合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组
升降压斩波电路
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。 基本工作原理 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
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-
降压斩波电路
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，如图中EM所示
工作原理
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
f
1 CT (0.7 RT 3RD )
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降压斩波电路(BUCK)
从能量传递关系出发进行的推导 • 由于L为无穷大，故负载电流维持为Io不变 • 电源只在V处于通态时提供能量，为 EIoton
E V iG L io R
+
VD uo M EM
-
2 • 在整个周期T中，负载一直在消耗能量，消耗的能量为 RIo T EM I oT
V i1 E uL i2 VD IL L C uo R
a) i1 IL to n to f f
o
i2 IL
t
图3-4 升降压斩波电路及其波形 a）电路图 b）波形
o
b)
t
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升降压斩波电路
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
L1
C
L2
i1
L1 B uB
C uC S A uA
L2 i 2
E
V
VD
uo
R
E
uo
R
a)
图3-5 Cuk斩波电路及其等效电路 a） 电路图 b） 等效电路
b)
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Cuk斩波电路

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， T 即 iC d t 0 （3-45）
• 习惯上，DC—DC变换器包括以上两种情况，且甚至更多地指后一种情况
• 直流斩波电路的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ类
• 6种基本斩波电路：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk 斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路，其中前两种是最基本的电路
• 复合斩波电路——不同基本斩波电路组合 • 多相多重斩波电路——相同结构基本斩波电路组合
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直流斩波电路分析
• 下图是直流斩波器的原理图。图中开关S可以是各种电力电子开关器件，输入 电源电压E为固定的直流电压。当开关S闭合时，直流电流经过S给负载RL供 电；开关S断开时，直流电源供给负载RL的电流被切断，L的储能经二极管VD 续流，负载RL两端的电压接近于零。 u
b 1
tof f 。 b T
1 Uo E E b 1
1
（3-22） （3-23）
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升压斩波电路
升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因
• 一是L储能之后具有使电压泵升的作用
• 二是电容C可将输出电压保持住 如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载R消耗，即 （3-24） EI1 U o I o 该式表明，与降压斩波电路一样，升压斩波电路也可看成是直流变压器。 根据电路结构并结合式（3-23）得出输出电流的平均值Io为 （3-25) 由式（3-24）即可得出电源电流I1为：
图3-1 降压斩波电路的原理图及波形 a）电路图 b）电流连续时的波形 c） 电流断续时的波形
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降压斩波电路
数量关系
• 电流连续时，负载电压平均值
ton——V通的时间 toff——V断的时间 α ——导通占空比 Uo 最大为 E ，减小占空比 α ， Uo 随之减小。 因此称为降压斩波电路。 负载电流平均值
0
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I1toff。由此可得 从而可得
L1
I 2 toff T ton 1 I1 ton ton
C L2 i1 L1
I 2ton I1toff
（3-46） （3-47）
C B uB uC S A uA L2 i2
E
V
VD
uo
R
E
uo
R
a)
b)
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的能量相等，即
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升压斩波电路
1.升压斩波电路的基本原理
i1 L io V C uo R VD
• •
•
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。 图3-2 升压斩波电路 及其工作波形 a）电路图 b）波形
NCP1402SN50T1是ONSEMI公司生产的高效率、低功耗升压型DC/DC转换器， 其内臵PFM（脉冲频率调制）振荡器、PFM控制器、PFM比较器、软起动电路、 电压基准及MOEFET开关管，还具有限流电路。其输入电压范围为0.8V～5.5V， 输出为固定的5V电压，输出额定电流为200mA。 内 部 MOSFET 开 关 管 导 通 时 ， 管 脚 LX 连 接 的 47uH 电 感 进 行 储 能 ； 内 部 MOSFET开关管关断时，电感释放能量，在管脚OUT产生高于输入电压的+5V， 通过电容滤波，得到稳定输出电压。外接肖特基二极管，使输出电压不会反回至 输入端。
• •
T不变，变ton —脉冲宽度调制（PWM） ton不变，变T —频率调制（PFM）
•
ton和T都可调，改变占空比—混合型
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PWM控制器SG3525
5.1V 基准 欠压锁定 VCON CT RT
振荡器
触发器
OA
锁存器
OB GND
误差放大器
50uA SG3525
U o EM （3-2） R • 电流断续时，Uo被抬高，一般不希望出 现 Io
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ton ton Uo E E E ton toff T
（3-1）
降压斩波电路
斩波电路三种控制方式（根据对输出电压 此种方式应用
最多 平均值进行调制的方式不同而划分）
EI1ton (Uo E) I1toff t tof f T 化简得： U o on E E tof f tof f
T/toff>1，输出电压高于电源电压，故为升压斩波电路。 ——升压比；升压比的倒数记作b ，即
（3-20） （3-21）
b和的关系：
T / toff
因此，式（3-21）可表示为
t on I1 I2 t off
i1
ton
toff
（3-42） IL
i2 （3-43） IL
o
t
o
EI1 U o I 2
（3-44）
b)
t
其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。
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Cuk斩波电路
V通时，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路分别流过电流 V断时，E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路分别流过电流 输出电压的极性与电源电压极性相反 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
T

V处于通态 uL = E
0
uL d t 0
（3-39）
E ton U o toff
（3-40）
V处于断态 uL = - uo
Uo 所以输出电压为：
ton ton E E E （3-41） toff T ton 1
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有源功率因数校正电路
L uL iL VD0 R3 VF R2 R5 C ＋ R4 R uo R1
ud uS
输入电 压检测
输 入 电 流 检 测
SPWM 比较器
高频三角 波发生器
输出电 压检测
电流 调节器
PWM 控制器 误差 放大器 Vref
乘法器
交流输入电压经桥式 整流后，再经过DC／DC变 换，通过相应的控制使输 入电流平均值自动跟随整 流电压基准值，可获得较 高的网侧功率因数，并保 持输出电压稳定。APFC电 路有两个反馈控制环：输 入电流环使DC／DC变换器 输入电流为全波整流波形， 并且与全波整流电压波形 相位相同；输出电压环DC ／DC变换器使输出端为一 个直流稳压源，达到直流 电源的稳压效果。
Io Uo 1 E R b R
Uo 1 E I1 Io 2 E b R
（3-26）
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