电压等于电源电压；当开关处于断开状态时，电流为零，输出电压为零。
通过调节开关的通断时间，可以改变输出电压的大小和波形。
三、不同控制策略的斩波电路根据控制方式的不同，斩波电路可以分为定频控制、定宽控制和PWM控制等类型。
1.定频控制：保持斩波频率恒定，通过改变斩波的宽度来调节输出电压。
这种控制方式实现简单，但调节不够平滑。
2.定宽控制：保持斩波宽度恒定，通过改变斩波的频率来调节输出电压。
这种控制方式适用于对输出电压波形要求不高的场合。
3.PWM控制：通过对斩波的宽度进行PWM调制，实现对输出电压的连续调节。
这种控制方式调节效果好，但实现较为复杂。
四、斩波电路的应用和实例1.电池充电：利用斩波电路可以实现对电池的恒流、恒压充电，有效延长电池寿命。
例如，采用PWM控制的斩波电路为电动汽车电池充电，可以确保充电过程安全可靠。
2.稳压电源：斩波电路可以实现直流稳压电源，具有效率高、体积小等优点。
例如，将斩波电路应用于LED驱动电源，可以有效提高LED亮度并延长其使用寿命。
3.电机驱动：在电机驱动领域，斩波电路可以通过调节输入电压的大小和波形，实现对电机的速度和转矩的控制。
直流斩波电路
直流斩波电路简介直流斩波电路（DC Chopper）是一种用来控制直流电动机的电路。
它可以为直流电机提供高效的调速和转向控制，因此在工业应用中非常广泛。
直流斩波电路主要由斩波器、控制电路和直流电源组成。
斩波器是控制电动机转速和方向的核心部分，它通过调节输出电压和电流的波形来实现电机的控制。
控制电路则通常采用微处理器或单片机，用来控制斩波器的工作状态和输出信号的频率、幅值和相位。
直流电源则是为整个系统提供电能，以保证电机能够正常运行。
斩波器斩波器是直流斩波电路中最重要的部分，它通常包括一个开关器件和一个电感元件。
开关器件可以是晶闸管、MOSFET管、IGBT管等。
而电感元件则是用来限制输出电流和平滑输出电压波形的。
在斩波器中，当开关器件导通时，电感元件会吸收输入电源中的能量，同时输出电压也会上升。
而当开关器件关断时，电感元件会反向放电，同时输出电压也会下降。
通过改变开关器件的工作状态，我们就可以改变电源的输出电压和电流波形，从而实现对电动机的控制。
控制电路在直流斩波电路中，控制电路主要负责控制斩波器的开关状态。
控制电路通常由微处理器或单片机实现，可以使用PID等算法来控制输出电压和电流的稳定性和响应性。
控制电路同样可以控制输出信号的频率、幅值和相位。
这些信号不仅可以控制电动机的运行状态，还可以用来监测电机的转速和位置，以实现更加精确的控制。
直流电源直流电源是为整个电路提供电能的部分，它的稳定性和可靠性对整个电路的运行非常重要。
在直流斩波电路中，直流电源通常采用整流电路和充电电路的结合，以实现对电池的充电和电机运行的供电。
直流电源的质量也直接影响了斩波器和控制电路的稳定性，因此需要特别注意。
应用直流斩波电路可以应用于各种不同类型的电机控制，包括直流电动机、无刷直流电机和步进电机等。
它的高效能和高精度控制使得它在精密控制和节能降耗等方面具有广泛的应用前景。
除此之外，直流斩波电路还可以应用在光伏逆变器、风力发电机、电子变压器等领域中，以实现对电能的转换和传输。
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
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
实验五 直流斩波电路实验报告
实验五直流斩波电路实验报告一、实验目的1、熟悉直流斩波电路的工作原理。
2、掌握直流斩波电路的基本组成和结构。
3、学会使用实验设备对直流斩波电路进行测试和分析。
4、深入理解斩波电路中占空比与输出电压之间的关系。
二、实验设备1、直流电源2、示波器3、信号发生器4、电阻、电容、电感等电子元件5、数字万用表三、实验原理直流斩波电路是将直流电源电压斩成一系列脉冲电压，通过改变脉冲的宽度或频率来控制输出电压的平均值。
常见的直流斩波电路有降压斩波电路（Buck 电路）、升压斩波电路（Boost 电路）和升降压斩波电路（BuckBoost 电路）等。
