第五章 直流斩波电路 5.1 基本斩波电路 (1) 降压斩波电路 (2) 升压斩波电路 (3) 升降压斩波电路 5.2 复合斩波电路

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1 第五章 直流斩波电路 5.1 基本斩波电路 (1) 降压斩波电路 (2) 升压斩波电路 (3) 升降压斩波电路 5.2 复合斩波电路
第五章 直流斩波电路 5.1 基本斩波电路 (1) 降压斩波电路 (2) 升压斩波电路 (3) 升降压斩波电路 5.2 复合斩波电路 (1) 电流可逆斩波电路 (2) 桥式可逆斩波电路

2 直流斩波电路 ①将直流电变为另一固定电压或可调电压的变换 电路,也称为直流-直流变换器 ②一般指直接将直流电变为另一直流电，不包括 直流—交流—直流 斩波方式： ①周期T不变，改变导通时间Ton——调宽 ②导通时间Ton不变，改变周期T——调频 ③T, Ton都改变——混合调制 斩波器分类： ※降压斩波器 ，升压斩波器，复合斩波器

3 5.1 基本斩波电路 5.1.1 降压斩波电路 IGBT,若为晶闸管，须有关断辅助电路 (一) 工作电路 负载出现的反电动势 续流二极管

4 （二） 工作原理 ①电流连续

5 ②电流断续

6 动态演示

7 （三）数量关系分析－从电路理论角度推导 （1）电流连续 瞬态分析 ① V为通态期间， 设负载电流为i1，有 ：
设此阶段电流初值为I10， =L/R，解上式得

8 ② V为断态期间，设负载电流为i2，有： 设此阶段电流初值为I20， 解上式得：

9 <1> <2> 且：I10＝i2(t2)，I20=i1(t1)，代入<1>,<2>

10 上式表示了平波电抗器L为无穷大，负载电流完全平直时的负载电流平均值Io，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。

11 平均值分析 ton——V通的时间 toff——V断的时间 a--导通占空比

12 （2）电流断续 瞬态分析 I10=0，且t=ton+tx时，i2=0代入上 tx<toff 电流断续的条件：

13 平均值分析

14 典型例题 在降压斩波电路中，E＝110V，L=1MH，R=0.25Ω，Em=11V，T=2500us, ton=1000us, 计算：负载电流平均值Io， 负载平均电压Uo, 计算负载电流的最大值，最小值。 解题步骤： ①根据式 判断电流是否连续。 ②由判断决定Uo,Io 的计算方法。 ③根据瞬时分析公式计算电流的最大值，最小值

15 电源只在V处于通态时提供能量为:EI0ton
（三）数量关系分析－从能量传递角度推导 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:EI0ton 在整个周期T中，负载消耗的能量为:RI02T+EMI0T 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 I1为电源电流平均值 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

16 5.1.2 升压斩波电路 （一）工作电路 保持输出电压 储存电能

17 （二）工作原理及动态演示

18 （三）数量关系(直接从能量角度分析） V通时，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： EI1ton V断时，E和L共同向C充电并向负载R供电。设V断开的时间为toff，则此期间电感L释放能量为： (U0-E)I1toff   稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等： EI1ton=(U0-E)I1toff

19 T/toff——升压比； 升压比的倒数记作 ，即 和的关系： 因此，U0可表示为 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 以上分析中，认为V通态期间因电容C的作用使得输出电压Uo不变，但实际C值不可能无穷大，在此阶段其向负载放电，Uo必然会有所下降，故实际输出电压会略低。

20 如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载R消耗，即
※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。 根据电路结构分析输出电流的平均值Io为： 则电源电流的平均值I1为：

21 （四）升压斩波电路典型应用（直流电机传动）
此时电机的反电动势相当于右图中的电源，而此时的直流电源相当于右图中的负载。由于直流电源的电压基本是恒定的，因此不必并联电容器。 通常是用于直流电动机再生制动时把电能回馈给 直流电源 实际电路中电感L值不可能为无穷大，因此也有电流连续和断续两种工作状态

22 工作原理

23 当t=0时刻i1=I10=0，当t=t2时，i2=0，得：
当电枢电流断续时： 当t=0时刻i1=I10=0，当t=t2时，i2=0，得： tx<t0ff 电流断续的条件

24 5.1.3 升降压斩波电路 (一）原理图：

25 （二） 工作原理 V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。 V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.

26 ※动态演示

27 稳态时，一个周期T内电感储存的能量等于释放的能量
（三）数量关系 稳态时，一个周期T内电感储存的能量等于释放的能量

28 结论： 改变导通比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<a <1/2时为降压，当1/2<a <1时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路。 其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。

29 5.2 复合斩波电路 复合斩波电路： 降压斩波电路和升压斩波电路的组合构成 （1）电流可逆斩波电路※ （2）桥式可逆斩波电路

30 5.2.1 电流可逆斩波电路 斩波电路用于拖动直流电动机时，常要使电动机既可电动运行，又可再生制动,可通过电流可逆斩波电路来实现.电流可逆斩波电路由降压斩波电路和升压斩波电路复合而成.

31 电流可逆斩波电路 原理图： 分析： V2和VD2构成升压斩波电路，把直流电动机的动能转变为电能反馈到电源，使电动机作再生制动运行，工作于第2象限 V1和VD1构成降压斩波电路，由电源向直流电动机供电，电动机为电动运行，工作于第1象限 必须防止V1和V2同时导通而导致的电源短路

32 只作降压斩波器运行时，则V2和VD2总处于断态；
第3种工作方式：一个周期内交替地作为降压斩波电路和升压斩波电路工作

33 5.2.2 桥式可逆斩波电路 电流可逆斩波电路：电枢电流可逆，两象限运行，但电压极性是单向的
当需要电动机进行正、反转以及可电动又可制动的场合（即四象限运行），须将两个电流可逆斩波电路组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压，成为桥式可逆斩波电路.

34 使V4保持通时，等效为一电流可逆斩波电路，向电动机提供正电压，可使电动机工作于第1、2象限，即正转电动和正转再生制动状态.
使V2保持通时，V3、VD3和V4、VD4等效为又一组电流可逆斩波电路，向电动机提供负电压，可使电动机工作于第3、4象限.

35 本章重点 本章重点介绍了两种基本斩波电路，要求理解降压斩波电路和升压斩波电路的工作原理，掌握这两种电路的输入输出关系、电路解析方法、工作特点。 要求掌握复合斩波电路的工作原理及电压电流波形。