升壓斬波電路工作原理剖析

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升壓斬波電路工作原理剖析

發表於 2017-11-27 11:09:10

　　隨著電力電子技術的迅速發展，高壓開關穩壓電源已廣泛用於計算機、通信、工業加工和航空航天等領域。所有的電力設備都需要良好穩定的供電，而外部提供的能源大多為交流，電源設備擔負著把交流電源轉換為電子設備所需的各種類別直流任務。但有時所供的直流電壓不符合設備需要，仍需變換，稱為DC/DC變換。直流斬波電路作為直流電變成另一種固定電壓的DC-DC變換器，在直流傳動系統。、充電蓄電電路、開關電源、電力電子變換裝置及各種用電設備中得到普通的應用。隨之出現了諸如降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、複合斬波電路等多種方式的變換電路。直流斬波技術已被廣泛運用開關電源及直流電動機驅動中，使其控制獲得加速平穩、快速響應、節約電能的效果。全控型電力電子器件IGBT在牽引電傳動電能傳輸與變換、有源濾波能領域得到了廣泛的應用。但以IGBT為功率器件的直流斬波電路在實際應用中需要注意以下問題：

　　（1）系統損耗的問；

　　（2）柵極電阻；

　　（3）驅動電路實現過流過壓保護的問題。

　　直流斬波電路實際上採用的就是PWM技術，這種電路把直流電壓斬成一系列脈衝，改變脈衝的佔空比來獲得所需要的輸出電壓。PWM控制方式是目前才用最廣泛的一種控制方式，它具有良好的調整特性。隨電子技術的發展，近年來已發展各種集成式控制晶片，這種晶片只需外接少量元器件就可以工作，這不但簡化設計，還大幅度的減少元器件數量、連線和焊點

　　斬波器是一種將電壓值固定的直流電，轉換為另一固定電壓或可調電壓的裝置，一般是指直流對直流的轉換。斬波電路是斬波器的核心組成部分，負責將輸入電壓轉換成目標輸出電壓。根據輸入輸出電壓大小、極性，斬波電路可分為降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路、Zeta斬波電路等

　　升壓斬波工作原理

　　假設L和C值很大。V處於通態時，電源E向電感L充電，電流恆定I1，電容C向負載R供電，輸出電壓Uo恆定。

　　V處於斷態時，電源E和電感L同時向電容C充電，並向負載提供能量。

　

　　首先假設電感L值很大，電容C值也很大。當V-G為高電平時，Q1導通，12V電源向L充電，充電基本恆定為I1，同時電容C上的電壓向負載R供電，因C值很大，基本保持輸出電壓uo為恆值，記為Uo。設V處於通態的時間為Ton，此階段電感L上積儲的能量為EI1ton。當V處於段態時E和L共同向電容C充電，並向負載R提供能量。設V處於段態的時間為toff，則在此期間電感L釋放的能量為（U0-E）I1Toff。當電路工作於穩態時，一個周期T中電感L積儲的能量於釋放的能量相等，即

　

　　上式中的T/toff≥1，輸出電壓高於電源電壓。式（1-1）中T/toff為升壓比，調節其大小即可改變輸出電壓Uo的大小。

　　2）數量關係

　　設V通態的時間為ton，此階段L上積蓄的能量為：EmI1Ton

　　設V斷態的時間為toff，則此期間電感L釋放能量為：（E-Em）I2Toff 穩態時，一個周期T中L積蓄能量與釋放能量相等：

　

　　T/toff》1，輸出電壓高於電源電壓，故為升壓斬波電路。

　　T/toff－升壓比;升壓比的倒數記為β，即β=toff/T。又因為α+β=1。所以：

　　

　　電壓升高得原因：電感L儲能使電壓泵升的作用，電容C可將輸出電壓保持住。

　　升壓斬波電路能使輸出電壓高於電源電壓的原因

　　一是L儲能之後具有使電壓泵升的作用 二是電容C可將輸出電壓保持住 以上分析中，認為V通態期間因電容C的作用使得輸出電壓Uo不變，但實際C值不可能無窮大，在此階段其向負載放電，Uo必然會有所下降，故實際輸出電壓會略低

　　如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能量僅由負載R消耗，即

　　

　　

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