实验1213桥式可逆斩波电路的设计Word文档下载推荐.docx
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4.1降压斩波电路
斩波电路的典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载，两种情
况下负载中均会出现反电动势，如图中Em所示。
降压斩波电路的原理图及工作
EM
图1降压斩波电路的原理图及工作波形
a）电路图b）电流连续时的波形c）电流断续时的波形
工作原理：
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=ti时刻控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。
为了使负载电流连续且脉动小通常使串接的电感L值较大。
数量关系：
电流连续时，负载电压平均值是
tonV通的时间，toffV断的时间，a--导通占空比
Uo最大为E，减小占空比a，Uo随之减小，因此称为降压斩波电路
负载电流平均值是
Io
UoEm
电流断续时，Uo被抬高，一般不希望出现
4.2升压斩波电路
升压斩波电路的原理图及工作波形如图2所示
b）
图2升压斩波电路原理及其工作波形
a）电路图b）波形
假设L值很大，C值也很大。
V导通时，E向L充电，充电电流恒
为Ii，同时C的电压向负载供电，因C值很大，输出电压uo可以看做为恒
Elit°
n
值，记为Uo。
设V通的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为。
V断时，E是U共同向itCff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。
稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等。
即有：
ElitonUoElitoff
化简得:
toff
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。
T/tof
――升压比，调节其大小即可改变Uo大小。
将升压比的倒数记作B,则
B和导通占空比a有如下关系：
1
因此
Uo
升压斩波电路的典型应用：
一是用于直流电动机传动，二是用作单相功率因数校正（PFC）电路，三是用于其他交直流电源中。
用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形如图3所示。
图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2电路中的电源，而此时的直流电源相当于图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。
4.3电流可逆斩波电路
斩波电路用于拖动直流电动机时，常要使电动机既可电动运行，又可再生
制动。
降压斩波电路拖动直流电动机时，如图1所示，电动机工作于第1象
限。
图3所示升压斩波电路中，电动机工作于第2象限。
电流可逆斩波电路:
降压斩波电路与升压斩波电路组合，拖动直流电动机时，电动机的电枢电流可
正可负，但电压只能是一种极性，故其可工作于第1象限和第2象限。
其电路
及其波形如图4所示。
图4电流可逆斩波电路及其波形
Vi和VDi构成降压斩波电路，由电源向直流电动机供电，电动机为电动运行，工作于第1象限；
V2和VD2构成升压斩波电路，把直流电动机的动能转变为电能反馈到电源，使电动机作再生制动运行，工作于第2象限。
要引
起注意的是必须防止Vi和V2同时导通而导致的电源短路。
只作降压斩波器运行时，V2和VD2总处于断态，只作升压斩波器运行时，则V1和VD1总处于断态。
第3种工作方式：
一个周期内交替地作为降压斩波电路和升压斩波电路工作。
当降压斩波电路或升压斩波电路的电流断续而为零时，使另一个斩波电路
工作，让电流反方向流过，这样电动机电枢回路总有电流流过。
以图4为例说明。
在一个周期内，电枢电流沿正、负两个方向流通，电流不断，所以响应很快。
局限性：
电流可逆斩波电路：
电枢电流可逆，两象限运行，但电压极性是单向的。
由此思路设计出桥式可逆斩波电路。
4.4桥式可逆斩波电路
当需要电动机进行正、反转以及可电动又可制动的场合，须将两个电流可
逆斩波电路组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压，成为桥式可逆斩波电路，如图5所示
E
Vi
严Z
ruo
V3
\VD4（\
△L
V2
」匚MV'
V4
\VD3?
\
图5桥式可逆斩波电路
当使V4保持通态时，该斩波电路就等效为图4所示的电流可逆斩波
电路，向电动机提供正电压，可使电动机工作于第1、2象限，即正转电动和正转再生制动状态。
此时，需防止V3导通造成电源短路。
当使V2保持为通态
时，V3、VD3、V4、VD4等效为又一组电流可逆斩波电路，向电动机提供负电
压，可使电动机工作于第3、4象限。
其中V3和VD3构成降压斩波电路，向电动机供电使其工作于第3象限即反转电动状态，而V4和VD4构成升压斩波电路，可使电动机工作于第4象限即反转再生制动状态。
工作方式：
双极性工作方式，单极性工作方式，受限单极性工作方式。
4.4.1双极性工作方式
V1与V4同时通断，V2与V3同时通断；
V1与V2通断互补，V3与V4
通断互补。
输出电压波形中电压有正有负，故称双极性，如图6所示。
a）输出电压b）电流连续时c）电流断续时
442单极性工作方式
图7桥式可逆斩波电路单极性工作方式波形
443受限单极性工作方式
V1不断调制，V4全通，V3与V2全断或V2不断调制，V3全通，V1与
V4全断。
输出电压波形中电压只有正或只有负，且轻载时电流也断续，故称受
8所示。
限单极性，如图
a）
c）
图8桥式可逆斩波电路受限单极性工作方式波形
5仿真结果
用matlab仿真桥式可逆斩波电路，首先得设计出用于触发四个IGBT的脉
冲发生器，在此只仿真桥式可逆斩波电路工作于双极性工作方式的情形，即V1
与V4同时通断，V2与V3同时通断；
V1与V2通断互补，V3与V4通断互补。
脉冲发生器如图9所示。
I船臨亀
3匚含
□QI
>
I
100
100%
图9脉冲发生器
对控制四个IGBT通断的两个脉冲发生器的设置如下：
对控制Vi、V4的脉冲发
生器设置如图10,对控制V2、V3的脉冲发生器的设置如图11所示。
设置后需保证桥式可逆斩波电路工作在双极性状态，则两组脉冲发生器的相位应相差90度，即半个周期。
图10对控制V1、V4的脉冲发生器的设置
Peiiod〔secs]:
IQ002
PulseWidth（驚ofperiod）:
0.001
__Inierpretveclcrpaiamelersas1-D
图11对控制V2、V3的脉冲发生器的设置
设计最终的主电路图如图12所示
仿真后得到的波形图如图13所示，上图为电压波形，下图为电流波形
00.0C10.0020.0020.OT40.005G.OOG0.0070.0090.0090.01
图13波形图
设计总结
相对于降压斩波电路和升压斩波电路的设计，桥式可逆斩波电路的设计更具难度与挑战性，可以说是前两者的有机复合。
桥式可逆斩波电路在电力电子技术、电力拖动和电力系统及其他领域应用最为广泛。
对于具有摩擦负载的直流调速系统需要能在四象限内运行的直流变换电路，从而发展出了桥式可逆斩波电路。
调试桥式可逆斩波电路的相关参数并对负载的工作情况进行对比分析与研究，对工程实践具有较强的预测和指导作用。
本文循序渐进地分析基本斩波电路，最后设计出了桥式可逆斩波电路。
在设计的过程中，反复地翻阅课本及相关资料，加深了我对直流斩波电路的理解，在仿真过程中，更加熟练了对matlab的操作，收获颇丰!
参考文献
[1]王兆安，刘进军•电力电子技术.机械工业出版社，2000.
[2]黄俊，王兆安.电力电子变流技术.机械工业出版社，1993.
[3]林渭勋.现代电力电子技术.机械工业出版社，2006.
[4]王兴贵，陈伟现代电力电子技术•中国电力出版社，2010.
⑸苏金明，阮沈勇.MATLAB实用教程.电子工业出版社，2008.
[6]葛哲学.精通MATLAB.电子工业出版社，2008.
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