直流斩波电路工作原理分析

1、直流斩波电路工作原理分析直流斩波电路的主要是实现直流电能的变换， 对直流电的电压或电流进行控制。 按照输入电压与输出电压之间的关系，可以分为六种不同的形式，分别为降压斩波电路（BUCK）、升压斩波电路（BOOST）、升降压斩波电路（BUCK-BOOST ）、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。下面分别对它们的工作原理进行简单的介绍 一降压斩波电路降压斩波（BUCK、电路的拓扑结构图如1-1所示Uo1分析在开关器件导通和关断时，电路的动态工作过程。图1-1中实线部分表示开关器 件导通时的回路，虚线部分表示器件关断时的续流回路。在续流过程中，根据电感中的电 流的不同分为，电感电流

2、连续（CCM、和断续（DCM、两种情况。由此可以得到降压斩 波电路的动态工作过程如图1-2所示。UiUoa） S导通时等效电路#b） S关断，让工0时等效电路RUoc） S关断，h=0时等效电路图1-2 BUCK电路动态工作过程#在工作过程中，驱动信号以及电感上的电压和电流波形如图1-2所示。#a）电感电流连续时波形b）电感电流断续时波形图1-3 BUCK电路的工作原理图由电感器件的伏秒平衡原理，可以得出在电流连续和断续两种情况下，BUCK斩波电路的输出电压。a）电感电流连续时，有（Ui -Uo）D-U°（1-D）=0（ 1-1）化简可得U ° 二 DU i（1-2）b）电

3、感电流断续时，有（Ui -U°）D -U。十0（ 1-3）化简可得UoUi（ 1-4）D +乞由此可以看出，电感电流断续情况下的输出电压更高。二升压斩波电路升压斩波（BOOST）电路的拓扑结构如图2-1所示。Uo图2-1 BOOST电路拓扑结构在图2-1中，实线部分表示开关器件导通时的回路，虚线部分表示开关器件关断时的 回路，由此可以得到升压斩波电路的动态工作过程如图 2-2所示。其中，也分为电感电流 连续和不连续两种状态。Ui» LIiCRUob) S关断，ii_z 0时等效电路c) S关断，ii_=0时等效电路图2-2 BOOST电路动态工作过程分析升压斩波电路的动态工

4、作过程，可以得到电路中电感两端的电压和流过电感的电 流波形如图2-3所示。同样类似于BUCK电路，可分为连续和断续两种情况。3SD图2-3 BOOST电路的工作原理图同样地根据电感器件的伏秒平衡原理，可以分别得到在电感电流断续和连续的情况下，BOOST电路的输出电压。a）电感电流连续时，有UiD （5 U°）（1D）=0（ 2-1）化简可得1U oU i（2-2）1 - Db）电感电流断续时，有UiD （5 -U。）i =0（2-3）化简可得1Uo厂Ui（ 2-4）1 D ：1由此可以看出，电感电流断续时，BOOST电路的输出电压也增大。三.升降压斩波电路升降压斩波电路的拓扑结构如图

5、 3-1所示。Ui图3-1 BUCK-BOOST 电路拓扑结构图3-1中，实线部分表示开关器件导通时的回路， 虚线部分表示开关器件关断时的回 路，由此可以得到升压斩波电路的动态工作过程如图 3-2所示。其中，也分为电感电流连 续和不连续两种状态。IlUoIoUoIoUob) S关断，Il* 0时等效电路c) S关断，=0时等效电路图3-2 BUCK-BOOST电路动态工作过程同样地分析BUCK-BOOST斩波电路的工作过程，可以得到电感上的电压和电流波形 如图3-3所示。7SD图 3-3 BUCK-BOOST电路的工作原理图#SD#SD由伏秒平衡原理可得电感电流连续和断续的输出电压，且其极性与

