基本斩波电路.docx

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1、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ØØ   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Em所示ØØ   工作原理,两个阶段²²  t=0时V导通,E向负载供电,uo=E,io按指数曲线上升²²  t=t1时V关断,io经VD续流,uo近似为零,io呈指数曲线下降²²  为使io连续且脉动小,通常使L值较大图3-1降压斩波电路的原理图及波形a)电路图b)电流连续时的波形c)电流断续时的波形ØØ   数量关系电流连续时,负载电压平均值(3-1)a——导通占空比,简称占空比或导

2、通比Uo最大为E,减小a,Uo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(3-2)电流断续时,uo平均值会被抬高,一般不希望出现ØØ   斩波电路三种控制方式(1)脉冲宽度调制(PWM)或脉冲调宽型——T不变,调节ton(2)频率调制或调频型——ton不变,改变T(3)混合型——ton和T都可调,使占空比改变其中PWM控制方式应用最多ØØ   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图3-2升压斩波电路及其工作波形a)电路图b)波形 ØØ   工作原理²²假设L值、C值很大²²V通时

3、,E向L充电,充电电流恒为I1,同时C的电压向负载供电,因C值很大,输出电压uo为恒值,记为Uo。设V通的时间为ton,此阶段L上积蓄的能量为EI1ton²²V断时,E和L共同向C充电并向负载R供电。设V断的时间为toff,则此期间电感L释放能量为²²稳态时,一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等(3-20)化简得:(3-21),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——升压比,调节其即可改变Uo。将升压比的倒数记作b,即。b和导通占空比a有如下关系:(3-22)因此,式(3-21)可表示为(3-23)ØØ   升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因²²  L

4、储能之后具有使电压泵升的作用²²  电容C可将输出电压保持住2.升压斩波电路的典型应用²²  直流电动机传动²²  单相功率因数校正(PowerFactorCorrection—PFC)电路²²  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ØØ   用于直流电动机传动时²²  通常用于直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源²²  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²²  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

5、容器。ØØ   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i1,得下式(3-27)式中R为电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(3-28)当V处于断态时,设电动机电枢电流为i2,得下式:(3-29)设i2的初值为I20,解上式得:(3-30)当电流连续时,从图3-3b的电流波形可看出,t=ton时刻i1=I20,t=toff时刻i2=I10,由此可得:(3-33)(3-34)把上面两式用泰勒级数线性近似,得(3-35)该式表示了L为无穷大时电枢电流的平均值Io,即(3-36)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(3-

6、38)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.升降压斩波电路图3-4升降压斩波电路及其波形a)电路图b)波形设L值很大,C值也很大。使电感电流iL和电容电压即负载电压uo基本为恒值。ØØ   基本工作原理²²V通时,电源E经V向L供电使其贮能,此时电流为i1。同时,C维持输出电压恒定并向负载R供电。²²V断时,L的能量向负载释放,电流为i2。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内电感L两端电压uL对时间的积分为零,即(3-39)当V处于通态期间,uL=E;而当V处于断态期间,uL=-uo。于是:(

7、3-40)所以输出电压为:(3-41)改变a,输出电压既可以比电源电压高,也可以比电源电压低。当0

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