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(shí)現(xiàn)直流電能的變換， 對(duì)直流電的電壓或電流進(jìn)行控制。 按照輸入電壓與輸出電壓之間的關(guān)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(duì)它們的工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹 一降壓斬波電路降壓斬波（BUCK、電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如1-1所示Uo1分析在開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)，電路的動(dòng)態(tài)工作過(guò)程。圖1-1中實(shí)線部分表示開(kāi)關(guān)器 件導(dǎo)通時(shí)的回路，虛線部分表示器件關(guān)斷時(shí)的續(xù)流回路。在續(xù)流過(guò)程中，根據(jù)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(dòng)態(tài)工作過(guò)程如圖1-2所示。UiUoa） S導(dǎo)通時(shí)等效電路#b） S關(guān)斷，讓工0時(shí)等效電路RUoc） S關(guān)斷，h=0時(shí)等效電路圖1-2 BUCK電路動(dòng)態(tài)工作過(guò)程#在工作過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(shí)波形b）電感電流斷續(xù)時(shí)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(shí)，有（Ui -Uo）D-U°（1-D）=0（ 1-1）化簡(jiǎn)可得U ° 二 DU i（1-2）b）電

3、感電流斷續(xù)時(shí)，有（Ui -U°）D -U。十0（ 1-3）化簡(jiǎn)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2-1所示。Uo圖2-1 BOOST電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在圖2-1中，實(shí)線部分表示開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)的回路，虛線部分表示開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷時(shí)的 回路，由此可以得到升壓斬波電路的動(dòng)態(tài)工作過(guò)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(guān)斷，ii_z 0時(shí)等效電路c) S關(guān)斷，ii_=0時(shí)等效電路圖2-2 BOOST電路動(dòng)態(tài)工作過(guò)程分析升壓斬波電路的動(dòng)態(tài)工

4、作過(guò)程，可以得到電路中電感兩端的電壓和流過(guò)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(jù)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(shí)，有UiD （5 U°）（1D）=0（ 2-1）化簡(jiǎn)可得1U oU i（2-2）1 - Db）電感電流斷續(xù)時(shí)，有UiD （5 -U。）i =0（2-3）化簡(jiǎn)可得1Uo廠Ui（ 2-4）1 D ：1由此可以看出，電感電流斷續(xù)時(shí)，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?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖

5、 3-1所示。Ui圖3-1 BUCK-BOOST 電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖3-1中，實(shí)線部分表示開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)的回路， 虛線部分表示開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷時(shí)的回 路，由此可以得到升壓斬波電路的動(dòng)態(tài)工作過(guò)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(guān)斷，Il* 0時(shí)等效電路c) S關(guān)斷，=0時(shí)等效電路圖3-2 BUCK-BOOST電路動(dòng)態(tài)工作過(guò)程同樣地分析BUCK-BOOST斬波電路的工作過(guò)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(shí)，有#SD#SD(3-1)化簡(jiǎn)可得U°Ei(3-2)#SDb）電感電流斷續(xù)時(shí)，有#SD#SDUiD _Uo 訂=0(3-3)化簡(jiǎn)可得(3-4)由此可以看出，電感電流斷續(xù)時(shí),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?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4-1所示。9Uo#圖4-1中，實(shí)線部分表示開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)的回路， 虛線部分表示開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷時(shí)的回 路，由此可以得到升壓斬波電路的動(dòng)態(tài)工作過(guò)程。 這里重點(diǎn)分析電感電流連續(xù)時(shí)的等效電 路，如圖4-2所示。圖4-2電感電流連續(xù)時(shí)Cuk電路動(dòng)態(tài)工作過(guò)程當(dāng)電容Ci足夠大，uci的脈動(dòng)很小，可以認(rèn)為uc

7、iUci，由此可以得到電路工作時(shí), 電感兩端的電壓和流過(guò)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(shí)，有(4-1)UiD (5 -Uci)(1-D) =0 (Uci -U0)D -U°(1-D) =0化簡(jiǎn)可得(4-2)Uo D Ui1 - Db) 電感電流斷續(xù)時(shí)，有(4-3)UiD (Ui -Uci)十0(Uci -Uo)D-Uo 2 =0化簡(jiǎn)可得(4-4)1L1 - D由此可以看出，電感電流斷續(xù)時(shí)，Cuk斬波電路的輸出電壓也增大。一般

8、的情況下,取兩個(gè)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5-1所示。Uo圖5-1 Sepic電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)#圖5-1中，實(shí)線部分表示開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)的回路，虛線部分表示開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷時(shí)的回路,由此可以得到升壓斬波電路的動(dòng)態(tài)工作過(guò)程這里重點(diǎn)分析電感電流連續(xù)時(shí)的等效電路,圖5-2電感電流連續(xù)時(shí)如圖5-2所示。IliCi+OUiI L2l_2C2Uob) S關(guān)斷時(shí)等效電路Sepic電路動(dòng)態(tài)工作過(guò)程#類似于Cuk斬波電路，當(dāng)電容 C1足夠大，UC1的脈動(dòng)很小，可以認(rèn)為UC1UC1，由5-3所示。此可以得到Sepic電路工作時(shí)，電感兩端的

9、電壓和流過(guò)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(shí)，有UiD (Ui-Ud -U°)(1-D)=0ciD U°(1-D) =0(5-1)化簡(jiǎn)可得b）電感電流斷續(xù)時(shí)，有Uo 唸Ui(5-2)UiD (Ui -Uci -U。) ：i=0-UciD -U。I =0化簡(jiǎn)可得-DUi(5-3)(5-4)由此可以看出，電感電流斷續(xù)時(shí)，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?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖6-1所示圖6-1 Zeta電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)15#圖6-1中，實(shí)線部分

10、表示開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)的回路， 虛線部分表示開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷時(shí)的回 路，由此可以得到升壓斬波電路的動(dòng)態(tài)工作過(guò)程。 這里重點(diǎn)分析電感電流連續(xù)時(shí)的等效電 路，如圖6-2所示。LiClI LiIL2C2Uoa) S導(dǎo)通時(shí)等效電路圖6-2電感電流連續(xù)時(shí)Zeta電路動(dòng)態(tài)工作過(guò)程類似于Cuk斬波電路，當(dāng)電容 Ci足夠大，uci的脈動(dòng)很小，可以認(rèn)為uciUC1，由 此可以得到Zeta電路工作時(shí)，電感兩端的電壓和流過(guò)電感的電流的波形如圖6-3所示。UL1iL1UL2iL2b)電感電流斷續(xù)時(shí)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(shí)，有UiD Ud(1-D) =0(Ui -Ud -U°)D -Uo(1-D) =0化簡(jiǎn)可得u。 D Ui1 -Db) 電感電流斷續(xù)時(shí)，有UiD Uci i =0(Ui -Uci -Uo)D-U。J =0化簡(jiǎn)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(shí)，Zeta斬波電路的輸出電壓也增大七總結(jié)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(guò)程和輸出電壓。 其中，BUC