DC-DC變換(開關(guān)電源)

1、 DC/DC DC/DC變換電路變換電路 1.21.2基本的直流斬波電路基本的直流斬波電路 1.31.3開關(guān)式穩(wěn)壓電源工作原理電路開關(guān)式穩(wěn)壓電源工作原理電路 1.4 1.4 常用開關(guān)式集成穩(wěn)壓器及應(yīng)用常用開關(guān)式集成穩(wěn)壓器及應(yīng)用 1.11.1直流直流PWMPWM控制技術(shù)基礎(chǔ)控制技術(shù)基礎(chǔ)直流變換直流變換將直流電能(DC)轉(zhuǎn)換成另一固定電壓或電壓可調(diào)的直流電能?；镜闹绷髯儞Q電路：基本的直流變換電路：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、庫(kù)克變換電路 重點(diǎn)：重點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)、工作原理及主要數(shù)量關(guān)系 1.11.1直流直流PWMPWM控制技術(shù)基礎(chǔ)控制技術(shù)基礎(chǔ)1.1.1 1.1.1 直流變換的基本原理

2、及直流變換的基本原理及PWMPWM概念概念 直流變換問題的提出直流變換問題的提出直流調(diào)速：需要可變的直流電壓直流調(diào)速：需要可變的直流電壓直流供電電壓一定，而負(fù)載需要不同電壓直流供電電壓一定，而負(fù)載需要不同電壓直流升壓：太陽(yáng)能電池輸出電壓較低，需要直流升壓：太陽(yáng)能電池輸出電壓較低，需要 變換到較高電壓再變換為直流變換到較高電壓再變換為直流1.11.1直流直流PWMPWM控制技術(shù)基礎(chǔ)控制技術(shù)基礎(chǔ)1.1.1 1.1.1 直流變換的基本原理及直流變換的基本原理及PWMPWM概念概念 （1）開關(guān)管）開關(guān)管T導(dǎo)導(dǎo)通時(shí)，通時(shí)，R兩端電壓兩端電壓 uo=US開關(guān)管開關(guān)管僅兩種工作狀態(tài)：僅兩種工作狀態(tài)：導(dǎo)導(dǎo)通通

3、與斷開與斷開開關(guān)管開關(guān)管IGBT導(dǎo)導(dǎo)通通條件：條件： UG0基本的直流變換電路基本的直流變換電路ioUSiSuoRT開關(guān)管開關(guān)管T導(dǎo)導(dǎo)通通等效電路等效電路ioUSiSuoRT1.11.1直流直流PWMPWM控制技術(shù)基礎(chǔ)控制技術(shù)基礎(chǔ)1.1.1 直流變換的基本原理及直流變換的基本原理及PWM概念概念 （2）開關(guān)管）開關(guān)管T斷開斷開時(shí)，時(shí)，R兩端電壓兩端電壓 uo=0開關(guān)管開關(guān)管僅兩種工作狀態(tài)：僅兩種工作狀態(tài)：接通接通與斷開與斷開開關(guān)管開關(guān)管IGBT斷開控制：斷開控制： UG=0基本的直流變換電路基本的直流變換電路ioUSiSuoRT開關(guān)管開關(guān)管T斷開等效電路斷開等效電路ioUSiSuoRT1.1.

4、1 1.1.1 直流變換的基本原理及直流變換的基本原理及PWMPWM概念概念R兩端平均兩端平均電壓：電壓：SsonoUTtU 控制一周期中導(dǎo)通時(shí)間比例可控制輸出平均電壓開關(guān)管開關(guān)管IGBT控制電壓控制電壓R兩端電壓兩端電壓波形波形基本的直流變換電路基本的直流變換電路ioUSiSuoRT1.1.1 1.1.1 直流變換的基本原理及直流變換的基本原理及PWMPWM概念概念 定義上述電路中定義上述電路中導(dǎo)通占空比導(dǎo)通占空比D為為: : offononsontttTtD 通過(guò)控制占空比控制輸出電壓R兩端兩端平均平均電壓：電壓：SsonoUTtU SDU導(dǎo)通占空比導(dǎo)通占空比占空比占空比導(dǎo)通比導(dǎo)通比改變改

5、變占空比占空比D D有三種基本方法：有三種基本方法：1.1.1 1.1.1 直流變換的基本原理及直流變換的基本原理及PWMPWM概念概念 脈沖頻率調(diào)制脈沖頻率調(diào)制(PFM)(PFM) 維持維持ton不變，改變不變，改變TS。改變。改變TS就改變就改變了輸出電壓周期或了輸出電壓周期或頻率。頻率。tonTS1uttonTS2ut2211DTtTtDsonson改變占空比改變占空比D D有三種基本方法：有三種基本方法：1.1.1 1.1.1 直流變換的基本原理及直流變換的基本原理及PWMPWM概念概念脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度調(diào)制(PWM)(PWM)維持維持TS不變，改變不變，改變ton在這種方式中，輸出

