【正文】 2 ??? ERitiL)( 2210 tiI ? 第 8 頁 共 45 頁 8 （ 18） 即 IGBT 進入通態(tài)時的電流 初值就是 IGBT 在斷態(tài)階段結(jié)束時的電流值 ， 反過來 ，IGBT 進入斷態(tài)時的電流初值就是 IGBT 在通態(tài)階段結(jié)束時的電流值。其中 10I 和 20I 分別是負載電流瞬時值的最小值和最大值。 由式（ 14）、式（ 15）、式（ 16）、式（ 17）、式（ 18）得出： （ 19） （ 110） 式中， ； ； ； 把式（ 27）和式（ 28）用泰勒級數(shù)展開得 （ 111） 上式表示了平波電抗器 L 為足夠大，負載電流完全平直時的負載電流平均值 0I ，此時負載電流最小值和最大值等于平均值。 以上關(guān)系還可以從能量傳遞關(guān)系簡單的推出。由于 L 為足夠大，故負載電流維持為 0I 不變。電源只在 IGBT 處于通態(tài)時提供能 量，為 。從負載看，在整個周期 T中負載一直在消耗能量，消耗的能量為 。一個周期中，忽略電路中的損耗，則電源提供的能量與負載消耗的能量相等，即 （ 112） 則 （ 113） 與（ 111）結(jié)論一致。 在上述情況中，電感 L 值 為足夠大，且負載電流平直。在這種情況下，假設電源電流平均值為 1I ，則有 （ 114） 其值小于等于負載電流 0I ，由上式得 （ 115） 即輸出功率等于輸入功率 ，可降壓斬波器看作直流降壓變壓器。 從而可以得到如下 關(guān)系： （ 116） 其中 ont 為 IGBT 處于通態(tài)的時間； oft 為 IGBT 處于斷態(tài)的時間； T 為開關(guān)周期； ?為導通占空比，簡稱占空比或?qū)ū?。由此式可知輸出到負載的電壓平均值最大為 E ，若減小占空比 ? ，則 Uo 隨之減小。因此將該電路稱為降壓斬波電路，也有的稱為 Buck變器 。 )( 1120 tiI ?REmeeREREeeI Tt ???????? ????????????? ??? 1111 M//101?????REmeeREREeeI Tt ???????? ????????????? ????????????1111 M//201???? ?????????????? TTtt 11 /? ? o2021 IR EmII ???? ?onotEI? ?TIETRI oM2o ?TIETRItEI oM2oono ??REEI Mo ???ooo1 IUEIEI ???EEm /M??? /T?ooon IITtI ???1EETtEtt tU ????? onof fon ono 第 9 頁 共 45 頁 9 假如負載中 L 值較小，則有可能出現(xiàn)負載電流斷續(xù)的情況。利用解析方法可對電流斷續(xù)的情況進行解析。電流斷續(xù)時， 010?I ， T= ont +xt 時， 2i =0，利用式（ 16） 和（ 17）可求出 xt 為 （ 117） 電流斷續(xù)時， xt oft ,由此得出電流斷續(xù)條件為 （ 118） 對于電路的具體工作情況，可根據(jù)此式判斷負載電流是否連續(xù)。 在負載電流斷續(xù)的工作情況下，負載電流一降到零，續(xù)流二極管 VD 即關(guān)斷，負載兩端電壓 Uo 等于 ME 。輸出電壓平均值為 （ 119） 不 僅和占空比 ? 有關(guān)，也和反電動勢 ME 有關(guān)。 此時負載電流平均值為 （ 120） 降壓直流斬波電路的特點： Buck 型斬波器電路簡單，調(diào)整方便，可靠性高，對功率管及續(xù)流二極管的耐壓要 求低，只要求等于或大于最高輸入電源電壓即可，輸出電壓紋波低，但輸入電流是脈動的，這將會引起對輸入電源的電磁干擾，所以在實際應用中常在電源與斬波器之間增加一個輸入濾波網(wǎng)絡。另外，由于 IGBT 管發(fā)射極不接地，使驅(qū)動電路復雜。 升壓斬波電路 升壓斬波電路（ Boost Chopper）的原理圖及工作波形如圖 2 所示。該電路同樣使用一個全控型 器件 IGBT。 圖 2 升壓斬波電路及其工作波形 E VRL VDa)Cioi1iGuob)iGioI1OOtt?????? ??? ?m emt ??? )1(1lnx11??? ???eemEmT ttT EttTEtU ?????? ?????? ???????? xonMxonono 1)( ?R EUREmT tttitiTI t t moxon0 0 21o on x dd1 ???????? ????????? ?? ? ? ? 