IL
高，也可以比电源电压低。当0< <1/2时为
E
uL
L
C
降压，当1/2< <1时为升压，因此将该电路
称作升降压斩波电路。也有文献直接按英文 称之为buck-boost 变换器（Buck-Boost Converter）
a)
i1 ton
toff
IL
•图中给出了电源电流i1和负载电流i2的波形， 设够两小者时的，平有均值I1分别为toI1n和I2，当电流脉动足
《电力电子技术》 电气信息学院
➢以上分析中，认为V通态期间因电容C的作用使得输出电压Uo不 变，但实际C值不可能无穷大，在此阶段其向负载放电，Uo必然 会有所下降，故实际输出电压会略低 ➢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
EI1 U o Io 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
I10
et1 eT
/ /
11
E R
EM R
e e
1 1
m
E R
I 20
1 1
et1 eT
/ /
E R
EM R
1 e 1 e
m
E R
T /
m EM / E
t1
/
t1 T
T
把上式用泰勒级数近似，可得
I10
I 20
mE
R
Io
上式表示了平波电抗器L为无穷大，负载电流完全平直时的负载 电流平均值Io，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。
输出电流的平均值Io为
即可得出电源电流I1为：
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Io
Uo R
1
E R
I1
Uo E
Io
1
2
E R
2. 升压斩波电路的典型应用
一是用于直流电动机传动 二是用作单相功率因数校正（PFC）电路
三是用于其他交直流电源中
通常是用于直流电动机再生制 动时把电能回馈给直流电源
L
VD
I10
EM R
1
e
toff
1
T
e
E
R
m
1 e 1 e
E R
《电力电子技术》
I 20
EM R
e
ton
T
e
T
1e
E
R
m
e 1
e e
E R
电气信息学院
与降压斩波电路一样，把上面两式用泰勒级数线性近似，得
I10
I 20
m
E R
该式表示了L为无穷大时电枢电流的平均值Io，即
Io
m
E R
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负载电流断续的情况
•I10=0，且t=tx时，i2=0
tx
ln
1
(1
m)e m
•电流断续时，tx<toff，得出电流断续的条件为：
m
e e
1 1
•在负载电流断续工作情况下，负载电流一降到零，续流二极管VD即关断，
负载两端电压等于EM。输出电压平均值为：
Uo
ton E
E
E
ton——V通的时间 toff—— V断的时间
导通占空比
U之o减最小大。为因E ，此减称小为占降空压比斩波，电U路o随。
•负载电流平均值
Io
Uo
EM R
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b）电流连续时的波形 c）电流断续时的波形
斩波电路三种控制方式
Uo
ton ton toff
E
ton T
E
E
•T不变，变ton —脉冲宽度调制（PWM） •ton不变，变T —频率调制 •ton和T都可调，改变占空比—混合型
❖ 基于“分段线性”的思想， 对降压斩波电路进行解析
V通态期间，设负载电流为 i1，可列出如下方程：
L
d i1 dt
Ri1
EM
E
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设此阶段电流初值为I10，=L/R，解左式：
L
i1 E
iG
VD io
V
C
uo R
➢时VC通的时电，压E向向负L充载电供，电充，电因电C值流很恒大为，I1，输同出
iG
a)
电ton压，u此o为阶恒段值L上，积记蓄为的Uo能。量设为V通EI的1T时on 间为
O
t
➢V断时，E和L共同向C充电并向负载R供
io
电放。能设量V为断的U时o 间E为It1otofff，f 则此期间电感L释
三峡大学电气信息学院
《电力电子技术》电子教案
Power Electronics Technology
第3章 直流斩波电路
(DC Chopper)
目录
3.1基本斩波电路
3.1.1 降压斩波电路 3.1.2 升压斩波电路 3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路 3.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
O
ton
t1 tx t2
t
toff
T
c） 电c流) 断续时
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
•电路分析
L
VD
•V处于通态时, 设电动机电枢电流为i1, 得下式 M EM
V uo
L
d i1 dt
Ri1
EM
式中R为电机电枢回路电 阻与线路电阻之和。
a)
uo
E
uo
•设i1的初值为I10，解上式得
E ton Uo toff
a)
i1 ton
toff
IL
o
i2 IL
o
b)
•所以输出电压为：
Uo
ton toff
E
ton T ton
E
1
E
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uo R
t t
Uo
ton toff
E
ton T ton
E
1
E
I2
V
i2 VD
•改变导通比，输出电压既可以比电源电压
i1
1. 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
i1
E
uL
i2 VD IL
L
C
uo R
a)
i1 ton
toff
IL
o
t
i2
IL
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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
➢在整个周期T中，负载一直在消耗能量，消耗的能量为 RIo2T EM IoT
➢一周期中，忽略损耗，则电源提供E的Ioto能n 量与负载消耗的能量相等，即
o
i2 IL
o
I2
toff
b)
•由上式可得：
I2
toff ton
I1
1
I1
•如果V、VD为没有损耗的理想开关时，则
EI1 U o I2
uo R
t t
《电力电子技术》 其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。
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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。
3.2复合斩波电路和多相多重斩波电路
3.2.1 电流可逆斩波电路 3.2.2 桥式可逆斩波电路 3.2.3多相多重斩波电路
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第三章 直流斩波电路
➢将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电 ➢也称为直接直流--直流变换器（DC/DC Converter） ➢一般是指直接将直流电变为另一直流电，不包括直流—交流—直流 ➢习惯上，DC—DC变换器包括以上两种情况，且更多地指后一种情况
E
T toff
E
T法/与toff改—变—导升通压比比的，方调法节类其似大。小将即升可压改比变的Uo倒大数小记，作调节，方即
toff
T
和导通占空比有如下关系： 1
因此
Uo
1
E
1
1
E
❖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
(T
ton T
tx )EM
1
ton tx T
mE
Uo不仅和占空比 有关，
也和反电动势EM有关
•此时负载电流平均值为
Io
1 T
ton 0
i1
d
t
tx 0
i2
d
t
ton
T
tx
m E R
Uo Em R
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3.1.2 升压斩波电路
1. 工作原理
➢假设L值很大，C值也很大
❖经近t二似=t1极为时管零刻，V控D负制续载V流电关，流断负呈，载指负电数载压曲电uo线流 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
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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
Uo
ton ton toff
E
ton T
EM
R
E
该式表明: 以电动机一侧为基准看, 可将直流电源看 作是被降低到了 E
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a)