内容发布更新时间 : 2024/5/4 11:02:34星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
第3章 直流斩波电路
1．简述图3-1a所示的降压斩波电路工作原理。
答：降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让V导通一段时间ton，由电源E向L、R、M供电，在此期间，uo＝E。然后使V关断一段时间toff，此时电感L通过二极管VD向R和M供电，uo＝0。一个周期内的平均电压Uo＝
ton?E。输出电压小于电源电压，起到降压的作用。
ton?toff 2．在图3-1a所示的降压斩波电路中，已知E=200V，R=10Ω，L值极大，EM=30V，T=50μs,ton=20μs,计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。
解：由于L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为
Uo=
输出电流平均值为
ton20?200=80(V) E=
T50Uo-EM80?30==5(A) R10Io =
3．在图3-1a所示的降压斩波电路中，E=100V， L=1mH，R=0.5Ω，EM=10V，采用脉宽调制控制方式，T=20μs，当ton=5μs时，计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io，计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。当ton=3μs时，重新进行上述计算。 解：由题目已知条件可得：
EM10==0.1 E100L0.001τ===0.002
R0.5m=
当ton=5μs时，有
ρ==
由于
T=0.01 ?ton?=0.0025
e???1e0.0025?1=0.01=0.249>m ?e?1e?1所以输出电流连续。 此时输出平均电压为
Uo =
输出平均电流为
ton100?5E==25(V) T20Io =
输出电流的最大和最小值瞬时值分别为
Uo-EM25?10==30(A) R0.5?1?e????E?1?e?0.0025?100???I=?=?m?0.1?1?e???R?1?e?0.01?0.5=30.19(A)
?????e???1?E?e0.0025?1?100???I=?=?m?0.1?0.5=29.81(A) ?e??1?R?e0.01?1????maxmin
当ton=3μs时，采用同样的方法可以得出：
αρ=0.0015
由于
e???1e0.015?1==0.149>m e??1e0.01?1所以输出电流仍然连续。
此时输出电压、电流的平均值以及输出电流最大、最小瞬时值分别为：
Imax
ton100?3E==15(V) T20U-EM15?10I =o==10(A)
R0.5?1?e?0.0015?100??0.1=??1?e?0.01?0.5=10.13(A)
??Uo =
o
Imin
?e0.0015?1?100?=?0.01?0.1?e?1?0.5=9.873(A)
?? 4．简述图3-2a所示升压斩波电路的基本工作原理。
答：假设电路中电感L值很大，电容C值也很大。当V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I1，同时电容C上的电压向负载R供电，因C值很大，基本保持输出电压为恒值Uo。设V处于通态的时间为ton，此阶段电感L上积蓄的能量为EI1ton。当V处于断态时E和L共同向电容C充电并向负载R提供能量。设V处于断态的时间为toff，则在此期间电感L释放的能量为与释放的能量相等，即：
?Uo?E?I1toff。当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量
EI1ton??Uo?E?I1toff
化简得：
Uo?式中的Tton?toffTE?E
tofftoff/toff?1，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。
5．在图3-2a所示的升压斩波电路中，已知E=50V，L值和C值极大，R=20Ω，采用脉宽调制控制方式，当T=40μs，ton=25μs时，计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。 解：输出电压平均值为：
Uo =
输出电流平均值为：
T40E=?50=133.3(V) toff40?25Io =
Uo133.3==6.667(A) R20
6．试分别简述升降压斩波电路和Cuk斩波电路的基本原理，并比较其异同点。
答：升降压斩波电路的基本原理：当可控开关V处于通态时，电源E经V向电感L供电使其贮存能量，此时电流为
i1，方向如图3-4中所示。同时，电容C维持输出电压基本恒定并向负载R供电。此后，使V关断，电感L中贮存的
能量向负载释放，电流为i2，方向如图3-4所示。可见，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T内电感L两端电压uL对时间的积分为零，即
T?u0Ldt?0
当V处于通态期间，uL = E；而当V处于断态期间，uL = - uo。于是：
E?ton?Uo?toff
所以输出电压为：
Uo?改变导通比
tont?E?onE?E toffT?ton1??<1/2时为降压，当1/2<
<1时
，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<
为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路。
Cuk斩波电路的基本原理：当V处于通态时，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路分别流过电流。当V处于断态时，
E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路分别流过电流。输出电压的极性与电源电压极性相反。该电路的等效电路如图
3-5b所示，相当于开关S在A、B两点之间交替切换。
假设电容C很大使电容电压uC的脉动足够小时。当开关S合到B点时，B点电压uB=0，A点电压uA= - uC；相反，
toff，又因电UC（U为电容电压u的平均值）
TtofftUC。另一方面，A点的电压平均值为UA??onUC，且L的电感L的电压平均值为零，所以E?UB?TTtonUC。于是可得出输出电压U与电源电压E的关系： 压平均值为零，按图3-5b中输出电压U的极性，有Uo?Ttt?Uo?onE?onE?E
toffT?ton1??当S合到A点时，uB= uC，uA=0。因此，B点电压uB的平均值为UB?CC
12
oo
两个电路实现的功能是一致的，均可方便的实现升降压斩波。与升降压斩波电路相比，Cuk斩波电路有一个明显的优点，其输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波。 7．试绘制Speic斩波电路和Zeta斩波电路的原理图，并推导其输入输出关系。 解：Sepic电路的原理图如下：
i1EL1uL1VC1uC1uL2i2L2C2uoRVD
a)Sepic斩波电路
在V导通ton期间，