6、在這種方式中，輸出電壓波形的周期不變，電壓波形的周期不變，僅改變脈沖寬度。僅改變脈沖寬度。有利于濾波器的設(shè)計(jì)ton1TSutton2TSut改變占空比改變占空比D D有三種基本方法：有三種基本方法：1.1.1 1.1.1 直流變換的基本原理及直流變換的基本原理及PWMPWM概念概念混合脈沖寬度調(diào)制混合脈沖寬度調(diào)制脈沖周期脈沖周期TS與寬度與寬度ton均改變均改變。廣義的脈沖寬度廣義的脈沖寬度調(diào)制技術(shù)包含上調(diào)制技術(shù)包含上述三種控制方式述三種控制方式ton1TSutton2TS2ut2 2直流直流PWMPWM波形的生成方法波形的生成方法生成生成PWMPWM波形有多種方法，常見有波形有多種方法，常見

7、有計(jì)算法計(jì)算法、調(diào)制法調(diào)制法等。等。計(jì)算法計(jì)算法是在每個(gè)時(shí)間段，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)直接是在每個(gè)時(shí)間段，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)直接計(jì)算出當(dāng)前所需要的脈沖寬度，進(jìn)而據(jù)此對(duì)電計(jì)算出當(dāng)前所需要的脈沖寬度，進(jìn)而據(jù)此對(duì)電力電子器件進(jìn)行開關(guān)控制而獲得力電子器件進(jìn)行開關(guān)控制而獲得PWMPWM波形。波形。調(diào)制法調(diào)制法是利用高頻載波信號(hào)與期望信號(hào)相比較是利用高頻載波信號(hào)與期望信號(hào)相比較來(lái)確定各脈沖寬度信息進(jìn)而生成來(lái)確定各脈沖寬度信息進(jìn)而生成PWMPWM波形。波形。調(diào)制法生成調(diào)制法生成PWMPWM波形典型框圖：波形典型框圖：2 2直流直流PWMPWM波形的生成方法波形的生成方法u*R: 調(diào)制信號(hào)uC: 載波信號(hào)載波信號(hào)頻率遠(yuǎn)大

8、于調(diào)制信號(hào)頻率1.21.2基本的直流變換電路基本的直流變換電路 1.2.1 降壓斬波電路1.2.2 升壓斬波電路1.2.3 升降壓斬波電路1.21.2基本的直流基本的直流變換電路電路 基本的直流變換電路：基本的直流變換電路：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、庫(kù)克變換電路 介紹內(nèi)容： 1、電路結(jié)構(gòu)2、工作原理3、主要波形4、基本數(shù)量關(guān)系1.21.2基本的直流斬波電路基本的直流斬波電路 1.2.1 1.2.1 降壓變換電路降壓變換電路 降壓變換電路輸出電壓的平均值低于輸入直流降壓變換電路輸出電壓的平均值低于輸入直流電壓，又稱為電壓，又稱為BuckBuck型變換器。型變換器。 ? D、L、

9、C作用降壓變換電路降壓變換電路IGBT實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)USiSiLuoioRLCTDUSiSiLuoioRLCSD降壓變換電路結(jié)構(gòu)降壓變換電路結(jié)構(gòu)1.2.1 降壓變換電路降壓變換電路1 1 降壓變換電路工作原理降壓變換電路工作原理（1）T導(dǎo)通情形電感電壓uL=US uo，在該電壓的作用下，電感電流iL線性增長(zhǎng) ，電感儲(chǔ)能增加電源能量向電感、負(fù)載傳遞USiSiLuoioRLCTDT導(dǎo)通等效電路USiSiLuoioRLCTD1.2.1 降壓變換電路降壓變換電路1 降壓變換電路工作原理降壓變換電路工作原理（2）T 斷開情形-電流連續(xù)電感電壓uL= uo，在該電壓的作用下，電感電流iL線性下降 ，電感儲(chǔ)能減少

10、電感儲(chǔ)能向電容、負(fù)載轉(zhuǎn)移USiSiLuoioRLCTDT斷開等效電路（iL0)DUSiSiLuoioRLCT1.2.1 1.2.1 降壓變換電路降壓變換電路1 1 降壓變換電路工作原理降壓變換電路工作原理（2）T 斷開情形-電流斷續(xù)電感電壓uL= 0，電容向負(fù)載供電電容儲(chǔ)能向負(fù)載轉(zhuǎn)移T一周期中導(dǎo)通時(shí)間愈長(zhǎng)，向電感轉(zhuǎn)移的能量愈多，向負(fù)載轉(zhuǎn)移的能量也愈多，即輸出電壓愈高控制開關(guān)管導(dǎo)通占空比可控制輸出電壓USiSiLuoioRLCTDT斷開等效電路（iL=0)iLDUSiSuoioRLCT1.2.1 1.2.1 降壓變換電路降壓變換電路1 1 降壓變換電路工作原理降壓變換電路工作原理輸出電壓在0電源

