3.1 基本斩波电路重点：最基本的2种——降压斩波电路和升压斩波电路。

3.1.1 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3-1中E m所示➢➢工作原理，两个阶段✧✧t=0时V导通，E向负载供电，u o=E，i o按指数曲线上升✧✧t=t1时V关断，i o经V D续流，u o近似为零，i o呈指数曲线下降✧✧为使i o连续且脉动小，通常使L值较大图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➢➢数量关系电流连续时，负载电压平均值（3-1）α——导通占空比，简称占空比或导通比U o最大为E，减小α，U o 随之减小——降压斩波电路。

也称为Buc k变换器（Buc k Conve r te r）。

负载电流平均值（3-2）电流断续时，u o平均值会被抬高，一般不希望出现➢➢斩波电路三种控制方式宽度调制（PWM）型——T不变，调率调制或调频型——t o n不变，改变T（3）混合型——t o n和TEEETtEtttU onoffononoα==+=REUI moo-=都可调，使占空比改变其中PWM控制方式应用最多➢➢基于“分段线性”的思想，可对降压斩波电路进行解析3.1.2 升压斩波电路1. 升压斩波电路的基本原理图3-2 升压斩波电路及其工作波形a）电路图b）波形➢➢工作原理✧✧假设L值、C值很大✧✧V通时，E向L充电，充电电流恒为I1，同时C的电压向负载供电，因C值很大，输出电压u o为恒值，记为U o。

设V通的时间为t o n，此阶段L上积蓄的能量为E I1t o n ✧✧V断时，E和L共同向C充电并向负载R供电。

设V断的时间为t o f f，则此期间电感L释放能量为R ()off ot IEU1-✧ ✧ 稳态时，一个周期T 中L 积蓄能量与释放能量相等（3-20）化简得：（3-21），输出电压高于电源电压，故称升压斩波电路。

也称之为boost 变换器——升压比，调节其即可改变U o 。

将升压比的倒数记作β，即。

β和导通占空比α有如下关系：（3-22）因此，式（3-21）可表示为（3-23）➢ ➢升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因✧ ✧ L 储能之后具有使电压泵升的作用 ✧ ✧ 电容C 可将输出电压保持住 2. 升压斩波电路的典型应用 ✧ ✧ 直流电动机传动✧ ✧ 单相功率因数校正（Power Fa ctor Corr e ction —PFC ）电路 ✧ ✧ 用于其他交直流电源中()off o on t I E U t EI 11-=E t T E t t t U offoffoffon o =+=1/≥off t T off t T /Tt off =β1=+βαE E U o αβ-==111图3-3 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时✧ ✧ 通常用于直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源 ✧ ✧ 实际L 值不可能为无穷大，因此有电动机电枢电流连续和断续两种工作状态✧ ✧ 电机反电动势相当于图3-2中的电源，此时直流电源相当于图3-2中的负载。

由于直流电源的电压基本是恒定的，因此不必并联电容器。

➢ ➢电路分析基于“分段线性”的思想进行解析a)EV 处于通态时，设电动机电枢电流为i 1，得下式（3-27） 式中R 为电机电枢回路电阻与线路电阻之和。

设i 1的初值为I 10，解上式得（3-28）当V 处于断态时，设电动机电枢电流为i 2，得下式：（3-29） 设i 2的初值为I 20，解上式得：（3-30） 当电流连续时，从图3-3b 的电流波形可看出，t =t o n 时刻i 1=I 20，t =t o f f 时刻i 2=I 10，由此可得：（3-33）（3-34）把上面两式用泰勒级数线性近似，得m E Ri ti L =+11d d ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=--ττt m te RE eI i 1101E E Ri ti L m -=+22d d ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=--ττt m te RE E eI i 1202R E e e m R E ee R E I Tt m off⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=----ρβρττ111110R E e e e m R E ee e R E I TT t m on⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=------ρραρτττ1120（3-35）该式表示了L 为无穷大时电枢电流的平均值I o ，即（3-36）对电流断续工作状态的进一步分析可得出：电流连续的条件为（3-38）根据此式可对电路的工作状态作出判断。

