1、斬波的應用及其重要性電子電力技術課程論文-電子電力技術斬波的應用及其重要性學生姓名： 刪掉加你的 學 號： 學 院： chachachachacahc學院 專業年級： 2007級某某某一班題 目：電子電力技術中斬波電路的應用及其重要性指導教師： moumoumou老師完成時間： 2010年 12月 18日電子電力技術斬波的應用及其重要性你的名字（湖南 長沙 某某某大學 某某某學院 07材料化學 410002）摘要：電力電子電路的基本作用是進行電能的變換與控制，即將一定形式的輸入電能變換成另外一種形式的電能輸出，從而滿足不同負載的要求。電能的形式可以分為交流和直流兩種類型，因此根據輸入、輸出的不

2、同形式，可將電力電子電路分為四大類型，即ACDC變換器、DCAC變換器、DCDC變換器、ACAC變換器，本文主要介紹其中的DCDC變換器，有時也稱為直流斬波器。本文主要敘述了斬波的概念、基本原理、電路原理以及它的應用。關鍵詞： 斬波；斬波器；降壓式變換器；升壓式變換器前言：斬波（Chopper），將直流電變為另一固定電壓或可調電壓的直流電，也稱為直流-直流變換器（DC/DC Converter）。一般指直接將直流電變為另一直流電，不包括直流交流直流。斬波簡介：直流斬波電路（DC Chopper）種類： 有6種基本斬波電路：降壓斬波電路、升壓斬波電路、 升降壓斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic

3、斬波電路和Zeta斬波電路。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調制方式，Ts（周期）不變，改變Ton（通用，Ton為開關每次接通的時間），二是頻率調制方式，Ton不變，改變Ts（易產生干擾）。 一、 斬波器的基本原理：直流斬波器乃利用功率組件對固定電壓之電源做適當之切割以達成負載端電壓改變之目的。若其輸出電壓較輸入之電源電壓低，則稱為降壓式(Buck )直流斬波器，若其輸出電壓較輸入之電源電壓高，則稱為升壓式(Boost)直流斬波器；當直流斬波器導通(Ton)時，負載端之電壓Vo等于電源電壓Vs，當直流斬波器截止(Toff)時，負載端之電壓Vo為0， 如此適當的控制直流斬波器可使直流電源斷續的出

4、現在負載測，只要控制直流斬波器的導通時間，即 可改變負載的平均電壓。 由圖(b)可看出輸出電壓之峰值等于電源電壓Vs，而輸出電壓之平均值Vo隨Ton之時間而變。而最常見之改變方式為 1.周期T固定，導通時間Ton改變，稱脈波寬度調變。2.導通時間Ton固定，周期T改變，稱頻率調變。 3.周期T及導通時間Ton 同時改變，即波寬調變及頻率調變混合使用。在實際應用中，因直流斬波器常需在負載端接上濾波電感及濾波電容，若頻率改變過大對電感及電容影響大，因此多數采用脈波寬度調變。 直流斬波器依負載電壓及負載電流極性來區分可分為下列三種1. 單象限直流斬波器。2. 兩象限直流斬波器。3. 四象限直流斬波器

5、。 (1 ) 最基本的斬波電路如圖1所示，斬波器負載為R。當開關S合上時，UOUT=UR=UIN，并持t1時間。當開關切斷時UOUTUR0，并持續莎2時間，Tt1t2為斬波器的工作周期，斬波器的輸出波形如圖1（b）所示。定義斬波器的占空比Dt1T，t1，為斬波器導通時間，T為通斷周期。通常斬波器的工作方式有兩種：一是脈寬調制工作方式，即維持t1不變，改變T；二是脈頻調制工作方式，即維持T不變，改變t1。當占空比D從0變到1時，輸出電壓的平均值從零變到UIN，其等效電阻也隨著D而變化。圖1 降壓斬波電路原理（2）降壓式變換器：如圖2所示的直流變換器在使用時的輸出紋波較大，為降低輸出紋波，可在輸出