11、電壓之間可調(diào)降壓變換電路降壓變換電路特殊情形：T常斷開特殊情形：T常導(dǎo)通USiSiLuoioRLCTD穩(wěn)態(tài)：電感電壓uL= 0 負(fù)載電壓u0=0穩(wěn)態(tài)：電感電壓uL= 0 負(fù)載電壓u0=US2 主要波形分析1.2.1 1.2.1 降壓變換電路降壓變換電路理論基礎(chǔ)電路理論基本方法分段線性分析 （重點(diǎn)是根據(jù)開關(guān)情況確定等效電路）假設(shè)條件：1、器件是理想的（不考慮開關(guān)時(shí)間、導(dǎo)通壓降等）2、輸出濾波電容較大，輸出電壓基本平直2 主要波形電感電流連續(xù)情形電感電流連續(xù)情形： iL0降壓電路T導(dǎo)通等效電路uG0T斷開等效電路uG=02 2 主要波形主要波形電感電流連續(xù)情形電感電流連續(xù)情形數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型:Ru

12、idtduCiuUdtdiLuCLCCCSLL初值條件初值條件?假設(shè)假設(shè)uC=Uo =常數(shù)常數(shù)iL線性增加線性增加uGtuLCsuU tiLiMimtiCtT導(dǎo)通等效電路導(dǎo)通等效電路+uo-+ uL -T導(dǎo)通波形2主要波形主要波形電感電流連續(xù)情形電感電流連續(xù)情形數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型:RuidtduCiudtdiLuCLCCCLL初值條件初值條件?假設(shè)假設(shè)uC= Uo =常數(shù)常數(shù)iL線性減少線性減少toffCuiLuGttonuLCSuU tiCtimtiMT斷開等效電路斷開等效電路+uo-+ uL -主要波形3 3 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系電感電流連續(xù)情形電感電流連續(xù)情形(1) 平均輸出電壓平均輸

13、出電壓Uo(2) 平均輸出電流平均輸出電流Io表現(xiàn)系統(tǒng)主要性能指標(biāo)的量：表現(xiàn)系統(tǒng)主要性能指標(biāo)的量：(3) 電感電流紋波電感電流紋波D DIL(4) 負(fù)載電壓紋波負(fù)載電壓紋波D DUO主要器件承受的電壓、電流等量可根據(jù)波形確定主要器件承受的電壓、電流等量可根據(jù)波形確定3 3 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系電感電流連續(xù)情形電感電流連續(xù)情形uLuGCSuU iLiCimttttCutontoffiM(1) 平均輸出電壓平均輸出電壓Uo穩(wěn)態(tài)情況下，電感上一周期中的平均電壓為零。0*)(*)(offConCStutuU或或：0*)(*)(offoonoStUtUUSSSonoDUUTtUuLuG3 3 主要數(shù)

14、量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系電感電流連續(xù)情形電感電流連續(xù)情形CSuU iLiCimttttCutontoffiM(2) 輸出平均電流輸出平均電流IoRUDRUISOoIO(3) 電感電流紋波電感電流紋波D DILOSCSLLUUuUdtdiLuonOStLUUmMLiiIDonStULD1uLuG3 3 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系電感電流連續(xù)情形電感電流連續(xù)情形CSuU iLiCimttttCutontoffiMIO(4) 電感電流極值電感電流極值iM、im?穩(wěn)態(tài)情況下，電容上一周期中的平均電流為零。電流連續(xù)時(shí)電流連續(xù)時(shí):22MmMOiiiI電感平均電流=負(fù)載平均電流22LOmLOMIIiIIiDD3 3

15、 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系電感電流連續(xù)情形電感電流連續(xù)情形(5) 電容電壓紋波電容電壓紋波D DuCuGiLimtttontoffiMIOiCtDuCtuCUORUiRuidtduCiOLCLCCD2/2/)(1offonontttOLCmCMCdtIiCUUu2*2*21*1LsCITCuDD3 3 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系電感電流連續(xù)情形電感電流連續(xù)情形（5）電容電壓紋波電容電壓紋波D DuC2*2*21*1LsCITCuDDonSstULDTC2)1 (*2*21*1onSStTULCD8)1 ( SonoffonSDTtttT注意：28)1 (SSTULCDDonSLtULDID1結(jié)論

16、：1：增加LC, 電壓紋波減少2：開關(guān)頻率高，電壓紋波小3：D=0.5，電壓紋波達(dá)到峰值3 3 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系電感電流連續(xù)情形電感電流連續(xù)情形5、電容電壓紋波電容電壓紋波D DuC28)1 (SSCTULCDDuD記：開關(guān)頻率電路TTfS1LCfC21截止頻率濾波電路222)1 (DffUDDuCSC紋波系數(shù)紋波系數(shù)：OCCCUuUuDD222)1 (ffDC電壓紋波系數(shù)很小時(shí),ffC4 主要波形電感電流斷續(xù)情形電感電流斷續(xù)情形：在一段時(shí)間內(nèi)iL=0降壓電路T導(dǎo)通等效電路uG0T斷開、D續(xù)流等效電路uG=0uG=0T斷開、D斷開等效電路4 4 主要波形主要波形電感電流斷續(xù)情形電感電流