以降压斩波电路为例，其工作原理如下：当开关管导通时，电源向负载供电，电感储存能量；当开关管截止时，电感释放能量，二极管续流，维持负载电流连续。
通过调节开关管的导通时间与周期的比值（即占空比 D），可以改变输出电压的平均值。
输出电压的平均值＄U_{o}＄与输入电压＄U_{in}＄的关系为：＄U_{o} ＝ D ＼times U_{in}＄，其中 D 为占空比。
四、实验步骤1、按照实验电路图连接好电路，仔细检查电路连接是否正确，确保无误。
2、调节直流电源，使其输出一个合适的电压值，作为输入电压。
3、设置信号发生器，产生合适的控制信号，控制开关管的导通与截止。
4、用示波器观察输入电压和输出电压的波形，测量并记录其幅值、频率和占空比。
5、改变占空比，重复步骤 4，记录不同占空比下的输出电压值。
6、对升压斩波电路和升降压斩波电路进行同样的实验操作。
五、实验数据记录与分析｜占空比 D ｜输入电压＄U_{in}＄（V）｜输出电压＄U_{o}＄（V）｜理论计算值＄U_{o}＄（V）｜误差｜｜｜｜｜｜｜｜ 02 ｜ 10 ｜ 20 ｜ 20 ｜ 0% ｜｜ 04 ｜ 10 ｜ 40 ｜ 40 ｜ 0% ｜｜ 06 ｜ 10 ｜ 60 ｜ 60 ｜ 0% ｜｜ 08 ｜ 10 ｜ 80 ｜ 80 ｜ 0% ｜从实验数据可以看出，实际测量值与理论计算值基本相符，误差在可接受范围内。
直流斩波变换电路
ห้องสมุดไป่ตู้
01
02
直流斩波电路：将一个固定的直流电压变换成大小可变的直流电压的电路。也称之为直流变换电路。 直流斩波技术的应用：被广泛应用于开关电源及直流电动机驱动中，如不间断电源(UPS)、无轨电车、地铁列车、蓄电池供电的机动车辆的无级变速及电动汽车的控制。从而使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能，并同时收到节约电能的效果。 直流变换系统的结构如图6-1所示:
图6-1 直流变换系统的结构图
第六章 直流斩波变换电路
第一节 降压式斩波变换电路
一、基本斩波器的工作原理
降压式斩波电路的输出电压平均值低于输入直流电压Ud 。 最基本的降压式斩波电路如图6-2所示：Q为斩波开关，是斩波电路中的关键功率器件，它可用普通型晶闸管、可关断晶闸管GTO或者其它自关断器件来实现。
1
ILB和Io可用它们的最大值表示：
2
如果负载电流平均值降到低于Io，那么电流将由连续导通变为不连续导通的工作模式。
3
6.2 升压式斩波电路
6.2 升压式斩波电路
三、电流不连续导通的工作模式 在Ud和k保持不变的条件下，逐步减小输出负载功率的，升压式变换电路从电流连续导通模式向不连续导通模式变化，波形如图6-10所示。图6-10a为连续导通时电感中的电压与电流波形；图6-10b为电流不连续导通时电感中的电压与电流波形。这两种情况的电流峰值iLm是一样的，但是非连续导通模式的输出功率将减小。
6.2 升压式斩波电路
6.1 降压式斩波变换电路
6.1 降压式斩波变换电路
1
电流不连续导通时的工作模式
2
图6-6 Ud不变时非连续的电压、电流波形
3
电流不连续导通的工作模式分为输入电压Ud不变和输出电压UO不变两种情况，这里主要介绍Ud不变的非连续导通模式。
直流斩波电路实验报告
实验名称：直流斩波电路实验实验日期：2021年X月X日实验地点：实验室实验目的：1. 理解直流斩波电路的工作原理及组成；2. 掌握直流斩波电路的基本性能参数；3. 分析直流斩波电路在不同负载下的性能变化。
实验仪器：1. 直流斩波电路实验装置；2. 数字示波器；3. 数字万用表；4. 电源及负载。
实验原理：直流斩波电路是一种将直流电压转换为可调直流电压的电力电子电路。
它主要由斩波器、滤波器和控制器等部分组成。
斩波器是直流斩波电路的核心部分，其主要作用是将输入的直流电压斩成脉冲电压，再通过滤波器滤去脉冲电压中的高频谐波，得到稳定的输出电压。
实验步骤：1. 连接实验装置，确保各部分连接正确；2. 打开电源，调整输入电压，观察斩波器输出波形；3. 使用示波器观察斩波器输出波形，分析斩波器开关频率、占空比等参数；4. 调整负载，观察输出电压变化，分析负载对斩波电路性能的影响；5. 记录实验数据，进行数据分析。
