第5章直流斩波电路与实践

1、知识目标技能目标 了解降压式直流斩波电路的基本结构和工作原理，掌握斩波主电路在负载电流连续和断续两种情况下的电路特征； 熟悉升压式直流斩波电路的基本结构和工作原理，掌握升压式斩波电路的实验验证原理，掌握数据测量方法 熟悉升降压式直流斩波电路的基本结构和工作原理，掌握升降压斩波主电路在负载电流连续和断续两种情况下的电路特征； 进一步熟悉电力电子器件的基本应用要求与使用方法。 研究触发电路的形成及触发脉冲输出特点，掌握该电路的调试和数据测量的方法； 研究斩波主电路在负载电流连续和断续两种情况下的电路特征，掌握升压式直流斩波电路的实验调测方法； 能利用PROTEL软件根据给定要求进行升降压斩波电路原

2、理图绘制，并完成升降压式直流斩波电路的调试与相关数据记录； 能独立设计、制作并调试常见DC-DC开关电源。1 1、什么叫直流斩波电路、什么叫直流斩波电路 将一个固定的直流电压变换成大小可变的直流电压的电路。2 2、直流斩波技术的应用、直流斩波技术的应用 不间断电源（UPS）、无轨电车、地铁列车、蓄电池供电的机动车辆，直流开关稳压电源；焊接电源；直流电机调速控制等3 3、直流斩波电路的基本组成、直流斩波电路的基本组成一、直流斩波电路的基本概念一、直流斩波电路的基本概念不可控整流单、三相交流蓄电池滤波电路直流斩波器负载控制信号1）非隔离型（即直流斩波电路）非隔离型（即直流斩波电路）降压型电路升压型

3、电路升降压电路库克式斩波电路等2）隔离型电路）隔离型电路 正励电路 反励电路 半桥电路 全桥电路 推挽式电路等4、常见类型、常见类型5 5、斩波器的基本原理、斩波器的基本原理 占空比D或kTtDkon 或式中：式中：T或或TS为开关为开关S的工作周期，的工作周期， ton为导通时间为导通时间 输出平均电压ddontooDUUTtdtuTUon 016、直流斩波电路的常用控制方式、直流斩波电路的常用控制方式（1）时间比控制方式）时间比控制方式定频调宽控制方式定频调宽控制方式或称或称脉宽调制脉宽调制(PWM)控制方式控制方式-开关频率开关频率fS不变不变(即开关周期即开关周期T 不变），导通时间不

4、变），导通时间tON改变改变 。定宽调频控制方式定宽调频控制方式或称或称脉冲频率调制脉冲频率调制(PFM)(PFM)控制方式控制方式-开关频率开关频率fS改变改变(即开关周期即开关周期T改变），导通时间改变），导通时间tON不变不变 。调频调宽混合控制方式调频调宽混合控制方式-开关频率开关频率fS改变改变(即开关周期即开关周期T改变），导通时间改变），导通时间tON改变改变 。6、直流斩波电路的常用控制方式、直流斩波电路的常用控制方式（2）瞬时值控制方式）瞬时值控制方式 用负载电流的平均值与给定电流值相比较，利用用负载电流的平均值与给定电流值相比较，利用其偏差值去控制开关器件的导通和关断的控制

5、方式。其偏差值去控制开关器件的导通和关断的控制方式。（3）平均值控制方式）平均值控制方式 瞬时值结合控制方式是分别预先给定电流（或电压）瞬时值结合控制方式是分别预先给定电流（或电压）的上限值和下限值，并将其与输出电压（或电流）反馈的上限值和下限值，并将其与输出电压（或电流）反馈的瞬时值相比较，如果电流（或电压）达到上限值就关的瞬时值相比较，如果电流（或电压）达到上限值就关断斩波电路的开关元件。断斩波电路的开关元件。 为输入端的滤波电容，为输入端的滤波电容，VDVD为续流管，当斩波开关为续流管，当斩波开关V V关断时，关断时，续流管为感性负载提供电流通路；电感续流管为感性负载提供电流通路；电感L

6、 L和电容和电容C C组成低通滤波组成低通滤波器，以减小输出电压的波动。器，以减小输出电压的波动。dC二、二、降压式直流斩波电路（BUCK电路） 的作用：的作用：由于输入电流由于输入电流 i i总是瞬间从峰值跳变到零，将产生输入电流总是瞬间从峰值跳变到零，将产生输入电流的高频谐波分量，为了抑制谐波的影响，需增加滤波器的高频谐波分量，为了抑制谐波的影响，需增加滤波器 。dCdC1 1、电流连续的工作原理、电流连续的工作原理充电时即V开通放电时即V关断1）导通期间（ton ）：电力开关器件导通，电感蓄能，二极管D反偏阻断。 dtdiLUUuLodLonooLodtiiLdtdiLUUminmax电

7、感中的电流为线性上升，电感中的电流为线性上升，即有1 1、电流连续的工作原理、电流连续的工作原理充电时即V开通放电时即V关断2）关断期间（toff）：电力开关器件断开，电感释能，二极管D导通续流。 电感经过二极管放能，电感经过二极管放能，电感的电流呈线性下降电感的电流呈线性下降dtdiLUuLOLoffoooffooLOtiiLtiiLdtdiLUminmaxmaxmin即有稳态条件下，电感稳态条件下，电感L L上的电压在一个周期内的积分为零，上的电压在一个周期内的积分为零， 故可表示为：故可表示为：)()(onoonodtTUtUUddonODUUTtU 2 2、基本电量关系、基本电量关系（

