uL L diL I L L U d (电感电流上升段) dt DTS
Ud
uS
S
C
Uo
R
Uo 1 Ud 1 D
U o D(1 D)TS I L L
2
Sg
ton toff
0 iL
I L Io DTS
d
电感电流临界连续时VD的电流均值为：
I D I L (1 D)
图3-2 降压斩波电路的原理图及波形
iL
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3.1.1
数量关系
电流连续方式：
降压斩波电路
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负载电压平均值：
Uo
t on t on t off
E
t on T
E E
Ton —— V通的时间； toff —— V断的时间； T —— 斩波周期；
负载电流平均值：
—— 导通占空比
组合
图3-19 电流可逆斩波电路
图3-22 桥式可逆斩波电路
可实现第1、2象限运行
可实现第3、4象限运行
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直流脉宽调速与V-M调速区别：
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直流脉宽调速
直流V-M调速
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直流脉线路简单，需要的功率元件少； 2. 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗和 发热都很小； 3. 低速性能好，稳速精度高，因而调速范围宽；
电感电流连续与否的临界条件为：
(1 D)2 L RTS 2
应用：升降压型电路可以灵活地改变电压的高低，还能改 变电压极性，因此常用于电池供电设备中产生负电源的电 路，还用于各种开关稳压器中。
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3.1.4 Cuk斩波电路
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Cuk斩波电路
电路工作稳定条件下，S通时，Ud—L—S—Ud回路和C1—S—R— L1—C1回路有电流。
利用“电感两端电压在一个开关周期内的平均值为零” 的规律可得 输出与输入反极性
1 UL Ts

Ts
0
uL dt
U d ton U otoff Ts
0
Uo D Ud 1 D
0＜D＜1/2，降压 1/2＜D＜1，升压 河南理工大学
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3.1.3升降压斩波电路
电路结构
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升降压斩波电路 (buck -boost Chopper)
EI o t on RI o2T E M I oT
EI o ton T RI o2 EM I o
EI o RIo2 EM I o U 0 I 0
I1 I o
I1—— 平均值
EI 1 U o I o EI o
输出功率等于输入功率，可将降压斩波器看作直流降压变压器(升流)。
负载电流很小时，电路中的电感电流将不连续，电
Uo D ，输出电压|Uo|＞ Ud 1 D
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压比的公式不再满足式
DUd /(1-D)，且负载电流越小，| Uo |越高。输出空载时 ， | Uo |→∞，故Cuk型电路 不应空载，否则会产生 很高的电压而损坏电路中的元器件。
L
iL Ud uS
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2) 升压斩波电路典型应用
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
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。 图5-3 动画演示。
a) uo E uo E
O i
t i1 I 10 i2
t
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3.1.2
升压斩波电路
Sg
ton toff
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2) 升压斩波电路的输入输出关系
iL
L
id
VD
io
Ud
uS
S
C
Uo
R
0 uS 0 iL 0 iS 0
Uo
t t
t
电感L在一个开关周期T上的平均感应电压为0，因此：
1 UL TS

TS
0
uLU dtL
U d ton (U o U d )toff TS
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1)
电流可逆斩波电路
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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。
a) 电路图
工作过程
图3-19 电流可逆斩波电路及波形
三种工作方式：降压、升压、交替降压和升压（图3-19b）； 第1象限，降压斩波，电动状态，调压调速； 第2象限，升压斩波，发电状态，再生制动，减速。
Uo 1 Ud 1 D
升压
t 升压斩波电路之所以能够升 io 0 压的原因：一是电感L储能之 0 t 后具有使电压泵升的作用， t0 t1 t2 二是电容C可将输出电压保持 住。
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3.1.2
升压斩波电路
iL
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3）电感电流断续工作模式：
L
id
VD
io
二极管VD电流的开关周期平均值ID等于 负载电流平均值Io。
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3.1.1
降压斩波电路
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电感电流断续工作模式：
1 IL TS

TS
0
iL (t )dt
1 1 1 ( I LTS ) I L TS 2 2
U Uo I L d DTS L
Sg
ton toff
di uL L L U d U o dt
U D(1 D) TS 0 1 I L (1 D) o uL 2 2L U 0 电感电流连续的临界条件为： Uo D(1 D) 2 Io ID L RTS 2 R 判断升压型电路中电感电流连续与否的临界条件。
TS
t
t
U d U o
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3.1.2
升压斩波电路
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3.1 直接DC/DC变换器
3.1.1 降压斩波电路
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3.1.2
3.1.3 3.1.4 3.1.5 3.1.6
升压斩波电路
升降压斩波电路 Cuk斩波电路 Sepic斩波电路 Zeta 斩波电路
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3.1 直接DC/DC变换器
3.1.1 降压斩波电路（Buk变换器）
S断时，Ud—L—C1—VD—Ud回路和L1—VD—R—L1回路有电流。
输出电压的极性与电源电压极性相反。
L
iL Ud
C1
L1
iL1
L
iL
C1
L1
iL1
S
VD
C
Uo
R
Ud
S
VD
C
Uo
R
a)
b)
图3-14 Cuk电路电流连续工作时的电路状态 a) 电路状态1 (S通) b) 电路状态2 (S断) 河南理工大学
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第3章 直流-直流变换电路
引言2
明德任责

DC/DC变换器按结构不同可分为直接DC/DC
变换器和变压器隔离型DC/DC变换器。

DC/DC变换器按工作原理不同可分为谐振型
和非谐振型两大类。谐振型DC/DC变换器利
用软开关技术，控制开关器件在开、关瞬间所 承受的电压或电流为零，从而降低开关损耗， 提高变换效率，并有利于进一步提高开关频率 。
O io i1 i2 I 20 t1 t x toff c) t2
t
I 20
toff T b)
I 10 t O ton
O
t on
t
T
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
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3.1.3升降压斩波电路
电路结构
明德任责
升降压斩波电路 (buck -boost Chopper)
Io
U o EM R
电流断续：Uo被抬高，一般不希望出现。 河南理工大学
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3.1.1
降压斩波电路
明德任责 此种方式应用 最多
调制方式（控制方式）：
三种控制方式：
定频调宽：T不变，变ton — 脉冲宽度调制（PWM）； 改变占空比 定宽调频： ton不变，变T — 频率调制； 调宽调频：ton和T都可调 — 混合型。
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3.1.4 Cuk斩波电路
数量关系
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设两个电感电流都连续，分别计算电感L和L1的两端电 压在一个开关周期内的平均值为：
U L U d D (U d U C1 )(1 D ) 0 U L1 (U C1 U o ) D U o (1 D ) 0
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1.电路结构
图3- 降压斩波电路的原理图
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3.1.1
降压斩波电路
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工作原理
t=0 时刻驱动 V 导通， VD 承受 反压而关断；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 时控制 V 关断，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。 通常串接较大电感 L 使负载电 流连续且脉动小。 动画演示
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2)
桥式可逆斩波电路
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