1、安陽師范學(xué)院課程實(shí)踐報(bào)告書電力電子課程實(shí)踐直流升壓斬波電路作者 系（院） 物理與電氣工程學(xué)院 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化（專升本） 年級(jí) 2014級(jí) 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 日期 2014 摘要直流斬波電路作為將直流電變成另一種固定電壓或可調(diào)電壓的DC-DC變換器,在直流傳動(dòng)系統(tǒng)、充電蓄電電路、開關(guān)電源、電力電子變換裝置及各種用電設(shè)備中得到普通的應(yīng)用.隨之出現(xiàn)了諸如降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、復(fù)合斬波電路等多種方式的變換電路.直流斬波技術(shù)已被廣泛用于開關(guān)電源及直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中，使其控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)、節(jié)約電能的效果。全控型電力電子器件IGBT在牽引電傳動(dòng)電能傳輸與變換、有源濾波等

2、領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：直流；升壓斬波；IGBT目 錄摘要11 升壓斬波電路31.1 升壓斬波電路的基本原理31.2 斬波電路的控制方式42.升壓斬波電路的典型應(yīng)用53 結(jié)果分析94 小結(jié)10參考文獻(xiàn)111 升壓斬波電路1.1 升壓斬波電路的基本原理升壓斬波電路（Boost Chopper）的原理及工作波形如圖1-1所示。該電路中也是一個(gè)全控型器件。圖1-1直流升壓斬波電路原理圖首先假設(shè)電路中電感L值很大，電容C值也很大，當(dāng)可控開關(guān)V處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，充電電流基本恒定為I1，同時(shí)電容C上的電壓向負(fù)載R供電，因C值很大，基本保持輸出電壓uo為恒定值。記為U0 。設(shè)V處于通態(tài)的

3、時(shí)間為ton ,此階段電感L上積蓄的能量為EI1ton。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，電源E和電感L同時(shí)向電容C充電并向負(fù)載提供能量。設(shè)V處于斷態(tài)的時(shí)間為toff ,則此期間電感L釋放能量為:(U0 -E)I1toff。當(dāng)電路工作與穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中電感L積蓄能量與釋放能量相等，即 EI1ton=(U0 -E)I1toff (1-1)化簡(jiǎn)得 U0 = ( ton + toff /toff ) E= ( T /toff ) E (1-2)式中 T /toff = 1 ，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路升壓斬波電路。也有的文獻(xiàn)中采用英文名稱，稱之為boost變換器（ Boost Converter ）。式（1

4、-2）T /toff 中表示升壓比，調(diào)節(jié)其大小，即可改變輸出電壓 U0 的大小，將升壓比的倒數(shù)記作，即=toff/T 。則和導(dǎo)通占空比a，有如下關(guān)系： a + =1 (1-3)因此，式(1-2)可表示為 U0 =(1/ )E=E/1-a (1-4)升壓斬波電路之所以能使輸出電壓高于電源電壓，關(guān)鍵有兩個(gè)原因:一是電感L儲(chǔ)能之后具有使電壓泵升的作用，二是電容C可將輸出電壓保持住。在以上分析中，認(rèn)為V處于通態(tài)期期因電容C的作用使得輸出電壓U0 不變，但實(shí)際上C值不可能為無窮大，在此階段其向負(fù)載放電，U0 必然會(huì)有所下降，故實(shí)際輸出電壓會(huì)略低于式(1-4)理論所得結(jié)果，不過，在電容C值足夠大時(shí)，誤差很

5、小，基本可以忽略。如果忽略電路中的損耗，則有電源提供的能量?jī)H由負(fù)載R消耗，即 EI1= U0 IO (1-5)該式表明，與降壓斬波電路一樣，升壓斬波電路也可看成是直流變壓器。根據(jù)電路結(jié)構(gòu)并結(jié)合式（1-4）得出點(diǎn)開流的平均值Io為 IO=U0/R= E/R (1-6)由式（1-5）即可得出電源電流I1為 I1=U0 IO /E=E/2R （1-7）1.2 斬波電路的控制方式根據(jù)對(duì)輸出電壓平均值進(jìn)行調(diào)制的方式不同，斬波電路可有三種控制方式：1） 保持開關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton。稱為脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation ,PWM 或脈沖調(diào)寬型。2） 保持開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間

6、ton不變，改變開關(guān)周期T,稱為頻率調(diào)制或調(diào)頻型。3） Ton和T都可調(diào)，是占空比改變，稱為混合型。其中第一種方式應(yīng)用最多。2.升壓斬波電路的典型應(yīng)用圖2-1用于直流電動(dòng)機(jī)回饋能量的升壓斬波電路圖通常用于直流電動(dòng)機(jī)再生制動(dòng)時(shí)把電能回饋給直流電源，由于實(shí)際電路中電感L值不可能為無窮大，因此該電路和降壓斬波電路一樣，也有電動(dòng)機(jī)電樞電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作狀態(tài)。還需要說明的是，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)相當(dāng)于圖2-1中的電源，而此時(shí)直流電源相當(dāng)于圖2-1電路中的負(fù)載。由于直流電源的電壓基本是恒定的，因此不必并聯(lián)電容器。用于直流電動(dòng)機(jī)回饋能量的升壓斬波電路波形如圖2-2，2-3所示。圖2-2電流連續(xù)升壓斬波電