实验结果与分析：1. 斩波器输出波形通过观察斩波器输出波形，可以看出斩波器开关频率和占空比对输出波形有重要影响。
当开关频率较高时，输出波形较为平滑；当占空比较大时，输出电压较高。
2. 负载对斩波电路性能的影响当负载增大时，输出电压降低，电流增大。
这是由于负载电流的增加导致斩波器开关频率和占空比发生变化，进而影响输出电压。
3. 实验数据分析通过对实验数据的分析，可以得出以下结论：（1）斩波器开关频率对输出波形有重要影响，频率越高，输出波形越平滑；（2）占空比对输出电压有直接影响，占空比越大，输出电压越高；（3）负载对斩波电路性能有较大影响，负载增大时，输出电压降低，电流增大。
实验结论：通过本次实验，我们了解了直流斩波电路的工作原理及组成，掌握了直流斩波电路的基本性能参数，分析了负载对斩波电路性能的影响。
实验结果表明，斩波器开关频率、占空比和负载对斩波电路性能有显著影响。
注意事项：1. 实验过程中，注意安全，确保电源及负载连接正确；2. 观察波形时，注意调整示波器参数，确保波形清晰；3. 实验数据记录准确，便于后续分析。
直流斩波电路
➢ 令比T的/倒tof数f为为升b压，比即，b=调tof节f/T其，大则小它，与即导可通改占变空输比出的电关压系U有0的：大a小+b。=1若令升压 ➢ 因此，输出电压可表示为：
U0
1
E
1
1a
E
9
2 升压斩波电路的典型应用
• 一是用于直流电动机传动
• 二是用作单相功率因数校正 （PFC）电路
• 三是用于其他交直流电源中
L
VD
M
EM
V uo
E
a)
uo
E
uo
E
O
t
O
t
i
i1
i2
io
I10
I20
I10
i1
i2
I20
O
ton
toff
T
t
O
ton
t 1 tx
t2
t
t off
T
b)
c)
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
10
3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电 路
第3章 直流斩波电路 （DC/DC变换）
直流斩波电路有时也称为直流-直流变换器。它是将 一种一种直流电压等级转变为另一种电压等级，或固定 为某一电压等级。
3.1 基本斩波电路 3.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路
1
3.1 基本斩波电路
3.1.1 降压斩波电路 3.1.2 升压斩波电路 3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩 波电路 3.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波 电路
i1(t)dt
0
tx 0
i2
(t)dt
U0
1
E
1
1a
E
9
2 升压斩波电路的典型应用
• 一是用于直流电动机传动
• 二是用作单相功率因数校正 （PFC）电路
• 三是用于其他交直流电源中
L
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M
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c)
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
10
3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电 路
第3章 直流斩波电路 （DC/DC变换）
直流斩波电路有时也称为直流-直流变换器。它是将 一种一种直流电压等级转变为另一种电压等级，或固定 为某一电压等级。
3.1 基本斩波电路 3.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路
1
3.1 基本斩波电路
3.1.1 降压斩波电路 3.1.2 升压斩波电路 3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩 波电路 3.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波 电路