17、斷續(xù)情形數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型:RuidtduCiuUdtdiLuCLCCCSLL初值條件初值條件假設(shè)假設(shè)uC=Uo =常數(shù)常數(shù)iL線性增加線性增加uGtuLCSuU tiLiMtiCtT導(dǎo)通等效電路導(dǎo)通等效電路+uo-+ uL -4 4 主要波形主要波形電感電流斷續(xù)情形電感電流斷續(xù)情形數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型:RuidtduCiudtdiLuCLCCCLL初值條件初值條件假設(shè)假設(shè)uC= Uo =常數(shù)常數(shù)iL線性減少線性減少ttttuLuGCSuU iLiCtontoffiMCutconT斷開、斷開、D續(xù)流等效電路續(xù)流等效電路+uo-+ uL -4 4 主要波形主要波形電感電流斷續(xù)情形電感電流斷續(xù)情形數(shù)學(xué)模

18、型數(shù)學(xué)模型:RudtduCidtdiLuCCCLL0初值條件初值條件uC= Uo =常數(shù)常數(shù)iC維持不變維持不變CSuU uLuGiLiCttttCutontofftconiMT斷開、D斷開等效電路+uo-5 5 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系電感電流斷續(xù)情形電感電流斷續(xù)情形（1）平均輸出電壓平均輸出電壓Uo穩(wěn)態(tài)情況下，電感上一周期中的平均電壓為零。0*)(*)(conConCStutuU或或：0*)(*)(conoonoStUtUUSconononoUtttUuLuGCSuU iLiCttttCutontoffiMtcon注意：tcon與電路參數(shù)、ton有關(guān)5 5 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系電感電流

19、斷續(xù)情形電感電流斷續(xù)情形（1）平均輸出電壓平均輸出電壓UoSconononoUtttUuLuGCSuU iLiCttttCutontoffiMtconSoUDDDU211SonTtD 1SconTtD 2記電壓變換比：211DDDUUSo5 5 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系電感電流斷續(xù)情形電感電流斷續(xù)情形(2) 輸出平均電流輸出平均電流IoRUIOo(3) 電感電流紋波電感電流紋波D DILOSCSLLUUuUdtdiLuonOStLUUMLiI DuLuGCSuU iLiCttttCutontoffiMtconIO電流斷續(xù)時(shí)電流斷續(xù)時(shí):2MoiI 5 5 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系電感電流斷續(xù)情形

20、電感電流斷續(xù)情形uLuGCSuU iLuCttttCutontoffiMtcon(4) 電容電壓紋波電容電壓紋波D DuCOLCLCCIiRuidtduCiD21)(1ttOLCmCMCdtIiCUUuMoMsoMCiIiTDDIiCuD)(*)(*21*121IOCuDtt2t1注意：SMoMTDDiIitt)(21125 5 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系電感電流斷續(xù)情形電感電流斷續(xù)情形(4) 電容電壓紋波電容電壓紋波D DuCMoMsoMCiIiTDDIiCuD)(*)(*21*1212221)(*21RLTDLUDDCuSSCDSSonOSMTDLUDDDtLUUi1212*RUDDDTDL

21、UDDDIiSSSOM2111212*注意：=？5 5 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系電感電流斷續(xù)情形電感電流斷續(xù)情形D2與系統(tǒng)參數(shù)關(guān)系與系統(tǒng)參數(shù)關(guān)系uLuGCSuU iLiCttttCutontoffiMtconRUIOoonOSMtLUUi電感平均電流電感平均電流=負(fù)載平均電流負(fù)載平均電流SoSScononMLTDDDLUUTttiI121)(2*2電感平均電流電感平均電流IL:RUTDDDLUUOSoS121)(22111DDkDDUUSo電壓變換比5 5 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系電感電流斷續(xù)情形電感電流斷續(xù)情形D2與系統(tǒng)參數(shù)關(guān)系與系統(tǒng)參數(shù)關(guān)系2111DDkDDUUSo電壓變換比211DDDU

22、USo注意到：212DDkDSRTLk2注意242112kDDD212111211/411242DkkDDDDDDUUSo最后有：(5) (5) 電感電流臨界連續(xù)條件電感電流臨界連續(xù)條件電流臨界連續(xù)電流臨界連續(xù): : 電感電流僅瞬間為零電感電流僅瞬間為零uLuGCSuU iLuCttttCutontoffiMtconIOCuDtt2t1RUIOoonOSMtLUUi電流臨界連續(xù)時(shí)電流臨界連續(xù)時(shí):2MoiI onOSOotLUURUI2SSSSDTLDUURDU2STRLD21電流臨界連續(xù)時(shí)電流臨界連續(xù)時(shí):（5 5） 電感電流臨界連續(xù)條件電感電流臨界連續(xù)條件STRLD21電流臨界連續(xù)時(shí)電流臨界連

23、續(xù)時(shí):電感電流連續(xù)條件電感電流連續(xù)條件:STRLD21電感電流臨界連續(xù)條件電感電流臨界連續(xù)條件: :STRLD21電感電流斷續(xù)條件電感電流斷續(xù)條件:STRLD21降壓變換電路小結(jié)降壓變換電路小結(jié)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1 1、電路簡(jiǎn)單、電路簡(jiǎn)單2 2、控制特性好、控制特性好3 3、負(fù)載側(cè)電流波動(dòng)小、負(fù)載側(cè)電流波動(dòng)小缺點(diǎn)缺點(diǎn)1 1、電源側(cè)電流波動(dòng)大、電源側(cè)電流波動(dòng)大2 2、只能降壓、不能生壓、只能降壓、不能生壓1.2.2 1.2.2 升壓變換電路升壓變換電路 BoostBoost電路電路1 1 升壓變換電路結(jié)構(gòu)與工作原理升壓變換電路結(jié)構(gòu)與工作原理工作原理工作原理: :T導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí), uL=US , 電感電流線