3.1.3 升降压斩波电路和Cu k 斩波电路1. 升降压斩波电路图3-4 升降压斩波电路及其波形 a ）电路图 b ）波形()REm I I β-==2010()REE R E m I m o ββ-=-=ρβρ----<e e m 11Ra)b)i i 2I I设L 值很大，C 值也很大。

使电感电流i L 和电容电压即负载电压u o 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i 1。

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i 2。

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稳态时，一个周期T 内电感L 两端电压u L 对时间的积分为零，即（3-39）当V 处于通态期间，u L = E ；而当V 处于断态期间，u L = - u o 。

于是：（3-40）所以输出电压为：（3-41）改变α，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。

当0<α <1/2时为降压 当1/2<α <1时为升压因此称作升降压斩波电路。

或称之为buck -boost 变换器。

2. Cuk 斩波电路图3-5所示为Cuk 斩波电路的原理图及其等效电路。

⎰=TL t u 00d off o on t U t E ⋅=⋅E E t T t E t t U on on off on o αα-=-==1图3-5 C u k 斩波电路及其等效电路 a ） 电路图 b ） 等效电路✧ ✧ V 通时，E —L 1—V 回路和R —L 2—C —V 回路分别流过电流 ✧ ✧ V 断时，E —L 1—C —V D 回路和R —L 2—V D 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Ra)RRb)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，即（3-45）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t o n ，则电容电流和时间的乘积为I 2t o n 。

开关S 合向A 点的时间为V 处于断态的时间t o f f ，则电容电流和时间的乘积为I 1 t o f f 。

由此可得（3-46）从而可得（3-47）当电容C 很大使电容电压u C 的脉动足够小时，输出电压U o 与输入电压E 的关系可用以下方法求出：当开关S 合到B 点时，B 点电压u B =0，A 点电压u A = -u C ； 当S 合到A 点时，u B = u C ，u A =0 因此，B 点电压u B 的平均值为（U C 为电容电压u C 的平均值），又因电感L 1的电压平均值为零，所以。

另一方面，A 点的电压平均值为，且L 2的电压平均值为零，按图3-5b 中输出电压U o 的极性，有。

于是可得出输出电压U o 与电源电压E 的关系：（3-48）⎰=TC t i 00d off on t I t I 12=αα-=-==112on on on off t t T t t I I C off B U Tt U =C off B U Tt U E ==C onA U Tt U -=C ono U T t U =E E t T t E t t U on on off on o αα-=-==1这一输入输出关系与升降压斩波电路时的情况相同。

➢ ➢优点（与升降压斩波电路相比）：输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波。

3.1.4 Se pic 斩波电路和Ze ta 斩波电路图3-6分别给出了Se pic 斩波电路和Ze ta 斩波电路的原理图。

图3-6 S e pi c 斩波电路和Ze t a 斩波电路a ）S ep i c 斩波电路b ）Zet a 斩波电路Sepic 斩波电路的基本工作原理是：当V 处于通态时，E —L 1—V 回路和C 1—V —L 2回路同时导电，L 1和L 2贮能。

V 处于断态时，E —L 1—C 1—V D —负载（C 2和R ）回路及L 2—V D —负载回路同时导电，此阶段E 和L 1Rb)Ra)既向负载供电，同时也向C 1充电，C 1贮存的能量在V 处于通态时向L 2转移。

Sepic 斩波电路的输入输出关系由下式给出：（3-49）Z e t a 斩波电路也称双Se pic 斩波电路，其基本工作原理是：在V 处于通态期间，电源E 经开关V 向电感L 1贮能。

同时，E 和C 1共同向负载R 供电，并向C 2充电。

待V 关断后，L 1经V D 向C 1冲电，其贮存的能量转移至C 1。

同时，C 2向负载供电，L 2的电流则经V D 续流。

Z e t a 斩波电路的输入输出关系为：（3-50）两种电路相比，具有相同的输入输出关系。

Se pic 电路中，电源电流和负载电流均连续，有利于输入、输出滤波，反之，Zeta 电路的输入、输出电流均是断续的。

另外，与前一小节所述的两种电路相比，这里的两种电路输出电压为正极性的，且输入输出关系相同。

E E t T t E t t U on on off on o αα-=-==1E U o αα-=1。