首页理论教育降压斩波电路原理及应用

降压斩波电路原理及应用

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：由于这种变换是将恒定的直流电压“斩”变成断续的方波电压输出，所以将实现这种功能的电路称为直流降压斩波电路。图4.3降压斩波电路电流断续时的工作波形降压斩波电路常用于降压型直流开关电源稳压器、不可逆直流调速系统等场合。例4.1在图4.1 所示的降压斩波电路中，已知E=200 V，R=10 Ω，L 值极大，Em=30 V，T=50 μs，ton=20 μs，计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。

降压斩波电路（Buck Chopper）的原理图如图4.1 所示。该电路使用一个全控型开关器件V，图中为IGBT，此开关一般都采用全控型器件；若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。除此之外，电路中还设置了续流二极管VD，在V 关断时给负载中电感电流提供通道。斩波电路主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等，后两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中Em 所示。

pagenumber_ebook=162,pagenumber_book=155

图4.1　降压斩波电路原理图

该降压斩波电路的工作原理为：t=0 时刻驱动V 导通，电源E 向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io 按指数曲线上升；t=t1 时控制V 关断，二极管VD 续流，负载电压uo 近似为零，负载电流呈指数曲线下降。通常，串联较大的电感L 使负载电流连续且脉动小。降压斩波电路电流连续时的工作波形如图4.2 所示。

pagenumber_ebook=162,pagenumber_book=155

图4.2　降压斩波电路电流连续时的工作波形

该降压斩波电路的基本数量关系为：当电流连续时，负载电压的平均值为

pagenumber_ebook=162,pagenumber_book=155

式中，ton为V 处于通态的时间；toff为V 处于断态的时间；α 为导通占空比；T 为开关周期。

由式（4.1）可知，输出到负载的电压平均值Uo 最大为E，减小占空比α，Uo 随之减少。由于这种变换是将恒定的直流电压“斩”变成断续的方波电压输出，所以将实现这种功能的电路称为直流降压斩波电路。

负载电流平均值为

pagenumber_ebook=162,pagenumber_book=155

以上关系还可从能量传递关系简单地推得，一个周期中，忽略电路中元件的损耗，则电源提供的能量与负载消耗的能量相等，即

则

pagenumber_ebook=163,pagenumber_book=156

上述情况中，均假设L 值为无穷大，负载电流平直的情况。这种情况下，假设电源电流平均值为I1，则有

pagenumber_ebook=163,pagenumber_book=156

其值小于等于负载电流Io，由上式得(https://www.chuimin.cn)

即输出功率等于输入功率，可将降压斩波器看作直流降压变压器。

若负载中L 值较小，则会出现电流断续的情况。当电流断续时，负载电压uo 平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。降压斩波电路电流断续时的工作波形如图4.3所示。

pagenumber_ebook=163,pagenumber_book=156

图4.3　降压斩波电路电流断续时的工作波形

降压斩波电路常用于降压型直流开关电源稳压器、不可逆直流调速系统等场合。

对于斩波电路，改变开关导通时间即改变占空比就可以改变直流输出电压的大小。根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路有三种控制方式：

（1）定频调宽控制（脉冲宽度调制，PWM）

定频调宽控制是保持斩波开关周期T 不变，只改变开关导通时间ton，则输出电压脉冲宽度随之改变。

（2）定宽调频型（脉冲频率调制，PFM）

定宽调频型控制是保持开关导通时间ton不变，只改变开关周期T，达到改变占空比的目的，从而改变斩波电路输出电压平均值。

（3）调频调宽型（混合型）

ton和T 都可调，改变占空比。

以上三种控制方式中，使用最普遍的是脉冲宽度调制控制方式，即PWM 控制方式。

例4.1　在图4.1 所示的降压斩波电路中，已知E=200 V，R=10 Ω，L 值极大，Em=30 V，T=50 μs，ton=20 μs，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

pagenumber_ebook=164,pagenumber_book=157

输出电流平均值为

pagenumber_ebook=164,pagenumber_book=157