8、1）输出平均电压（负载电压）输出平均电压（负载电压) UO（2）输出平均电流（负载电流）输出平均电流（负载电流) IORUIO0 TtDon 式中：式中：oododDIIUUI ( (忽略器件功率损耗忽略器件功率损耗) )2 2、基本电量关系、基本电量关系（4）输入平均电流（电源电流）输入平均电流（电源电流) Id（3）输入功率）输入功率Pi及输出功率及输出功率P0ooIUP 0ddiIUP 0PPi （5）维持电流临界连续的电感值维持电流临界连续的电感值L L0 0 )1(2DDITULLBdo ILB-临界连续时的电感电流平均值（6）纹波电压相对值纹波电压相对值LCDTUU)1 (8120

9、0 2 2、基本电量关系、基本电量关系升压直流斩波电路结构升压直流斩波电路结构升压式斩波电路由功率开关管升压式斩波电路由功率开关管V V、储能元、储能元件件L L、升压二极管、升压二极管VDVD和滤波电容和滤波电容C C组成。组成。5.2 5.2 升压式斩波变换电路升压式斩波变换电路一、电流连续导通的工作原理一、电流连续导通的工作原理5.2 5.2 升压式斩波变换电路升压式斩波变换电路1）导通期间（ton ）：当斩波开关管当斩波开关管V接通时，二极管接通时，二极管VD反向偏置，将输入电源与输出反向偏置，将输入电源与输出极极 隔离，这时电源向电感中储能，负载由滤波电容隔离，这时电源向电感中储能，

10、负载由滤波电容C供电。供电。 电感中的电流为线性上升，电感中的电流为线性上升，有dtdiLUuLdL 一、电流连续导通的工作原理一、电流连续导通的工作原理5.2 5.2 升压式斩波变换电路升压式斩波变换电路2）关断期间（toff）：当开关当开关V关断时，电感释放能量，与输入电压一起作用，使得二极关断时，电感释放能量，与输入电压一起作用，使得二极管导通并向负载供电。管导通并向负载供电。电感的电流呈线性下降电感的电流呈线性下降dtdiLuUULLod 5.2 5.2 升压式斩波变换电路升压式斩波变换电路oododIDIUUI 11ddONOUDUtTTU 11( (忽略器件功率损耗，利用功率守恒忽

11、略器件功率损耗，利用功率守恒) )二、基本电量关系二、基本电量关系（1）输出平均电压（负载电压）输出平均电压（负载电压) UO（2）输出平均电流（负载电流）输出平均电流（负载电流) IORUIO0 （3）输入平均电流（电源电流）输入平均电流（电源电流) IdTtDon 式中：式中：5.2 5.2 升压式斩波变换电路升压式斩波变换电路（4）维持电流临界连续的电感值维持电流临界连续的电感值L L0 0 )1(2DDITULLBdo ILB-临界连续时的电感电流平均值（5）纹波电压相对值纹波电压相对值RCDTUU 00二、基本电量关系二、基本电量关系5.2 5.2 升压式斩波变换电路升压式斩波变换电

12、路1、开关电源开关电源2、UPSUPS电源电源 5.3 升降压直流斩波电路升降压直流斩波电路一、电路的结构一、电路的结构n该电路的结构是储能电感该电路的结构是储能电感L与负载与负载R并联，续流二极管并联，续流二极管VD反向串接在储反向串接在储能电感与负载之间。能电感与负载之间。 5.3 升降压直流斩波电路升降压直流斩波电路二、工作原理二、工作原理 n1）当开关）当开关VT导通时，电源导通时，电源E经经VT给给电感电感L充电储能，电感电压上正下负，充电储能，电感电压上正下负，此时此时VD被负载电压（下正上负）和电被负载电压（下正上负）和电感电压反偏，流过感电压反偏，流过VT的电流为的电流为i1（

13、=iL），方向如上图），方向如上图a所示。由于此时所示。由于此时VD反偏截止，电容反偏截止，电容C向负载向负载R供能并维持供能并维持输出电压基本恒定，负载输出电压基本恒定，负载R及电容及电容C上上的电压极性为上负下正，与电源极性的电压极性为上负下正，与电源极性相反；相反；n2）当开关）当开关VT关断时，电感关断时，电感L电压极性变反（上负下正），电压极性变反（上负下正），VD正偏导通，电正偏导通，电感感L中的储能通过中的储能通过VD向负载向负载R和电容和电容C释放，放电电流为释放，放电电流为i2，电容，电容C被充电储被充电储能，负载能，负载R也得到电感也得到电感L提供的能量。提供的能量。 5.3 升降压直流斩波电路升降压直流斩波电路n电路处于稳态时，每个周期内电感电压电路处于稳态时，每个周期内电感电压uL对时间的积分值为零，即对时间的积分值为零，即n在开关在开关VT导通期间，有导通期间，有uL=E；而在；而在VT截止期间，截止期间，uL= -u0。于是有。于是有Eton=U0 toff n输出电压表达式可写成输出电压表达式可写成n改变改变k输出电压既可高于输入电压，也可低于输入电压。输出电压既可高于输入电压，也可低于输入电压。n当当 时，斩波器输出电压低于输入电压，此时为降压变换；时，斩波器输出电压低于输入电压，此时为降压变换；n当当 时，斩波