降压斩波电路

■降压斩波电路（BuckChopper）◆电路分析☞使用一个全控型器件V，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。☞设置了续流二极管VD，在V关断时给负载中电感电流提供通道。☞主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。◆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ou=E，负载电流oi按指数曲线上升。☞t=1t时控制V关断，二极管VD续流，负载电压ou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。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◆基本的数量关系电流连续时负载电压的平均值为*1式中，ont为V处于通态的时间，offt为V处于断态的时间，T为开关周期，α为导通占空比，简称占空比或导通比。*2负载电流平均值为：电流断续时，负载电压ou平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。斩波电路有三种控制方式☞脉冲宽度调制（PWM）：T不变，改变ont。☞频率调制：ont不变，改变T。☞混合型：ont和T都可调，改变占空比5.1.2升压斩波电路■升压斩波电路◆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。◆基本的数量关系☞当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等，即*3*4即：EETtEtttUonoffononoREUImoooffoontIEUtEI11EtTEtttUoffoffoffono☞将升压比的倒数记作β，即Tofft，则β和导通占空比α有如下关系:*5*5还可以表示成*6输出电压高于电源电压，关键有两个原因：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*7输出电流的平均值为*8电源电流I1为*9■升降压斩波电路◆工作原理☞V导通时，电源E经V向L供电使其贮能，此时电流为1i，同时C维持输出电压恒定并向负载R供电。☞V关断时，L的能量向负载释放，电流为2i，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。◆基本的数量关系☞稳态时，一个周期T内电感L两端电压Lu对时间的积分为零，即*10当V处于通态期间，Lu=E；而当V处于断态期间，Lu=-ou。于是：*111EEUo111ooIUEI1RERUIoo1REIEUIoo211TLtu00doffoontUtE图2升降压斩波电路图3升降压斩波电路波形根据以上等式关系，所以输出电压为：*12改变导通比α，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0α1/2时为降压，当1/2α1时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路。☞电源电流1i和负载电流2i的平均值分别为1I和2I，当电流脉动足够小时，有:*13由上式得*14如果V、VD为没有损耗的理想开关时，则输出功率和输入功率相等，即*15otb)oti1i2tontoffILILEEtTtEttUononoffono1offonttII211121IIttIonoff21IUEIo■Cuk斩波电路图三CUK斩波电路及其等效电路◆工作原理☞V导通时，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路分别流过电流。☞V关断时，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。◆基本的数量关系☞C的电流在一周期内的平均值应为零，即*16由上式得：*17从而可得*18☞由L1和L2的电压平均值为零，可得出输出电压Uo与电源电压E的关系*19◆与升降压斩波电路相比，Cuk斩波电路有一个明显的优点，其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。TCti00doffontItI12112onononoffttTttIIEEtTtEttUononoffono15.1.4Sepic斩波电路和Zeta斩波电路■Zeta斩波电路◆工作原理☞V导通时，电源E经开关V向电感L1贮能。☞V关断时，L1－VD－C1构成振荡回路，L1的能量转移至C1，能量全部转移至C1上之后，VD关断，C1经L2向负载供电。◆输入输出关系为*20■两种电路具有相同的输入输出关系，Sepic电路中，电源电流连续但负载电流断续，有利于输入滤波，反之，Zeta电路的电源电流断续而负载电流连续；两种电路输出电压为正极性的。Zeta斩波电路■Sepic斩波电路◆工作原理☞V导通时，E—L1—V回路和C1—V—L2回路同时导电，L1和L2贮能。☞V关断时，E—L1—C1—VD—负载回路及L2—VD—负载回路同时导电，此阶段E和L1既向负载供电，同时也向C1充电（C1贮存的能量在V处于通态时向L2转移）。◆输入输出关系*21Sepic斩波电路EUo1EEtTtEttUononoffono1