降压斩波电路原理图及工作原理

　　斩波器是一种将电压值固定的直流电，转换为另一固定电压或可调电压的装置，一般是指直流对直流的转换。斩波电路是斩波器的核心组成部分，负责将输入电压转换成目标输出电压。

　　根据输入输出电压大小、极性，斩波电路可分为降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路、Zeta斩波电路等。本文主要介绍的就是降压斩波电路原理图以及工作原理，一起来了解一下。

　　降压斩波电路原理图及工作原理

　　

　　图1：降压斩波电路（Buck Chopper）原理图及波形图

　　降压斩波电路原理图及波形图所示，图中V为全控型器件，选用IGBT;D为续流二极管。由图1中V的栅极电压波形UGE可知，当V处于通态时，电源Ui向负载供电，UD=Ui。当V处于断态时，负载电流经二极管D续流，电压UD近似为零，至一个周期T结束，再驱动V导通，重复上一周期的过程。负载电压的平均值为：

　　

　　式中ton为V处于通态的时间，toff为V处于断态的时间，T为开关周期，α为导通占空比，简称占空比或导通比（α=ton/T）。由此可知，输出到负载的电压平均值UO最大为Ui，若减小占空比α，则UO随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。

　　竟然说到了降压斩波电路，我们也来看看升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路、Zeta斩波电路的介绍。

　　升压斩波电路、升降压斩波电路原理图及工作原理

　　升压斩波电路

　　

　　图2：升压斩波电路（Boost Chopper）原理图及波形图

　　如上图2：升压斩波电路原理图及波形图所示，电路也使用一个全控型器件V。由图2中V的栅极电压波形UGE可知，当V处于通态时，电源Ui向电感L1充电，充电电流基本恒定为I1，同时电容C1上的电压向负载供电，因C1值很大，基本保持输出电压UO为恒值。设V处于通态的时间为ton，此阶段电感L1上积蓄的能量为Ui*I1*ton。当V处于断态时Ui和L1共同向电容C1充电，并向负载提供能量。设V处于断态的时间为toff，则在此期间电感L1释放的能量为（UO-Ui）*I1*toff。当电路工作于稳态时，一个周期T内电感L1积蓄的能量与释放的能量相等，即：

　　

　　上式中的T/toff≥1，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。

　　升降压斩波电路

　　

　　图3：升降压斩波电路（Boost-Buck Chopper）原理图及波形图

　　如上图3：升降压斩波电路原理图及波形图所示，电路的基本工作原理是：当可控开关V处于通态时，电源Ui经V向电感L1供电使其贮存能量，同时C1维持输出电压UO基本恒定并向负载供电。此后，V关断，电感L1中贮存的能量向负载释放。可见，负载电压为上负下正，与电源电压极性相反。输出电压为：

　　

　　若改变导通比α，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0《α《1/2时为降压，当1/2《α《1时为升压。

　　Cuk斩波电路、Sepic斩波电路、Zeta斩波电路原理图及工作原理

　　Cuk斩波电路

　　

　　图4：Cuk斩波电路原理图

　　如上图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处于通态时，Ui—L1—V回路和负载R—L2—C2—V回路分别流过电流。当V处于断态时，Ui—L1—C2—D回路和负载R—L2—D回路分别流过电流，输出电压的极性与电源电压极性相反。输出电压为：

　　

　　若改变导通比α，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0《α《1/2时为降压，当1/2《α《1时为升压。

　　Sepic斩波电路

　　

　　图5：Sepic斩波电路原理图

　　如上图5：Sepic斩波电路：原理图所示，电路的基本工作原理是：可控开关V处于通态时，Ui—L1—V回路和C2—V—L2回路同时导电，L1和L2贮能。当V处于断态时，Ui—L1—C2—D—R回路及L2—D—R回路同时导电，此阶段Ui和L1既向R供电，同时也向C2充电，C2贮存的能量在V处于通态时向L2转移。输出电压为：

　　

　　若改变导通比α，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0《α《1/2时为降压，当1/2《α《1时为升压。

　　Zeta斩波电路

　　

　　图6：Zeta斩波电路原理图

　　如上图6所示：Zeta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处于通态时，电源Ui经开关V向电感L1贮能。当V处于断态后，L1经D与C2构成振荡回路，其贮存的能量转至C2，至振荡回路电流过零，L1上的能量全部转移至C2上之后，D关断，C2经L2向负载R供电。输出电压为：

　　

　　若改变导通比α，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0《α《1/2时为降压，当1/2《α《1时为升压。