直流斬波電路工作原理分析

1、直流斬波電路工作原理分析直流斬波電路的主要是實現(xiàn)直流電能的變換， 對直流電的電壓或電流進行控制。 按照輸入電壓與輸出電壓之間的關系，可以分為六種不同的形式，分別為降壓斬波電路（BUCK）、升壓斬波電路（BOOST）、升降壓斬波電路（BUCK-BOOST ）、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路。下面分別對它們的工作原理進行簡單的介紹 一降壓斬波電路降壓斬波（BUCK、電路的拓撲結構圖如1-1所示Uo1分析在開關器件導通和關斷時，電路的動態(tài)工作過程。圖1-1中實線部分表示開關器 件導通時的回路，虛線部分表示器件關斷時的續(xù)流回路。在續(xù)流過程中，根據電感中的電 流的不同分為，電感電流

2、連續(xù)（CCM、和斷續(xù)（DCM、兩種情況。由此可以得到降壓斬 波電路的動態(tài)工作過程如圖1-2所示。UiUoa） S導通時等效電路#b） S關斷，讓工0時等效電路RUoc） S關斷，h=0時等效電路圖1-2 BUCK電路動態(tài)工作過程#在工作過程中，驅動信號以及電感上的電壓和電流波形如圖1-2所示。#a）電感電流連續(xù)時波形b）電感電流斷續(xù)時波形圖1-3 BUCK電路的工作原理圖由電感器件的伏秒平衡原理，可以得出在電流連續(xù)和斷續(xù)兩種情況下，BUCK斬波電路的輸出電壓。a）電感電流連續(xù)時，有（Ui -Uo）D-U°（1-D）=0（ 1-1）化簡可得U ° 二 DU i（1-2）b）電

3、感電流斷續(xù)時，有（Ui -U°）D -U。十0（ 1-3）化簡可得UoUi（ 1-4）D +乞由此可以看出，電感電流斷續(xù)情況下的輸出電壓更高。二升壓斬波電路升壓斬波（BOOST）電路的拓撲結構如圖2-1所示。Uo圖2-1 BOOST電路拓撲結構在圖2-1中，實線部分表示開關器件導通時的回路，虛線部分表示開關器件關斷時的 回路，由此可以得到升壓斬波電路的動態(tài)工作過程如圖 2-2所示。其中，也分為電感電流 連續(xù)和不連續(xù)兩種狀態(tài)。Ui» LIiCRUob) S關斷，ii_z 0時等效電路c) S關斷，ii_=0時等效電路圖2-2 BOOST電路動態(tài)工作過程分析升壓斬波電路的動態(tài)工

4、作過程，可以得到電路中電感兩端的電壓和流過電感的電 流波形如圖2-3所示。同樣類似于BUCK電路，可分為連續(xù)和斷續(xù)兩種情況。3SD圖2-3 BOOST電路的工作原理圖同樣地根據電感器件的伏秒平衡原理，可以分別得到在電感電流斷續(xù)和連續(xù)的情況下，BOOST電路的輸出電壓。a）電感電流連續(xù)時，有UiD （5 U°）（1D）=0（ 2-1）化簡可得1U oU i（2-2）1 - Db）電感電流斷續(xù)時，有UiD （5 -U。）i =0（2-3）化簡可得1Uo廠Ui（ 2-4）1 D ：1由此可以看出，電感電流斷續(xù)時，BOOST電路的輸出電壓也增大。三.升降壓斬波電路升降壓斬波電路的拓撲結構如圖

5、 3-1所示。Ui圖3-1 BUCK-BOOST 電路拓撲結構圖3-1中，實線部分表示開關器件導通時的回路， 虛線部分表示開關器件關斷時的回 路，由此可以得到升壓斬波電路的動態(tài)工作過程如圖 3-2所示。其中，也分為電感電流連 續(xù)和不連續(xù)兩種狀態(tài)。IlUoIoUoIoUob) S關斷，Il* 0時等效電路c) S關斷，=0時等效電路圖3-2 BUCK-BOOST電路動態(tài)工作過程同樣地分析BUCK-BOOST斬波電路的工作過程，可以得到電感上的電壓和電流波形 如圖3-3所示。7SD圖 3-3 BUCK-BOOST電路的工作原理圖#SD#SD由伏秒平衡原理可得電感電流連續(xù)和斷續(xù)的輸出電壓，且其極性與