24、性增加電感電流線性增加, ,電感電感儲(chǔ)能增加儲(chǔ)能增加, ,電源向電感轉(zhuǎn)移電能。電源向電感轉(zhuǎn)移電能。T斷開時(shí)斷開時(shí), , uL=US - uC, 電感電流減少電感電流減少, ,電感儲(chǔ)電感儲(chǔ)能減少能減少, , 電感儲(chǔ)能向負(fù)載轉(zhuǎn)移電能。電感儲(chǔ)能向負(fù)載轉(zhuǎn)移電能。升壓變換電路結(jié)構(gòu)升壓變換電路結(jié)構(gòu)升壓變換電路升壓變換電路IGBTIGBT實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)1.2.2 1.2.2 升壓變換電路升壓變換電路 BoostBoost電路電路1 1 升壓變換電路結(jié)構(gòu)與工作原理升壓變換電路結(jié)構(gòu)與工作原理工作原理工作原理: :穩(wěn)態(tài)情況下穩(wěn)態(tài)情況下,T,T斷開時(shí)斷開時(shí), , 電感電流減少電感電流減少, ,uL=US - uC US

25、升壓變換電路升壓變換電路升壓變換電路升壓變換電路IGBTIGBT實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)2 波形分析波形分析假設(shè)條件：1、器件是理想的（不考慮開關(guān)時(shí)間、導(dǎo)通壓降等）2、輸出濾波電容較大，輸出電壓基本平直. .電感電流連電感電流連續(xù)續(xù). .電感電流斷電感電流斷續(xù)續(xù)兩種情形兩種情形: :升壓變換電路升壓變換電路IGBTIGBT實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)2 2 波形分析波形分析- -電感電流連續(xù)情形電感電流連續(xù)情形等效電路等效電路: : 根據(jù)開關(guān)器根據(jù)開關(guān)器件的通斷狀況來(lái)確定件的通斷狀況來(lái)確定IGBTIGBT器件的通斷由其柵器件的通斷由其柵極控制信號(hào)決定極控制信號(hào)決定升壓變換電路升壓變換電路T T斷開等效電路斷開等效電路UG=0T

26、T導(dǎo)通等效電路導(dǎo)通等效電路UG02 2 波形分析波形分析- -電感電流連續(xù)情形電感電流連續(xù)情形iLimtuLSUtCSuU uGttontoffiMiCt升壓變換電路升壓變換電路T T導(dǎo)通等效電路導(dǎo)通等效電路T T斷開等效電路斷開等效電路2 2 波形分析波形分析- -電感電流斷續(xù)情形電感電流斷續(xù)情形升壓變換電路升壓變換電路T T斷開斷開DD續(xù)流等效電路續(xù)流等效電路UG=0T T斷開斷開DD斷開等效電路斷開等效電路UG=0T T導(dǎo)通等效電路導(dǎo)通等效電路UG02 2 波形分析波形分析- -電感電流斷續(xù)情形電感電流斷續(xù)情形uLSUtiLtuGttontoffiMiCtCSuU tconT T導(dǎo)通等效

27、電路導(dǎo)通等效電路T T斷開斷開DD續(xù)流等效電路續(xù)流等效電路T T斷開斷開DD斷開等效電路斷開等效電路3 3 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系- -電感電流連續(xù)情形電感電流連續(xù)情形(1) (1) 平均輸出電壓平均輸出電壓Uo穩(wěn)態(tài)情況下，電感上一周期中的平均電壓為零。0*)(*)(offCSonStuUtU或：或：0*)(*)(offoSonStUUtUSSoffSoUDUtTU11uLuGSUiLiCimttttCSuU tontoffiMTS升壓變換電路升壓變換電路3 3 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系- -電感電流連續(xù)情形電感電流連續(xù)情形(2) 平均輸出電流平均輸出電流IoRUDRUISOo11(3) 電

28、感電流紋波電感電流紋波D DILSLLUdtdiLuonStLUmMLiiID升壓變換電路升壓變換電路uLuGSUiLiCimttttCSuU tontoffiMTS3 3 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系- -電感電流連續(xù)情形電感電流連續(xù)情形(4) 電容電壓紋波電容電壓紋波D DuC升壓變換電路升壓變換電路uLuGSUiLiCimttttCSuU tontoffiMTS考慮Ioim情形:IoDontOCdtICu0)(1onotIC1SSCDTDUCRuD113 3 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系- -電感電流斷續(xù)情形電感電流斷續(xù)情形(1) 平均輸出電壓平均輸出電壓Uo穩(wěn)態(tài)情況下，電感上一周期中的平均電壓

