分析斩波电路的工作原理（六种斩波电路原理分析）

DC斩波电路是一种将恒定电压的DC转换成可调电压的DC的电力电子变换器。它也被称为DC斩波器或DC/DC转换器。利用斩波器实现DC变换的基本思想是通过电力电子开关器件的快速开关控制，将恒定的DC电压或电流斩波为一系列脉冲电压或电流。在一定的滤波条件下，可以在负载上获得平均值可以小于或大于电源的电压或电流。通过改变开关频率或开关时间比，可以改变该脉冲序列的脉冲宽度，实现输出电压和电流平均值的调节。

目前，斩波器广泛应用于电力牵引。比如地铁、电力机车、无轨电车、电动运瓶车等DC电机的无级调速。与电路中串联电阻调压的传统方法相比，不仅具有更好的起动和制动特性，而且省去了体积庞大、功耗高的DC接触器和变阻器，功率损耗也大大降低。

当晶闸管VTH导通时，加在负载上的电压UL=E，当晶闸管VTH关断时，电压为零。如果周期为Te，则负载上的平均电压为

te——型晶闸管VTH导通持续时间。从上式可以看出，改变负载上的平均DC电压UL有两种方法：周期te不变，改变Te称为脉宽调制法，即定频定宽调制法；te为常数，改变周期性te的大小称为频率控制法，即定宽调频法。

3

六种斩波电路的原理分析

1.降压斩波电路

图1:降压斩波器的原理图和波形图

图1:如降压斩波电路原理图和波形图所示，图中V为全控器件，选用IGBT；d是续流二极管。根据图1中v的栅极电压波形UGE，当v导通时，电源Ui向负载供电，UD=Ui。当V处于关断状态时，负载电流连续流过二极管D，电压UD近似为零。直到一个周期T结束，V被驱动导通，重复前一个周期的过程。负载的平均值为：

公式中，ton为v导通的时间，toff为v关断的时间，T为开关周期，为导通占空比，简称占空比或导通比(=ton/T)。可以看出，输出到负载的电压的平均值UO是最大值Ui。如果占空比减小，UO将相应减小。因为输出电压低于输入电压，所以这种电路称为降压斩波电路。

2.升压斩波器

图2:升压斩波器的原理图和波形图

如图boost chopper的原理图和波形图，电路也采用了全控器件V，从图2中V的栅极电压波形UGE可以看出，当V导通时，电源Ui对电感L1充电，充电电流基本恒定在I1。同时，电容C1上的电压给负载供电，输出电压UO因为C1的值大而基本保持不变。设V导通的时间为ton，此时电感L1中积累的能量为Ui*I1*ton。当V处于关断状态时，Ui和L1共同对电容C1充电，并向负载提供能量。设V的关断时间为toff，电感L1在此期间释放的能量为(UO-Ui)*I1*toff。当电路工作在稳态时，电感L1在一个周期T内积累的能量等于释放的能量，即：

公式中T/toff1，输出电压高于电源电压，所以这种电路称为升压斩波器。

3.升压和降压斩波电路

图3:升降压斩波器的原理图和波形图

如图3升降压斩波电路的原理图和波形图，电路的基本工作原理是：当可控开关V处于导通状态时，电源Ui通过V向电感L1供电储存能量，而C1保持输出电压UO基本恒定，向负载供电。此后，v被关断，存储在电感器L1中的能量被释放给负载。可以看出，负载电压上为负，下为正，电源电压极性相反。

如上图4的4:Cuk斩波电路原理图所示，电路的基本工作原理是：当可控开关V处于导通状态时，电流分别流经Ui—L1—V回路和负载R—L2—C2—V回路。当V处于关断状态时，电流分别流经UI-L1-C2-D回路和负载R-L2-D回路，输出电压的极性与电源电压的极性相反。输出电压为：

如果导通比改变，输出电压可能高于或低于电源电压。0“”为1/2时为降压，1/2“”为1时为升压。

5.Sepic斩波电路

图5:5:Sepic斩波电路原理图

图5: SEPIC斩波电路：如原理图所示，电路的基本工作原理是：当可控开关V接通时，Ui—L1—V电路和C2—V—L2电路同时导电，L1和L2储能。当V断开时，Ui-L1-C2-D-R电路和L2-D-R电路同时导电。在这个阶段，UI和L1都给R供电，给C2充电，当V开启时，储存在C2的能量转移到L2。输出电压为：

如果导通比改变，输出电压可能高于或低于电源电压。0“”为1/2时为降压，1/2“”为1时为升压。

6.泽塔斩波器电路

图6:6:Zeta斩波器电路示意图

如图Zeta斩波器电路原理图所示，该电路的基本工作原理是：当可控开关V处于导通状态时，电源Ui通过开关V向电感L1储能。当V处于关断状态时，L1通过D和C2形成振荡电路，其储存的能量转移到C2，直到振荡电路中的电流过零，L1的能量全部转移到C2，这时D关断，C2通过L2给负载R供电。输出电压为：

如果导通比改变，输出电压可能高于或低于电源电压。0“”为1/2时为降压，1/2“”为1时为升压。