7、路波形圖2-3電流斷續(xù)升壓斬波電路波形根據(jù)圖形分析，當(dāng)可控開關(guān)V處于通態(tài)時(shí)，設(shè)電動(dòng)機(jī)電樞電流為i1，得下式 Ldi1/dt+Ri1=Em (2-1)式中，R為電動(dòng)機(jī)電樞回路電阻與線路電阻之和。設(shè)i1的初值為I10 ,解上式得 i1=I10 +EM(1-)/R (2-2)當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，設(shè)電動(dòng)機(jī)電樞電流為i2，得下式 Ldi2/dt+Ri2=EM-E (2-3)設(shè)i的初值為I，解上式得 i2=I20/-E-Em(1-)/R (2-4)當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，從2-2圖的電流波形圖可以看出，t=ton式刻i1=I20，t=T時(shí)刻i2=I10,由此可得 (2-5) (2-6)由以上兩式可得 （2-7） （2-

8、8）與降壓斬波電路一樣，把上面兩式用泰勒級(jí)數(shù)線性近似，得 （2-9）該式表示了L值為無窮大時(shí)電樞電流的平均值Io，即 （2-10）該式表明，以電動(dòng)機(jī)一側(cè)為基準(zhǔn)看，可將直流電源看作是被降低到了。樞電流斷續(xù)時(shí)的波形圖如2-3所示當(dāng)t=0時(shí)，i1=I10=0，令式(2-5)中I10=0即可求出I20，進(jìn)而可寫出i2的表達(dá)式。另外，當(dāng)t=t 2時(shí)，i2=0，可求的i2持續(xù)的時(shí)間tx，即 (2-11)當(dāng)txtoff時(shí)，電路為電流斷續(xù)工作狀態(tài)，txtoff是電流斷續(xù)的條件，即 （2-12）根據(jù)此式可對(duì)電路的工作狀態(tài)作出判斷。3 結(jié)果分析從計(jì)算公式中分析得出：1)占空比越大負(fù)載輸出電壓越大，調(diào)節(jié)時(shí)間越長(zhǎng)；2

9、)電容C值越大峰值時(shí)間越大，第一個(gè)峰值越大； 3)電感L值越大峰值時(shí)間越大，調(diào)節(jié)時(shí)間越大。4 小結(jié)經(jīng)過了這次的課程設(shè)計(jì)，使我得到了很多的心得體會(huì)，這次設(shè)計(jì)加深了我對(duì)這門課程的了解，以前總是覺得理論結(jié)合不了實(shí)際，但通過這次設(shè)計(jì)使我認(rèn)識(shí)到了理論結(jié)合實(shí)際的重要性。但由于我知識(shí)的限制，設(shè)計(jì)還有很多不足之處，希望老師指出并教導(dǎo)。現(xiàn)在我們所使用到能源中電能占了很大的比重，它具有成本低廉，輸送方便，綠色環(huán)保，控制方便能很容易轉(zhuǎn)換成其他的信號(hào)等等。我們的日常生活已經(jīng)離不開電了。在如今高能耗社會(huì)，合理的利用電能，提高電能品質(zhì)和用電效率成為了全球研究的當(dāng)務(wù)之急。而電力電子技術(shù)正是與這一主題相關(guān)聯(lián)的。直流升壓斬波電

10、路是里面的一部分，它開關(guān)電源，與線性電源相比，具有綠色效率高，控制方便，智能化，易實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。這次課程設(shè)計(jì)是對(duì)我們所學(xué)內(nèi)容的一次復(fù)習(xí)與拓展，它要求我們掌握仿真電力電子器件(由于條件有限暫無仿真步驟)。通過單相全控橋式整流電路的設(shè)計(jì)，使我加深了對(duì)整流電路的理解，對(duì)于一個(gè)電路的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)該對(duì)它的理論知識(shí)很了解，這樣才能設(shè)計(jì)出性能好的電路。整流電路中，開關(guān)器件的選擇和觸發(fā)電路的選擇是最關(guān)鍵的，開關(guān)器件和觸發(fā)電路選擇的好，對(duì)整流電路的性能指標(biāo)影響很大。在這次學(xué)習(xí)的過程中，也許過程比較緊張和費(fèi)神，但是當(dāng)最終的結(jié)果出現(xiàn)在我面前的時(shí)候卻是一種難得的喜悅，這是一種我們平時(shí)難以獲得的體會(huì)。我們應(yīng)該正視課程設(shè)計(jì)，好好的利用課設(shè)提升自己本身的知識(shí)水平。 參考文獻(xiàn)1王兆安,黃俊.電力電子技術(shù)M.4版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000.2尹克寧.電力工程M.北京：中國電力出版社，2008.3黃俊，王兆安.電力電子交流技術(shù)M.3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.4王兆安.電力電子技術(shù)是電能質(zhì)量控制的重要手段J.電力電子技術(shù)，20045陳治明.電力電子器件基礎(chǔ)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.6張立，黃兩