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直流斩波电路工作原理.doc
直 流 斩 波 电 路 工 作 原 理 及 输 出 输 入 关 系
升压斩波电路（Boost Chopper）
升压斩波电路
假设 L 和 C 值很大。
处于通态时，电源 E 向电感 L 充电，电流恒定 1i ，电容 C 向负载 R 供电，
输出电压 0u 恒定。
断态时，电源 E 和电感 L 同时向电容 C 充电，并向负载提供能量。
设 V 通态的时间为 ont ，此阶段 L 上积蓄的能量为 ontEi1
设 V 断态的时间为 offt ，则此期间电感 L 释放能量为
(
u
0
)
offtiE
1
稳态时，一个周期 T 中 L 积蓄能量与释放能量相等：
ontEi1 =
(
u
0
)
offtiE
1
u
0
t
on
t
off
t
off
E
T
t
off
E
化简得
T ——升压比；升压比的倒数记作β ，即
offt
T
offt
β和α的关系：a+β=1
所以输出电压为
u
0
1
E
1
E
1
升降压斩波电路 (buck -boost Chopper)
升降压斩波电路
V 通时，电源 E 经 V 向 L 供电使其贮能，此时电流为 1i ，同时，C 维持输出
电压恒定并向负载 R 供电，这时
u L 。
E
V 断时，L 的能量向负载释放，电流为 2i 。负载电压极性为上负下正，与电
源电压极性相反，这时
u L
。
0u
稳态时，一个周期 T 内电感 L 两端电压 Lu 对时间的积分为零，即
T
0
u
L
dt
t
on
0
u
(
onL
)
dt
T
t
on
u
dt
Et
on
tu
0
off
0
L
(
off
)
所以输出电压为：
u
0
on
E
t
t
off
t
on
tT
oN
E
E
1
（ ont 为 V 处于通态的时间， offt 为 V 处于断态的时间）
Cuk 斩波电路
(a)电路图
(b) 等效电路
Cuk 斩波电路及其等效电路
V 通时，开 关 S 合 向 B 点 ， E— 1L —V 回路和 R— 2L —C—V 回路有电
流，这时
iC 。
2i
V 断时，开 关 S 合 向 A 点 ，E— 1L —C—VD 回路和 R— 2L —VD 回路有
电流，这时
iC 。
1i
输出电压的极性与电源电压极性相反。电路相当于开关 S 在 A、B 两点之间
交替切换。
稳 态 时 电 容 C 的 电 流 在 一 周 期 内 的 平 均 值 应 为 零 ，也 就 是 其
对 时 间 的 积 分 为 零 ， 即
T
0
i
C
dt
t
on
0
i
onC
(
)
dt
T
t
on
i
offC
(
)
dt
ti
2
on
ti
1
off
0
（ ont 为 V 处于通态的时间， offt 为 V 处于断态的时间）
由此可得：
i
2
i
1
t
off
t
on
tT
t
on
on
1
假 设 电 容 C 很 大 使 电 容 电 压 Cu 的 脉 动 足 够 小 。
当 开 关 S 合 到 B 点 时 ， B 点 电 压 Bu = 0 ， A 点 电 压
u
A
；
u
C
当 S 合 到 A 点 时 ，
u ， Au = 0 。 因 此 ， B 点 电 压 Bu 的 平 均 值 为
B
u
C
U
B
t
off
t
on
U
（ CU 为 电 容 电 压 Cu 的 平 均 值 ）， 又 因 电 感 1L 的 电 压 平 均
C
值 为 零 ， 所 以
UE
B
t
off
t
on
U
C
。 另 一 方 面 ， A 点 的 电 压 平 均 值 为
U
A
t
on
T
U
C
，且 2L 的 电 压 平 均 值 为 零 ，按 上 图（ b ）中 输 出 电 压 0U
的 极 性 ， 有
U 0
t
oN U
T
关 系 为 ：
。 于 是 可 得 出 输 出 电 压 0U 与 电 源 电 压 E 的
C
U
0
t
off
t
on
E
t
on
tT
on
E
E
1
Sepic 斩波电路
Sepic 斩波电路
V 处于通态时，E— 1L —V 回路和 1C —V— 1L 回路同时导电， 1L 和 2L 贮能。
V 处于断态时，E— 1L — 1C —VD—负载回路及 2L —VD—负载回路同时导
电，此阶段 E 和 1L 既向负载供电，同时也向 1C 充电（ 1C 贮存的能量在 V 处于通
态时向 2L 转移）。
V 导通时，
u L 1
E
u
L
2
u
C
1
V 关断时，
u
uE
0
u
C
1
1
L
u L
2
u
0
稳 态 时 电 感 1L 和 1L 的 电 压 在 一 周 期 内 的 平 均 值 应 为 零 ， 也 就
是 其 对 时 间 的 积 分 为 零 ， 即
dt
dt
u
(1
L
on
)
u
1
L
t
on
0
T
t
on
T
0
dt
2
u
dt
Et
on
(
uE
0
u
)
t
off
C
1
0
(1
L
on
)
T
0
u
L
t
on
0
u
L
(2
on
)
dt
t
T
on
u
dt
tu
1
C
on
tu
0
off
0
L
(2
on
)
由以上两式解得输入输出关系为：
U
0
on
E
t
t
off
t
on
tT
on
E
E
1
Zeta 斩波电路
Zeta 斩波电路
V 处于通态期间，电源 E 经开关 V 向电感 L1 贮能。
V 关断后， 1L －VD－ 1C 构成振荡回路， 1L 的能量转移至 1C ，能量全部转
移至 1C 上之后，VD 关断， 1C 经 2L 向负载供电。
V 导通时，
u L 1
E
u
L
2
uE
u
0
C
1
V 关断时，
u
1
L
u
C
1
u L
2
u
0
稳 态 时 电 感 1L 和 1L 的 电 压 在 一 周 期 内 的 平 均 值 应 为 零 ， 也 就
是 其 对 时 间 的 积 分 为 零 ， 即
T
dt
dt
u
(1
L
on
)
u
1
L
t
on
0
t
on
u
dt
Et
on
tu
1
C
off
0
(1
L
on
)
T
0
dt
2
T
0
u
L
t
on
0
u
L
(2
on
)
dt
t
T
on
u
dt
(
uE
)
tu
0
on
tu
0
off
C
1
0
L
(2
on
)
由以上两式解得输入输出关系为：
U
0
on
E
t
t
off
t
on
tT
on
E
E
1
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