大工20秋《电力电子技术》复习资料十一
电力电子技术辅导资料十一主 题：第四章直流变换电路（第1节）学习时间：2020年6月8日--6月14日
“不忘初心、牢记使命”主题理论学习：
信仰、信念、信心，任何时候都至关重要。小到一个人、一个集体，大到一个政党、一个民族、一个国家，只要有信仰、信念、信心，就会愈挫愈奋、愈战愈勇，否则就会不战自败、不打自垮。无论过去、现在还是将来，对马克思主义的信仰，对中国特色社会主义的信念，对实现中华民族伟大复兴中国梦的信心，都是指引和支撑中国人民站起来、富起来、强起来的强大精神力量。
摘选自《在庆祝改革开放40周年大会上的讲话》习近平《论全面深化改革》
内 容：一、本周知识点及重难点分布
表11-1 本周知识点要求掌握程度一览表
序号
学习知识点
要求掌握程度
本周难点
了解
熟悉理解
掌握
1
基本斩波电路概述
★
2
降压斩波电路（Buck电路）
★
3
升压斩波电路（Boost电路）
★
4
升降压斩波电路（Buck-Boost电路）
★
5
Cuk斩波电路
★
6
Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
★
二、知识点详解
【知识点1】基本斩波电路概述
直流变换电路DC-DC：将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。
分类：
①直接直流变换电路：斩波电路（DC Chopper）输入与输出之间不隔离
②间接直流变换电路：直流-交流-直流变换电路
应用：直流电动机传动、开关电源、单相功率因数校正、软开关技术。
电路种类：6种基本斩波电路：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路、Zeta斩波电路。
复合斩波电路：不同结构基本斩波电路组合；多相多重斩波电路：相同结构基本斩波电路组合。
三种控制方式：
①脉冲宽度调制PWM或脉冲调宽型：保持开关周期不变，调节开关导通时间。
②频率调制PFM或调频型：保持开关导通时间不变，改变开关周期。
③混合型：和都可调，改变占空比。
（a）电路图 （b）工作波形
图11-1 最基本的斩波电路的电路图和工作波形
输出电压的平均值：
【知识点2】降压斩波电路（Buck电路）
（a）电路
（b）电流连续时的工作波形 （c）电流断续时的工作波形
图11-2 降压斩波电路的电路图和工作波形
1、工作原理
，驱动V导通，，按指数曲线上升；，V关断，VD续流，近似为零，呈指数曲线下降。
L值大，脉动小，电流连续；L较小，电流断续，被抬高。
2、数量关系（电流连续）
负载电压的平均值：
由于，占空比，
负载电流平均值：
忽略电路中所有元件的能量损耗，
设L为无穷大,电流恒定，，故有：，相当于直流降压变压器。
【知识点3】升压斩波电路（Boost电路）
（a）电路图 （b）工作波形
图11-3 升压斩波电路的电路图和工作波形
1、工作原理
V通，向L充电，C向负载供电，恒定，L储存能量：；V断，和L同时向C充电，向负载提供能量，L释放能量：。
2、数量关系
L储存能量：；L释放能量：
稳态时，一个周期中，
化简得：
由于，，化简得：
升压斩波电路电压升高的原因：①电感 L 储能使电压泵升的作用；②电容 C 可将输出电压保持住
忽略电路中所有元件的能量损耗，，故有：，相当于直流升压变压器。
【知识点4】升降压斩波电路（Buck-Boost电路）
（a）电路图 （b）工作波形
图11-4 升降压斩波电路的电路图和工作波形
V通，经V向L供电使其贮能，电流为，C维持输出电压恒定并向负载R供电；V断，L的能量向负载释放，电流为，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反。
稳态时，一个周期内L两端电压对时间的积分为零，，有：
，所以可得输出电压：
当占空比时，；当占空比时，。平均值分别为和。
当电流脉动足够小时，，可得：
假设电路没有损耗，，可看做是直流变压器。
【知识点5】Cuk斩波电路
（a）电路图 （b）工作波形
图11-5 Cuk斩波电路的电路图和工作波形
