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。
降压斩波电路
Ø 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
Ø (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
(3-38)
根据此式可对电路的工作状态作出判断。
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。
Ø 基本工作原理
² 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。
² 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
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:
(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<a <1/2时为降压
当1/2<a <1时为升压
因此称作升降压斩波电路。或称之为buck-boost 变换器。
2. Cuk斩波电路
图3-5所示为Cuk斩波电路的原理图及其等效电路。
图3-5 Cuk斩波电路及其等效电路
a) 电路图 b) 等效电路
² V通时,E—L1—V回路和R—L2—C—V回路分别流过电流
² V断时,E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路分别流过电流
² 输出电压的极性与电源电压极性相反
² 等效电路如图3-5b所示,相当于开关S在A、B两点之间交替切换
稳态时电容C的电流在一周期内的平均值应为零,也就是其对时间的积分为零,即
(3-45)
在图3-5b的等效电路中,开关S合向B点时间即V处于通态的时间ton,则电容电流和时间的乘积为I2ton。开关S合向A点的时间为V处于断态的时间toff,则电容电流和时间的乘积为I1 toff。由此可得
(3-46)
从而可得
(3-47)
当电容C很大使电容电压uC的脉动足够小时,输出电压Uo与输入电压E的关系可用以下方法求出:
当开关S合到B点时,B点电压uB=0,A点电压uA= -uC;
当S合到A点时,uB= uC,uA=0
因此,B点电压uB的平均值为(UC为电容电压uC的平均值),又因电感L1的电压平均值为零,所以。另一方面,A点的电压平均值为,且L2的电压平均值为零,按图3-5b中输出电压Uo的极性,有。于是可得出输出电压Uo与电源电压E的关系:
(3-48)
这一输入输出关系与升降压斩波电路时的情况相同。
Ø 优点(与升降压斩波电路相比):
输入电源电流和输出负载电流都是连续的,且脉动很小,有利于对输入、输出进行滤波。
Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
图3-6分别给出了Sepic斩波电路和Zeta斩波电路的原理图。
图3-6 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
a)Sepic斩波电路 b)Zeta斩波电路
Sepic斩波电路的基本工作原理是:当V处于通态时,E—L1—V回路和C1—V—L2回路同时导电,L1和L2贮能。V处于断态时,E—L1—C1—VD—负载(C2和R)回路及L2—VD—负载回路同时导电,此阶段E和L1既向负载供电,同时也向
C1充电,C1贮存的能量在V处于通态时向L2转移。
Sepic斩波电路的输入输出关系由下式给出:
(3-49)
Zeta斩波电路也称双Sepic斩波电路,其基本工作原理是:在V处于通态期间,电源E经开关V向电感L1贮能。同时,E和C1共同向负载R供电,并向C2充电。待V关断后,L1经VD向C1冲电,其贮存的能量转移
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