第 10 頁 共 45 頁 10 a) 電路圖 b) 波形 假設電路中電感 L 足夠大，電容 C 值也足夠大，當 V 處于通態(tài)時，電源 E 向電感L 充電，充電電流基本恒定為 1I ，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 0U 為恒值。設 V 處于通態(tài)時的時間為 ont ，此階段電感 L 上積蓄的能量為 。 當 V 處于斷態(tài)時 E 和 L 共同向 C 充電，并向負載 R 提供能量。設 V 處于斷態(tài)的時間為 oft ，則在此期間電感 L 的能量為 。當電路工作于穩(wěn)態(tài)時，一個周期消耗電感 L 積蓄的能量與釋放的能量相等，即 (21) 化簡得 (22) 上式中的 t / oft ? 1,輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路（ Boost Converter） 。 式 (22)中 t / oft 表示升壓比 ，調(diào)節(jié)其大小，即可改變輸出電壓 0U 的大小。將升壓比的倒數(shù)記作 ? ，即 ， ? 和導通占空比 ? 有如下關(guān)系： (23) 則式 (22)可表示為 (24) 升壓斬波器能使輸出電壓高于電源電壓，關(guān)鍵有兩個原因：一是電感 L 儲能之后具有使電壓泵升的作用，二是電容 C 可將輸出電壓保持住。忽略電路中損失，由于電源提供的能量僅由負載 R 消耗，即 (25) 所以升壓斬波電路可以看成升壓變壓器。 根據(jù)電路結(jié)構(gòu)可以得出電流的平均值 0I 為 (26) 由式 (13)即可得出電源電流 1I 為 (27) 基于電力電子電路實質(zhì)上是分時段線性電路這一思想 ,升壓斬波電路解析如下 ： 在 IGBT 處于通態(tài)期間 ,設負載電流 1i , ME 為反電動勢 ,可列出如下方程 ： （ 28） 設此階段電流初值為 10I , RL/?? ,解上式得 （ 29） 在 IGBT 處于斷態(tài)期間 ,設負載電流為 2i ,可以列出如下方程 ： （ 210） 1????ontEI1? ? off1o tIEU ?? ? o f f1oon1 tIEUtEI ??EtTEt ttU of fof f of fono ???Ttoff??EEU ?? ??? 1 11ooo1 IUEI ?RERUI ?1oo ??REIEUI 2oo1 1???M11dd ERitiL ?????????? ??? ?? ?? tt eREeIi 1M101EERitiL ??? M22dd 第 11 頁 共 45 頁 11 設此階段電流初值為 20I ,解上式得 （ 211） 當電流連續(xù)時從圖 2 b）的電流波形可看出 ， t= ont 時刻 1i = 20I ， t= oft 時刻 2i = 10I ，由此可得： （ 212） （ 213） 由以上兩式求得： （ 214） （ 215） 即 IGBT 進入通態(tài)時的電流初值就是 IGBT 在斷態(tài)階段結(jié)束時的電流值 ， 反過來 ， IGBT進入斷態(tài)時的電流初值就是 IGBT 在通態(tài)階段結(jié)束時的電流值。其中 10I 和 20I 分別是負載電流瞬時值的最小值和最大值。 由式（ 27）、式（ 28）、式（ 29）、式（ 210）、式（ 211）、式（ 212）得出： （ 216） （ 217） 式中， ； ； ????????????? ?? TTtt 1/1=?? 。 把式（ 215）和式（ 216）用泰勒級數(shù)展開得 （ 218） 上式表示了平波電抗器 L 為足夠大，負載電流完全平直時的負載電流平均值 10I ，此時負載電流最小值和最大值等于平均值。 該式表示了 L 為無窮大時電樞電流的平均值 0I ，即 （ 219） 該式表明，以電動機一側(cè)為基準看，可將直流電源看作是被降低到了 。 假設負載中 L 值較小，則有可能出現(xiàn)負載電流斷續(xù)的情況。利用解析方法可對電流斷續(xù)的情況進行解析。電流斷續(xù)時， 010?I ， T= ont + xt 時， 2i =0，利用式（ 215）和（ 216）可求出 xt 為 （ 220） 當 xt oft 時，電路為電流斷續(xù)工作狀態(tài)， xt oft 是電流斷續(xù)的條件，即 ???????? ???? ??? ?? ttt eR EEeIi 1M202 on???????? ??? ?? ?? onon 1M1020 tt eREeII???????? ???? ?? ??o f fo f f tmt eR EEeII 12021REeemREeeREITt???????? ?