V通态，VD反偏而截止，，；V断态，VD正偏而导通，,
。
平均值：；L1电压平均值为零：
平均值：，所以：
与关系：
Cuk斩波电路属于升降压型电路。
【知识点6】Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
（a）Sepic斩波电路 （b）Zeta斩波电路
图11-6 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
1、Sepic斩波电路
V通态，—L1—V回路和C1—V—L2回路同时导电，L1和L2贮能。
V断态，—L1—C1—VD—负载回路及L2—VD—负载回路同时导电，和L1既向负载供电，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：
2、Zeta斩波电路V通，E经V向L1贮能。
V断后，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：三、重要理论
1、直流变换电路DC-DC定义（知识点1）
将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。
2、直流变换电路分类 （知识点1）
①直接直流变换电路：斩波电路（DC Chopper）输入与输出之间不隔离
②间接直流变换电路：直流-交流-直流变换电路
3、直流变换电路三种控制方式（知识点1）
①脉冲宽度调制PWM或脉冲调宽型：保持开关周期不变，调节开关导通时间。
②频率调制PFM或调频型：保持开关导通时间不变，改变开关周期。
③混合型：和都可调，改变占空比。
4、降压斩波电路（Buck电路）数量关系（电流连续） （知识点2）
负载电压的平均值：
负载电流平均值：
5、升压斩波电路（Boost电路）数量关系（知识点3）
L储存能量：；L释放能量：
稳态时，一个周期中，
化简得：
6、升压斩波电路电压升高的原因（知识点3）
①电感 L 储能使电压泵升的作用；②电容 C 可将输出电压保持住
7、升降压斩波电路（Buck-Boost电路）数量关系（知识点4）
输出电压：
当电流脉动足够小时，，可得：
8、Cuk斩波电路数量关系（知识点5）
与关系：
9、Sepic斩波电路（知识点6）
输入输出关系：
10、Zeta斩波电路（知识点6）
输入输出关系：
11、各种不同基本斩波电路的比较
表11-2 各种不同基本斩波电路的比较
电路
类型
主要特点
应用领域
降压
只能降压，输入输出电压极性相同，输入电流脉动大，输出电流脉动小，结构简单
降压型开关稳压电路
直流电机调速
升压
只能升压，输入输出电压极性相同，输入电流脉动小，输出电流脉动大，不能空载工作，结构简单
升压型开关稳压电路
功率因数校正电路(PFC)直流电机再生制动
升降压
能降压升压，输入输出电压极性相反，输入输出电流脉动大，不能空载工作，结构简单
升降压型开关稳压电路
Cuk
能降压升压，输入输出电压极性相反，输入输出电流脉动小，不能空载工作，结构复杂
对输入输出脉动要求较高的升降压型开关稳压电路
Zeta
能降压升压，输入输出电压极性相同，输入电流脉动大，输出电流脉动小，不能空载工作，结构复杂
对输出脉动要求较高的升降压型开关稳压电路
Sepic
能降压升压，输入输出电压极性相同，输入电流脉动小，输出电流脉动答，不能空载工作，结构复杂
升压型功率因数校正电路（PFC）
四、重点例题
例题11.1 在图所示的降压斩波电路中，已知，，L值极大，，，，计算输出电压平均值、输出电流平均值。
图11-7 例题11.1题图
解：由于L值极大，故负载电流连续，输出电压平均值：
输出电流平均值：
例题11.2 升压斩波电路如图所示，如果输入电压为（1(10%）50V，输出电压为130V，忽略电路的损耗。求：最大占空比(。
图11-8 例题11.2题图
解：如果忽略损耗，输入功率等于输出功率，则：
则：
当取最小值时 即时，(为最大值，
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