6、输入相反。a）电感电流连续时，有#SD#SD(3-1)化简可得U°Ei(3-2)#SDb）电感电流断续时，有#SD#SDUiD _Uo 訂=0(3-3)化简可得(3-4)由此可以看出，电感电流断续时,BUCK-BOOST斩波电路的输出电压也增大#SD四.Cuk斩波电路Cuk斩波电路的拓扑结构如图4-1所示。9Uo#图4-1中，实线部分表示开关器件导通时的回路， 虚线部分表示开关器件关断时的回 路，由此可以得到升压斩波电路的动态工作过程。 这里重点分析电感电流连续时的等效电 路，如图4-2所示。图4-2电感电流连续时Cuk电路动态工作过程当电容Ci足够大，uci的脉动很小，可以认为uc

7、iUci，由此可以得到电路工作时, 电感两端的电压和流过电感的电流的波形如图4-3所示。图4-3 Cuk电路的工作原理图由电感器件的伏秒平衡原理，可得电感电流断续和连续情况下，Cuk斩波电路的输出 电压，而且输出与输入的极性相反。a) 电感电流连续时，有(4-1)UiD (5 -Uci)(1-D) =0 (Uci -U0)D -U°(1-D) =0化简可得(4-2)Uo D Ui1 - Db) 电感电流断续时，有(4-3)UiD (Ui -Uci)十0(Uci -Uo)D-Uo 2 =0化简可得(4-4)1L1 - D由此可以看出，电感电流断续时，Cuk斩波电路的输出电压也增大。一般

8、的情况下,取两个电感L1和L2的值相等，而且电感工作在电流连续状态。五.Sepic斩波电路13#Sepic斩波电路的拓扑结构如图5-1所示。Uo图5-1 Sepic电路拓扑结构#图5-1中，实线部分表示开关器件导通时的回路，虚线部分表示开关器件关断时的回路,由此可以得到升压斩波电路的动态工作过程这里重点分析电感电流连续时的等效电路,图5-2电感电流连续时如图5-2所示。IliCi+OUiI L2l_2C2Uob) S关断时等效电路Sepic电路动态工作过程#类似于Cuk斩波电路，当电容 C1足够大，UC1的脉动很小，可以认为UC1UC1，由5-3所示。此可以得到Sepic电路工作时，电感两端的

9、电压和流过电感的电流的波形如图#图5-3 Sepic电路的工作原理图由电感器件的伏秒平衡原理，可得电路的输出电压，而且输出与输入极性相同a）电感电流连续时，有UiD (Ui-Ud -U°)(1-D)=0ciD U°(1-D) =0(5-1)化简可得b）电感电流断续时，有Uo 唸Ui(5-2)UiD (Ui -Uci -U。) ：i=0-UciD -U。I =0化简可得-DUi(5-3)(5-4)由此可以看出，电感电流断续时，Sepic斩波电路的输出电压也增大。六.Zeta斩波电路Zeta斩波电路的拓扑结构如图6-1所示图6-1 Zeta电路拓扑结构15#图6-1中，实线部分

10、表示开关器件导通时的回路， 虚线部分表示开关器件关断时的回 路，由此可以得到升压斩波电路的动态工作过程。 这里重点分析电感电流连续时的等效电 路，如图6-2所示。LiClI LiIL2C2Uoa) S导通时等效电路图6-2电感电流连续时Zeta电路动态工作过程类似于Cuk斩波电路，当电容 Ci足够大，uci的脉动很小，可以认为uciUC1，由 此可以得到Zeta电路工作时，电感两端的电压和流过电感的电流的波形如图6-3所示。UL1iL1UL2iL2b)电感电流断续时波形图6-3 Zeta电路的工作原理图由电感器件的伏秒平衡原理，可得电路的输出电压，且输出和输入极性相同a) 电感电流连续时，有UiD Ud(1-D) =0(Ui -Ud -U°)D -Uo(1-D) =0化简可得u。 D Ui1 -Db) 电感电流断续时，有UiD Uci i =0(Ui -Uci -Uo)D-U。J =0化简可得(5-1)(5-2)(5-3)(5-4)Id由此可以看出，电感电流断续时，Zeta斩波电路的输出电压也增大七总结由以上六种直流斩波电路的工作情况分析， 可以得出电路具体的工作过程和输出电压。 其中，BUC