29、為零。0*)(*)(conCSonStuUtU或：或：0*)(*)(conoSonStUUtUSSconcononoUDDDUtttU221SconSonTtDTtDD21注:uLSUtiLtuGttontoffiMiCtCSuU tcon3 3 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系- -電感電流斷續(xù)情形電感電流斷續(xù)情形(2) 平均輸出電流平均輸出電流IoRUDDDRUISOo221(3) 電感電流紋波電感電流紋波D DILSLLUdtdiLuonStLUMLiI DuLSUtiLtuGttontoffiMiCtCSuU tcon電感電流平均值電感電流平均值I L)(*221DDiIML輸出電流輸出電流I

30、o22DiIMo3 3 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系- -電感電流斷續(xù)情形電感電流斷續(xù)情形uLSUtiLtuGttontoffiMiCtCSuU tconD2與系統(tǒng)參數(shù)的關(guān)系與系統(tǒng)參數(shù)的關(guān)系SSMLTDDDLUDDiI)(2)(*221121輸入功率=輸出功率，有：RUIUIUoOOLS2222121121)(2SSSUDDDRTDDDLU2/4112112kDDkD其中：SRTLk23 3 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系- -電感電流斷續(xù)情形電感電流斷續(xù)情形(4) 電容電壓紋波電容電壓紋波D DuCuLSUtiLtuGttontoffiMiCtCSuU tconIoDwonontttOLCdtIiCu

31、)(1wt)(211oMwCIitCuD注意:onSMtLUi22DiIMosMoMwTDiIit2SSCUTDDDLCu*)2/1 (2122221D3 3 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系uLuGSUiLiDttttCSuU tontoffiM(5) 電感電流臨界連續(xù)條件電感電流臨界連續(xù)條件RUIOoonSMtLUi電流臨界連續(xù)時(shí)電流臨界連續(xù)時(shí):)1 (2DiIMo)1 (2DtLURUIonSOoSSSTDDLURDU)1 (2)1 (STRLDD2)1 (2電流臨界連續(xù)時(shí)電流臨界連續(xù)時(shí):電感電流僅瞬間為零電感電流僅瞬間為零3 3 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系(5) 電感電流臨界連續(xù)條件電感電流臨界

32、連續(xù)條件STRLDD2)1 (2電流臨界連續(xù)時(shí)電流臨界連續(xù)時(shí):電流連續(xù)時(shí)電流連續(xù)時(shí):)1 (2DiiImMo)1 (2DiIMo電流連續(xù)條件電流連續(xù)條件:STRLDD2)1 (2電流斷續(xù)條件電流斷續(xù)條件:STRLDD2)1 (2升壓變換電路小結(jié)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1 1、電路簡(jiǎn)單、電路簡(jiǎn)單2 2、電源側(cè)電流波動(dòng)小、電源側(cè)電流波動(dòng)小缺點(diǎn)缺點(diǎn)1 1、負(fù)載側(cè)電流波動(dòng)大、負(fù)載側(cè)電流波動(dòng)大2 2、只能升壓、不能降壓、只能升壓、不能降壓升壓變換電升壓變換電路不宜在輸路不宜在輸出端開路情出端開路情況下工作況下工作!1.2.3 升降壓變換電路升降壓變換電路 Buck-boost電路電路 1 1 升降壓變換電路結(jié)構(gòu)與工作原

33、理升降壓變換電路結(jié)構(gòu)與工作原理T T導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí), , uL=US , , 電感電流線性增加電感電流線性增加, ,電電感儲(chǔ)能增加感儲(chǔ)能增加, ,電源向電感轉(zhuǎn)移電能。電源向電感轉(zhuǎn)移電能。T T斷開時(shí)斷開時(shí), , uL= - uC, , 電感電流減少電感電流減少, ,電感電感儲(chǔ)能減少儲(chǔ)能減少, , 電感儲(chǔ)能向負(fù)載轉(zhuǎn)移電能。電感儲(chǔ)能向負(fù)載轉(zhuǎn)移電能。工作原理工作原理: : 控制控制T T通斷來(lái)控制電源向負(fù)載轉(zhuǎn)移電能通斷來(lái)控制電源向負(fù)載轉(zhuǎn)移電能升降壓變換電路結(jié)構(gòu)升降壓變換電路結(jié)構(gòu)升降壓變換電路升降壓變換電路IGBT實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)3.2.3 3.2.3 升降壓變換電路升降壓變換電路 Buck-boostBuck

34、-boost電路電路 1 1 升降壓變換電路結(jié)構(gòu)與工作原理升降壓變換電路結(jié)構(gòu)與工作原理工作原理工作原理: :特殊情況特殊情況: : T T長(zhǎng)期斷開時(shí)長(zhǎng)期斷開時(shí), ,輸出電壓輸出電壓uO=0。T T導(dǎo)通時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)導(dǎo)通時(shí)間較長(zhǎng)時(shí), ,電感電流將趨于無(wú)限大電感電流將趨于無(wú)限大, ,此時(shí)斷開此時(shí)斷開T T, ,將有無(wú)窮大能量轉(zhuǎn)移到負(fù)載將有無(wú)窮大能量轉(zhuǎn)移到負(fù)載, ,輸輸出電壓出電壓uO也將趨于無(wú)限大也將趨于無(wú)限大。升降壓變換電路升降壓變換電路升降壓變換電路結(jié)構(gòu)升降壓變換電路結(jié)構(gòu)升降壓變換電路升降壓變換電路IGBT實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)2 2 波形分析波形分析. .電感電流連續(xù)電感電流連續(xù). .電感電流斷續(xù)電感電流斷續(xù)

