直流斩波电路.doc

直流斩波电路
《电力电子技术》第4章
(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。
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《电力电子技术》第4章
TS
uE
-
(a)电路(b)电压波形
由式()可知,在周期TS不变的情况下,改变ton就可以改变Uo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
D?ton () TS
(1)脉冲频率调制控制方式:即维持ton不变,改变TS。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TS不变,改变ton。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)。
《电力电子技术》第4章
斩波电路和丘克(Cuk)斩波电路。本节将对Sepic斩波电路和Zeta斩波电路一并给予介绍。

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。
(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iL提供续流通路。E为输入直流电压,Uo为输出电压平均值。当选用IGBT作为开关器件时,(b)所示。
+
Uo-
+
Uo-
(a)S为开关器件(b) IGBT为开关器件

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。

连续导电模式对应电感电流恒大于零的情形。设开关器件T的控制信号为UG()。当UG为高电平时T导通,UG为低电平时T关断。(a)、(b)所示。
电路的工作原理是:设电路已处于稳定工作状态,在t?0时,使T导通,因二极管VD反向偏置,电感两端电压为uL?E?Uo,且为正。此时,电源E通过电感L向负载传递能量,电感中的电流iL从I1线性增长至I2,储能增加。在t?ton时刻,使T关断,而iL不能突变,故iL将通过二极管VD续流,L储能消耗在负载R上,iL线性衰减,储能减少。此时
uL??Uo。由于VD的单向导电性,iL只能向一个方向流动,即总有 iL≥0,从而在负载
R上获得单极性的直流电压。选择合适的电感电容值,并控制T周期性地开关,可控制输出电压平均值大小并使输出电压纹波在容许的范围内。显然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。。
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Uo-
+
Uo-
(a) T导通VD截止(b) VD导通T截止

I2I1uo

在ton期间,T导通,(a),可得出电感L上的电压为
uL?L
diL
() dt
由于电感和电容无损耗,电流iL从T导通时的电流初值I1线性增长至终值为I2,因此上式可写成
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E?Uo?L
则 diLI?I?I?L21?LLdttonton
ton?L?IL () E?Uo
式中?IL?I2?I1为电感电流的变化量,Uo为输出电压的平均值。
在toff期间,T关断,VD导通续流,(b)的等效电路,电流iL从I2线性衰减至I1,因此有
?Uo?LdiLI?I?I?L12??LL
dttofftoff
即 toff?L
从式()和式()消去?IL,可得?IL () Uo
(E?Uo)ton?Uotoff
即() Uo?tontE?onE