6、端接入電感L、電容C，如圖2所示。圖中的VD1為續流二極管。降壓（Buck）式變換器的輸出電壓平均值UOUT總是小于輸入電壓UIN。電路中通過電感的電流（iL）是否連續，取決于開關頻率、濾波電感L和電容C的數值。圖2 降壓式（Buck）變換器當電路工作頻率較高時，若電感和電容量足夠大并為理想元件，則電路進入穩態后，可以認為輸出電壓為常數。當晶體管VT1導通時，電感中的電流呈線性上升，因而有式中，ton為晶體管導通時間；iOUT（max）為輸出電流的最大值；iOUT（min）為輸出電流的最小值；ion為晶體管導通時間內的輸出電流變量。當晶體管截止時，電感中的電流不能突變，電感上的感應電動勢使二極

7、管導通，這時式中，toff為晶體管截止時間；ioff為晶體管截止時間內的輸出電流變量。在穩態時式中，i為輸出電流變量。因為電感濾波保持了直流分量，消除了諧波分量，故輸出電流平均值為式中，R為負載電阻。（3）升壓式變換器圖3為升壓式DCDC變換器，它由功率晶體管VT1、儲能電感L、二極管VD1及濾波電容C組成。當功率晶體管導通時，電源向電感儲能，電感電流增加，感應電動勢為左正右負，負載Z由電容C供電。當VT1截止時，電感電流減小，感應電動勢為左負右正，電感釋放能量，與輸人電壓一起順極性經二極管向負載供電，并同時向電容充電。這樣就把低壓直流變換成了高壓直流。在電感電流連續的條件下，電路工作于如圖3

8、（b）所示的兩種狀態。圖3 升壓式（Boost）DCDC變換器當晶體管導通、二極管截止（即0tt1）期間，t10DT。t0時刻，VT1導通，電感中的電流按直線規律上升，UINLIt1。當晶體管由導通變為截止（即t1tT）期間，電感電流不能突變，電感上產生的感應電動勢會迫使二極管導通，此時則 式中，I為輸入電流變量。將t1DT，t2（1 D）T代入上式，則求得Boost DCDC變換器是一個升壓斬波器。當D從0趨近于1時，UOUT從UIN變到任意大。同理可求得輸入電流式中，I 為輸入電流；f 為開關轉換頻率。若忽略負載電流脈動，那么在0，t1期間，電容上泄放的電荷量反映了電容峰-峰電壓的脈動量，

9、即輸出電壓Uo的脈動量。斬波的應用及重要性：直流斬波器是一種把一定形式的直流電壓變換成負載所需的直流電壓的變流裝置。它通過周期性地快速開通、關斷，把輸入電壓斬成一系列的脈沖電壓，改變脈沖列的脈沖寬度或頻率可以調節輸出電壓的平均值，因此直流斬波器的基本作用是進行直流電壓的變換，即調壓作用。 直流斬波器除了可以調節直流電壓外，還可以進行調阻和調磁。由直流斬波器和一個固定電阻相并聯，通過直流斬波器的斬波作用，可以調節并聯等效電阻的阻值，這一過程稱為調阻。若將直流斬波器串聯在電機的勵磁回路中，通過斬波作用調節勵磁電流，從而調節電機的磁場大小，這一過程稱為調磁。因此，直流斬波器具有調壓、調阻和調磁的作用

10、。由于直流斬波器具有調壓、調磁等作用，因此它的應用領域之一是直流電機的調速。直流電機的轉速取決于電樞電壓及磁場的大小，通過直流斬波器的調壓作用，可以調節電機的電樞電壓，達到調速的目的。另外，通過直流斬波器的調磁作用，可以調節電機的磁場及勵磁電流，也可以達到調速的目的。直流電機調速在地鐵、城市無軌電車、電動汽車等運輸車輛上得到了廣泛的應用。 直流斬波器的另一應用領域是直流供電電源。在各種應用場合中，不同用電設備所需要的直流供電電壓的等級不同，采用直流斬波器可以將單一的、不穩定的直流輸入電壓變換成負載所需要的穩定的、不同電壓等級的直流供電電壓，因為直流斬波器工作在開關狀態，因此這種類型的直流供電電源也稱為開關電源。開關電源在計算機、通信等各個領域也得到了廣