升压斩波电路的基本原理.doc

升压斩波电路的基本原理
v 工作原理
Ø 假设L值很大，C值也很大
Ø V通时，E向L充电，充电电流恒为I1，同时C的电压向负载供电，因C值很大，输出电压uo为恒值，记为Uo。设V通的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为
Ø V断时，E和L共同向C充电并向负载R供电。设V断的时间为toff，则此期间电感L释放能量为

Ø 稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等

（3-20）

图3-2 升压斩波电路及其工作波形
a）电路图 b）波形

化简得： （3-21）

，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。也称之为boost变换器

——升压比，调节其大小即可改变Uo大小，调节方法
与3.1.1节中介绍的改变导通比a的方法类似。将升压比的倒数记作b ，即 。
b 和导通占空比a有如下关系：

（3-22）

因此，式（3-21）可表示为

（3-23）

升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因
一是L储能之后具有使电压泵升的作用
二是电容C可将输出电压保持住
以上分析中，认为V通态期间因电容C的作用使得输出电压Uo不变，但实际C值不可能无穷大，在此阶段其向负载放电，Uo必然会有所下降，故实际输出电压会略低

如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载R消耗，即
（3-24）

该式表明，与降压斩波电路一样，升压斩波电路也可看成是直流变压器。
根据电路结构并结合式（3-23）得出输出电流的平均值Io为
（3-25）

由式（3-24）即可得出电源电流I1为：

（3-26）

2. 升压斩波电路的典型应用
Ø 一是用于直流电动机传动
Ø 二是用作单相功率因数校正（PFC）电路
Ø 三是用于其他交直流电源中

图3-3 用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形
a） 电路图 b） 电流连续时 c） 电流断续时

用于直流电动机传动时
通常是用于直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源

实际电路中电感L值不可能为无穷大，因此该电路和降压斩波电路一样，也有电动机电枢电流连续和断续两种工作状态

此时电机的反电动势相当于 图3-2电路 中的电源，而此时的直流电源相当于图3-2中电路中的负载。由于直流电源的电压基本是恒定的，因此不必并联电容器。

电路分析
V处于通态时，设电动机电枢电流为i1，得下式
（3-27）

式中R为电机电枢回路电阻与线路电阻之和。
设i1的初值为I10，解上式得

（3-28）

当V处于断态时，设电动机电枢电流为i2，得下式：

（3-29）

设i2的初值为I20，解上式得：

（3-30）

当电流连续时，从 图3-3b的电流波形可看出，t=ton时刻i1=I20，t=toff时刻i2=I10，由此可得：

（3-31）

（3-32）

由以上两式求得：

（3-33）

（3-34）

与降压斩波电路一样，把上面两式用泰勒级数线性近似，得

（3-35）

该式表示了L为无穷大时电枢电流的平均值Io，即
（3-36）

该式表明，以电动机一侧为基准看，可将直流电源看作是被降低到了 。

当电枢电流断续时的波形如 图3-3c所示。
当t=0时刻i1=I10=0，令式（3-31）中I10=0即可求出I20，进而可写出i2的表达式。另外，当t=t2时，i2=0，可求得i2持续的时间tx，即

（3-37）

当tx<t0ff时，电路为电流断续工作状态，tx<t0ff是电流断续的条件，即

（3-38）

根据此式可对电路的工作状态作出判断。