35、兩種情形兩種情形: :假設(shè)條件：1、器件是理想的（不考慮開關(guān)時(shí)間、導(dǎo)通壓降等）2、輸出濾波電容較大，輸出電壓基本平直升降壓變換電路升降壓變換電路2 2 波形分析波形分析- -電感電流連續(xù)情形電感電流連續(xù)情形升降壓變換電路升降壓變換電路T T斷開、斷開、D D續(xù)流等效電路續(xù)流等效電路UG=0T T導(dǎo)通等效電路導(dǎo)通等效電路UG0電感電流連續(xù)電感電流連續(xù)iL02 2 波形分析波形分析- -電感電流連續(xù)情形電感電流連續(xù)情形uLSUtuGttontoffiCtiMiLtim-uC升降壓變換電路升降壓變換電路T T導(dǎo)通等效電路導(dǎo)通等效電路T T斷開、斷開、D D續(xù)流等效電路續(xù)流等效電路波形分析波形分析-

36、-電感電流斷續(xù)情形電感電流斷續(xù)情形升降壓變換電路升降壓變換電路T T斷開、斷開、D D續(xù)流等效電路續(xù)流等效電路UG=0T T導(dǎo)通等效電路導(dǎo)通等效電路UG0電感電流斷續(xù)電感電流斷續(xù):存在存在iL=0時(shí)間段時(shí)間段T T斷開、斷開、D D斷開等效電路斷開等效電路UG=02 2 波形分析波形分析- -電感電流斷續(xù)情形電感電流斷續(xù)情形uLSUtiLtuGttoniCtiMtoff-uCtconT T斷開、斷開、D D續(xù)流等效電路續(xù)流等效電路T T導(dǎo)通等效電路導(dǎo)通等效電路T T斷開、斷開、D D斷開等效電路斷開等效電路3 3 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系- -電感電流連續(xù)情形電感電流連續(xù)情形升降壓變換電路升降

37、壓變換電路uLuGSUiLiCtttttontoffiMim-uC(1) 平均輸出電壓平均輸出電壓Uo穩(wěn)態(tài)情況下，電感上一周期中的平均電壓為零。0*)(*)(offConStutU或或：0*)(*)(offoonStUtUSSoffonoUDDUttU13 3 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系- -電感電流連續(xù)情形電感電流連續(xù)情形升降壓變換電路升降壓變換電路uLuGSUiLiCtttttontoffiMim-uC(2) 平均輸出電流平均輸出電流IoRUDDRUISOo1(3) 電感電流紋波電感電流紋波D DILSLLUdtdiLuonStLUmMLiiIDT導(dǎo)通期間：3 3 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系-

38、 -電感電流連續(xù)情形電感電流連續(xù)情形升降壓變換電路升降壓變換電路uLuGSUiLiCtttttontoffiMim-uC(4)電容電壓紋波電容電壓紋波D DuC考慮Ioim情形:DontOCdtICu0)(1onotIC1SSCTDDURCu211DIoRUIOo3 3 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系- -電感電流斷續(xù)情形電感電流斷續(xù)情形升降壓變換電路升降壓變換電路(1) 平均輸出電壓平均輸出電壓Uo穩(wěn)態(tài)情況下，電感上一周期中的平均電壓為零。0*)(*)(conConStutU或或：0*)(*)(conoonStUtUSScononoUDDUttU21uLuGSUiLiCtttttontoffiM-

39、uCtcon3 3 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系- -電感電流斷續(xù)情形電感電流斷續(xù)情形升降壓變換電路升降壓變換電路(2) 平均輸出電流平均輸出電流IoRUDDRUISOo21(3) 電感電流紋波電感電流紋波D DILonStLUMLiIDSLLUdtdiLuT導(dǎo)通期間：uLuGSUiLiCtttttontoffiM-uCtcon3 3 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系- -電感電流斷續(xù)情形電感電流斷續(xù)情形(4)電容電壓紋波電容電壓紋波D DuC|Io|uLuGSUiLiCtttttontoffiM-uCtconDwonontttOLCdtIiCu)(1)(211oMwCIitCuD注意:onSMtLUi2

40、2DiIMosMoMwTDiIit2SSCUTDDDLCu*) 2/1 (2122221Dtw3 3 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系(5)電流臨界連續(xù)條件電流臨界連續(xù)條件uLuGSUiLiDttttCutontoffiMRUIOoonSMtLUi電流臨界連續(xù)時(shí)電流臨界連續(xù)時(shí):)1 (2DiIMo)1 (2DtLURUIonSOoSSSTDDLURDDU)1 (2)1 (STRLD2)1 (2電流臨界連續(xù)時(shí)電流臨界連續(xù)時(shí):電感電流僅瞬間為零電感電流僅瞬間為零3 3 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系(5)電流臨界連續(xù)條件電流臨界連續(xù)條件電流連續(xù)時(shí)電流連續(xù)時(shí):)1 (2DiiImMo電流連續(xù)條件電流連續(xù)條件:ST