6、輸入相反。a）電感電流連續(xù)時，有#SD#SD(3-1)化簡可得U°Ei(3-2)#SDb）電感電流斷續(xù)時，有#SD#SDUiD _Uo 訂=0(3-3)化簡可得(3-4)由此可以看出，電感電流斷續(xù)時,BUCK-BOOST斬波電路的輸出電壓也增大#SD四.Cuk斬波電路Cuk斬波電路的拓撲結構如圖4-1所示。9Uo#圖4-1中，實線部分表示開關器件導通時的回路， 虛線部分表示開關器件關斷時的回 路，由此可以得到升壓斬波電路的動態(tài)工作過程。 這里重點分析電感電流連續(xù)時的等效電 路，如圖4-2所示。圖4-2電感電流連續(xù)時Cuk電路動態(tài)工作過程當電容Ci足夠大，uci的脈動很小，可以認為uc

7、iUci，由此可以得到電路工作時, 電感兩端的電壓和流過電感的電流的波形如圖4-3所示。圖4-3 Cuk電路的工作原理圖由電感器件的伏秒平衡原理，可得電感電流斷續(xù)和連續(xù)情況下，Cuk斬波電路的輸出 電壓，而且輸出與輸入的極性相反。a) 電感電流連續(xù)時，有(4-1)UiD (5 -Uci)(1-D) =0 (Uci -U0)D -U°(1-D) =0化簡可得(4-2)Uo D Ui1 - Db) 電感電流斷續(xù)時，有(4-3)UiD (Ui -Uci)十0(Uci -Uo)D-Uo 2 =0化簡可得(4-4)1L1 - D由此可以看出，電感電流斷續(xù)時，Cuk斬波電路的輸出電壓也增大。一般

8、的情況下,取兩個電感L1和L2的值相等，而且電感工作在電流連續(xù)狀態(tài)。五.Sepic斬波電路13#Sepic斬波電路的拓撲結構如圖5-1所示。Uo圖5-1 Sepic電路拓撲結構#圖5-1中，實線部分表示開關器件導通時的回路，虛線部分表示開關器件關斷時的回路,由此可以得到升壓斬波電路的動態(tài)工作過程這里重點分析電感電流連續(xù)時的等效電路,圖5-2電感電流連續(xù)時如圖5-2所示。IliCi+OUiI L2l_2C2Uob) S關斷時等效電路Sepic電路動態(tài)工作過程#類似于Cuk斬波電路，當電容 C1足夠大，UC1的脈動很小，可以認為UC1UC1，由5-3所示。此可以得到Sepic電路工作時，電感兩端的

9、電壓和流過電感的電流的波形如圖#圖5-3 Sepic電路的工作原理圖由電感器件的伏秒平衡原理，可得電路的輸出電壓，而且輸出與輸入極性相同a）電感電流連續(xù)時，有UiD (Ui-Ud -U°)(1-D)=0ciD U°(1-D) =0(5-1)化簡可得b）電感電流斷續(xù)時，有Uo 唸Ui(5-2)UiD (Ui -Uci -U。) ：i=0-UciD -U。I =0化簡可得-DUi(5-3)(5-4)由此可以看出，電感電流斷續(xù)時，Sepic斬波電路的輸出電壓也增大。六.Zeta斬波電路Zeta斬波電路的拓撲結構如圖6-1所示圖6-1 Zeta電路拓撲結構15#圖6-1中，實線部分

10、表示開關器件導通時的回路， 虛線部分表示開關器件關斷時的回 路，由此可以得到升壓斬波電路的動態(tài)工作過程。 這里重點分析電感電流連續(xù)時的等效電 路，如圖6-2所示。LiClI LiIL2C2Uoa) S導通時等效電路圖6-2電感電流連續(xù)時Zeta電路動態(tài)工作過程類似于Cuk斬波電路，當電容 Ci足夠大，uci的脈動很小，可以認為uciUC1，由 此可以得到Zeta電路工作時，電感兩端的電壓和流過電感的電流的波形如圖6-3所示。UL1iL1UL2iL2b)電感電流斷續(xù)時波形圖6-3 Zeta電路的工作原理圖由電感器件的伏秒平衡原理，可得電路的輸出電壓，且輸出和輸入極性相同a) 電感電流連續(xù)時，有UiD Ud(1-D) =0(Ui -Ud -U°)D -Uo(1-D) =0化簡可得u。 D Ui1 -Db) 電感電流斷續(xù)時，有UiD Uci i =0(Ui -Uci -Uo)D-U。J =0化簡可得(5-1)(5-2)(5-3)(5-4)Id由此可以看出，電感電流斷續(xù)時，Zeta斬波電路的輸出電壓也增大七總結由以上六種直流斬波電路的工作情況分析， 可以得出電路具體的工作過程和輸出電壓。 其中，BUC