i1(t)dt
0
tx 0
i2
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直流斩波电路
摘要:
直流斩波电路是一种将电压恒定的直流电变换为电压可调的直流电的电力电子变流装置，亦称直流斩波器或DC/DC 变换器。
用斩波器实现直流变换的基本思想是通过对电力电子开关器件的快速通、断控制把恒定的直流电压或电流斩切成一系列的脉冲电压或电流，在一定滤波的条件下，在负载上可以获得平均值可小于或大于电源的电压或电流。
如果改变开关器件通、断的动作频率，或改变开关器件通、断的时间比例，就可以改变这一脉冲序列的脉冲宽度，以实现输出电压、电流平均值的调节。
关键字:直流斩波,电力电子,降压斩波电路
为了获得各类直流斩波电路的基本工作特性而又简化分析，在本章的分析中，都假定直流斩波电路是理想的，即满足以下条件：
（1）开关器件和二极管从导通变为阻断，或从阻断变为导通的过渡时间均为零。
（2）开关器件的通态电阻为零，电压降为零。
断态电阻为无限大，漏电流为零。
（3）电路中的电感和电容均为无损耗的理想储能元件，且电感量和电容量均为足够大。
（4）线路阻抗为零。
无特殊说明时电源的输入功率等于输出功率。
1、直流斩波电路的工作原理
最基本的直流斩波电路如图1.1(a)所示，图中S 是可控开关，R 为纯电阻负载。
当S 闭合时，输出电压E u o =；当S 关断时，输出电压0=o u ，输出波形如图1.1(b)所示。
假设开关S 通断的周期T S 不变，导通时间为on t ，关断时间为off t ，则输出电压的平均值o U 可表示为
DE E T t Edt T dt u T U S
on
t S
t o S
o on
on
==
=
=
⎰
⎰
11
（1.1）
-
E
u
(a)电路 (b)电压波形
图1.1 最简单直流斩波电路图及输出电压波形
由式（1.1）可知，在周期T S 不变的情况下，改变on t 就可以改变o U 的大小。
将S 的导通时间与开关周期之比定义为占空比(Duty ratio)，用D 表示。
则
S
on
T t D =
（1.2） 由于占空D 总是小于等于1，所以输出电压o U 总是小于或等于输入电压E 。
因此，改变D 值就可以改变输出电压平均值的大小。
而占空比的改变可以通过改变on t 或T S 来实现。
通常直流斩波电路的控制方式有三种：
(1)脉冲频率调制控制方式：即维持on t 不变，改变T S 。
在这种控制方式中，由于输出电压波形的周期或频率是变化的，因此输出谐波的频率也是变化的，这使得滤波器的设计比较困难，输出波形谐波干扰严重，一般很少采用。
(2)脉宽调制控制方式：即维持T S 不变，改变on t 。
在这种控制方式中，输出电压波形的周期或频率是不变的，因此输出谐波的频率也是不变的，这使得滤波器的设计变得较为容易，并得到普遍应用。
常把这种调制控制方式称为脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation ，PWM)。
(3)调频调宽混合控制方式：这种控制方式不但要改变on t 和也要改变T S ，其特点是：可以使大大提高输出的范围，但由于频率是变化的，也存在着设计滤波器较难的问题。
1.1、降压斩波电路
降压斩波电路又称Buck 斩波电路，该电路的特点是输出电压比输入电压低，而输出电流则高于输入电流。
也就是通过该电路的变换可以将直流电源电压转换为低于其值的输出直流电压，并实现电能的转换。
降压斩波电路的拓扑结构如图1.1(a)所示。
图中S 是开关器件，可根据应用需要选取不同的电力电子器件，如IGBT 、MOSFET 、GTR 等。
L 、C 为滤波电感和电容，组成低通滤波器，R 为负载，VD 为续流二极管。
当S 断开时，VD 为L i 提供续流通路。
E 为输入直流电压，o U 为输出电压平均值。
当选用IGBT 作为开关器件时，降压斩波电路如图4.2(b)所示。
+
-
o U
+
-
o U
(a)S 为开关器件 (b) IGBT 为开关器件
图1.1降压斩波电路的拓扑结构图
