第8章 直流斩波电路

直流斩波电路（DCChopper）将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电也称为直流--直流变换器（DC/DCConverter）一般指直接将直流电变为另一直流电，不包括直流—交流—直流第八章直流斩波电路1第一节概述直流斩波框图大多数采用交流电网经二极管整流后当直流输入。输入端加大电容滤波，起到纹波，减小阻抗作用。负载有两类：等效电阻代表的阻性负载和直流电动机负载（直流电压源串阻感的负载）。直流斩波电路按结构分有：降压型、升压型、降压-升压型、桥式等。2第一节概述直流斩波器的原理电路负载电压的平均值为：显然，当输入直流电压一定时，其负载上的输出平均电压是通过控制开关的通断时间来实现的。3第二节全控型器件的斩波电路一、降压型变换电路图中IGBT为全控型器件。若为晶闸管，须有关断辅助电路续流二极管负载出现的反电动势

动态演示4第二节全控型器件的斩波电路

工作原理（电流连续）

t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io按指数曲线上升。

t=t1时刻控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小通常使串接的电感L值较大。5第二节全控型器件的斩波电路工作原理（电流断续）

t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io按指数曲线上升。

在t=tx时，负载电流已衰减到零，此时VD导通，负载电流为零。tx

<t<T期间，负载电流为零，VD也截止，此时负载电动势等于负载反电动势Em。6第二节全控型器件的斩波电路数量关系

（3-2）ton——V通的时间；toff——V断的时间；a--导通占空比电流断续时，Uo被抬高，一般不希望出现

负载电压平均值：负载电流平均值：降压斩波电路电流连续时7第二节全控型器件的斩波电路斩波电路三种控制方式1.T不变，变ton——脉冲宽度调制（PWM）2.ton不变，变T

——频率调制3.ton和T都可调，改变占空比—混合型此种方式应用最多电流断续时负载电压平均值：负载电流平均值：8第二节全控型器件的斩波电路保持输出电压基本不变储存电能二、升压型变换电路9工作原理假设L和C值很大。V处于通态时，电源E向电感L充电，电流恒定I1，电容C向负载R供电，输出电压Uo恒定。V处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。0iGE0ioI1图8-4升压型变换电路第二节全控型器件的斩波电路10第二节全控型器件的斩波电路数量关系设V通态的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为设V断态的时间为toff，则此期间电感L释放能量为稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等：化简得：

T/toff>1，输出电压高于电源电压，故为升压斩波电路。

电压升高的原因：电感L储能使电压泵升的作用,电容C可将输出电压保持住11升压斩波电路典型应用一是用作单相功率因数校正（PFC）电路二是用于直流电动机传动三是用于其他交直流电源中ttTEiOOb)a)i1i2I10I20I10tontofftOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI20uo图用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形

a）电路图b）电流连续时c）电流断续时用于直流电动机传动再生制动时把电能回馈给直流电源。电动机电枢电流连续和断续两种工作状态。直流电源的电压基本是恒定的，不必并联电容器。第二节全控型器件的斩波电路12

电路结构第二节全控型器件的斩波电路三、降压/升压型变换电路13基本工作原理图8-5升降压型变换电路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。14数量关系稳态时，一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零，即所以输出电压为：V处于通态uL=EV处于断态uL=-

uo第二节全控型器件的斩波电路15图中给出了电源电流i1和负载电流i2的波形，设两者的平均值分别为I1和I2，当电流脉动足够小时，有：由上式得：结论当0<a<1/2时为降压，当1/2<a

<1时为升压，故称作升降压斩波电路。也有称之为buck-boost变换器。其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。ototi1i2tontoffILIL第二节全控型器件的斩波电路16第三节晶闸管斩波电路三、复合斩波电路——降压斩波电路和升压斩波电路组合构成

（一）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。降压斩波电路能使电动机工作于第1象限。升压斩波电路能使电动机工作于第2象限。电流可逆斩波电路：降压斩波电路与升压斩波电路组合。此电路电动机的电枢电流可正可负，但电压只能是一种极性，故其可工作于第1象限和第2象限。17电路结构V1和VD1构成降压斩波电路，电动机为电动运行，工作于第1象限。V2和VD2构成升压斩波电路，电动机作再生制动运行，工作于第2象限。必须防止V1和V2同时导通而导致的电源短路。图8-9电流可逆斩波电路及波形第三节晶闸管斩波电路18工作方式图8-9电流可逆斩波电路及波形第三节晶闸管斩波电路工作方式：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。当一种斩波电路电流断续而为零时，使另一个斩波电路工作，让电流反方向流过，这样电动机电枢回路总有电流流过。电路响应很快。19图8-10桥式可逆斩波电路

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

。第三节晶闸管斩波电路（二）桥式可逆斩波电路——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。使V4保持通时，等效为图8-9所示的电流可逆斩波电路，提供正电压，可使电动机工作于第1、2象限。20第三节晶闸管斩波电路四、晶闸管换流电路由于普通晶闸管本身不能自关断，所以在晶闸管斩波器中均设置有换流关断回路。须设晶闸管关断回路21第三节晶闸管斩波电路电压型以普通晶闸管斩波电路为例（逆阻型）：采用脉冲换相方式。主晶闸管辅助晶闸管换流过程先使VT2导通，电源经过负载给C充电，直到uc=E，VT2关断。之后让VT1导通，电源向负载供电。同时，C的电荷经VT1、L1、VD1谐振放电。并使C的极性反向。+再触发VT2使其导通时，电容电压即加在VT1上，VT1关断。电容电压通过负载放电，并反向充电至电源电压，以此循环。图8-11电压换流电路

22第三节晶闸管斩波电路电流型换流过程电源接上时，经VD2、C、L1给负载供电，C充上左正右负的电荷。触发VT1导