根据电路中电感电流的连续情况，可将降压斩波电路分为连续导电和不连续导电两种工作模式。
1）电感电流连续导电模式
T 导通时间愈长，传递到负载的能量愈多，输出电压也就愈高。
T 导通和关断时各电量的工作波形如图1.2所示。
U o
-
U o +
-
(a) T 导通VD 截止 (b) VD 导通T 截止
图1.2连续导电模式降压斩波电路等效电路图
在on t 期间，T 导通，根据等效电路，可得出电感L 上的电压为
dt
di L
u L
L （1.3） 由于电感和电容无损耗，电流L i 从Ｔ导通时的电流初值1I 线性增长至终值为2I ，因此上式可写成
on
L on L o t I
L t I I L dt di L
U E ∆=-==-12
则
o
L
on U E I L
t -∆= （1.4）
式中12I I I L -=∆为电感电流的变化量，o U 为输出电压的平均值。
在off t 期间，T 关断，VD 导通续流，根据图4.3(b)的等效电路，电流L i 从2
I 线性衰减至1I ，因此有
off
L off L o t I
L t I I L dt di L
U ∆-=-==-21
即 o
L
off U I L
t ∆= （1.5） 从式（1.4）和式（1.5）消去L I ∆，可得
off
o on o t U t U E =-)(
即
DE
E T t
E t t t U S
on off on on o ==+=
（1.6）
事实上，由于稳态工况下的电感电压L u 波形周期性地重复，又根据假设电感为理想器
件，故电感电压的平均值在一个周期内必为零。
即：
0dt u dt u dt u S
on
on S
T t L t 0
L T 0
L =+=⎰⎰⎰
这就意味着T 导通和关断的电压波形面积相等，即
)()(on S o off o on o t T U t U t U E -==- 所以有 DE E T t U S
on
o ==
（1.7） 当输入的直流电压不变时，输出直流电压随占空比线性变化，与其它电路参数无关。
由于占空比D 总是小于等于1，所以输出电压o U 总是小于或等于输入电压E 。
因此，这种斩波电路称为降压斩波电路。
由于不考虑电路元件的损耗，则输入功率与输出功率相等，o E P P =或
o o E I U EI =，因此输入电流E I 和负载电流o I 之间的关系为
E E o o I D
I U E I 1
==
（1.8） 由图1.2可知，开关器件T 和二极管VD 承受的最大电压均为电源电压E 。
2）电感电流断续导电模式
电路的工作原理是：在0=t 时，使T 导通，情况与电流连续导电模式相同，电感中的电流L i 线性增长至max L I ，储能增加。
在on t t =时刻，使T 关断，L i 通过二极管VD 续流。
但在T 的下一个导通周期到来之前，L i 已衰减到零，此时续流二极管VD 也截止，T 和VD 都截止时的等效电路如图1.3(a)所示，电感电流断续导电模式的电压电流波形如图1.3(b)所示。
U o
+
-
I
(a)等效电路 (b)电压电流波形
图1.3 L i 断续状态的等效电路和电压电流波形图
根据图1.3的波形可以求得，当T 导通时，电感电压为
on
L L
o t I L dt di L
U E max ==- （1.9） 电流max L I 的大小与T 的导通时间on t 有关。
当T 关断时，电感电压为
'max off
L L
o t I L dt di L
U =-= （1.10） 而当'
off t 等于off t 时，负载电流处于临界连续状态，电感电流L i 临界连续状态
的电压电流波形如图1.4所示。
I
i临界状态的电压电流波形图
图1.4
L
2、总结
直流斩波电路的种类较多，根据其电路结构及功能分类，主要有以下4种基本类型：降压(Buck)斩波电路、升压(Boost)斩波电路、升降压(Buck-Boost)斩波电路、丘克(Cuk)斩波电路，其中前两种是最基本的电路，后两种是前两种基本电路的组合形式。
由基本斩波电路衍生出来的Sepic斩波电路和Zeta斩波电路也是较为典型的电路。
利用基本斩波电路进行组合，还可以构成复合斩波电路和多相多重斩波电路。