41、RLD2)1 (2)1 (2DiIMouLuGSUiLiCtttttontoffiMim-uCSTRLD2)1 (2電流臨界連續(xù)時(shí)電流臨界連續(xù)時(shí):電流斷續(xù)條件電流斷續(xù)條件:STRLD2)1 (2升降壓變換電路小結(jié)升降壓變換電路小結(jié)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1 1、電路簡(jiǎn)單、電路簡(jiǎn)單2 2、既能升壓、也能降壓、既能升壓、也能降壓缺點(diǎn)缺點(diǎn)1 1、電源側(cè)、負(fù)載側(cè)電流波動(dòng)大、電源側(cè)、負(fù)載側(cè)電流波動(dòng)大D2與電路參數(shù)關(guān)系請(qǐng)自行推導(dǎo)線性調(diào)整式直流穩(wěn)壓電源的線性調(diào)整式直流穩(wěn)壓電源的 穩(wěn)定度高、輸出電壓連續(xù)可調(diào)、輸出紋波小。穩(wěn)定度高、輸出電壓連續(xù)可調(diào)、輸出紋波小。線性調(diào)整式直流穩(wěn)壓電源的最大線性調(diào)整式直流穩(wěn)壓電源的最大功耗大、效

42、率低，為了解決散熱問題須加散熱片，增加了電源功耗大、效率低，為了解決散熱問題須加散熱片，增加了電源體積和重量。另外抗干擾能力較差。體積和重量。另外抗干擾能力較差。造成這些缺點(diǎn)的造成這些缺點(diǎn)的：調(diào)整管工作在線性放大區(qū)，管子集電極電流調(diào)整管工作在線性放大區(qū)，管子集電極電流I IC C和管壓降和管壓降U UCECE都很大，都很大，耗散功率耗散功率P PC C= =I IC CU UCECE很大。很大。開關(guān)電源的基本思想：晶體管工作在飽和導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，管耗很小。開晶體管工作在飽和導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，管耗很小。開關(guān)電源指調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)。關(guān)電源指調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)。換能電路換能電路UOUI控制電

43、路控制電路取取樣樣電電路路將未經(jīng)穩(wěn)壓的輸入將未經(jīng)穩(wěn)壓的輸入電壓電壓U UI I轉(zhuǎn)換成脈沖電壓，再轉(zhuǎn)換成脈沖電壓，再經(jīng)經(jīng)LCLC濾波轉(zhuǎn)換成直流電壓濾波轉(zhuǎn)換成直流電壓。根據(jù)采樣電路所采集根據(jù)采樣電路所采集到的輸出電壓變化信號(hào)，控制到的輸出電壓變化信號(hào)，控制換能電路的工作情況，使輸出換能電路的工作情況，使輸出電壓穩(wěn)定。電壓穩(wěn)定。1.3 降壓式穩(wěn)壓電源的工作原理調(diào)整調(diào)整管管續(xù)流二極管續(xù)流二極管濾波電濾波電路路工作原理u uB B為高電平時(shí)為高電平時(shí)T T飽和導(dǎo)通飽和導(dǎo)通D D截止，電感截止，電感L L儲(chǔ)存能量?jī)?chǔ)存能量, ,電容電容C C充電充電發(fā)射極電位發(fā)射極電位U UE E = =U UI I- -

44、U UCES CES = = U UI Iu uB B為低電平時(shí)為低電平時(shí)T T截止截止電感電感L L儲(chǔ)存能量通過(guò)續(xù)流二極管儲(chǔ)存能量通過(guò)續(xù)流二極管D D對(duì)負(fù)載釋放能量。感生電動(dòng)勢(shì)使對(duì)負(fù)載釋放能量。感生電動(dòng)勢(shì)使D D導(dǎo)通，導(dǎo)通，C C通過(guò)通過(guò)R RL L放電。放電。U UE E - - U UD D結(jié)論 開關(guān)調(diào)整管處于開關(guān)工作狀態(tài)，由于開關(guān)調(diào)整管處于開關(guān)工作狀態(tài)，由于儲(chǔ)能元件儲(chǔ)能元件L L、C C和續(xù)流二極管和續(xù)流二極管D D的作用，負(fù)的作用，負(fù)載電流始終為單方向流通的直流電流。載電流始終為單方向流通的直流電流。u uB B、u uE E、u uO O及及i iL L波形如圖。波形如圖。 UO+ -+ -UIRLLDTiLuEIOCuB(d)0tuBtonUIUn t(a)(b)toffiL(c)IL0tt0uEuOUO1.3 降壓式穩(wěn)壓電源的工作原理00tuBtonUIUn t(a)(b)toffiL(c)IL0tt0uEuOUO UO+ -+ -UIRLLDTiLuEIOC如何穩(wěn)壓輸出電壓輸出電壓U UO O為為IonIDoffCESIonO)()(qUTtUUTTUUTTU電路根據(jù)輸出電壓的變化情況自動(dòng)調(diào)節(jié)電路根據(jù)輸出電壓的變化情況自動(dòng)調(diào)節(jié)u uB B的脈沖占空系數(shù)的脈沖占空系數(shù)q q, ,調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)U UO O的大小，達(dá)到穩(wěn)的大小，達(dá)到穩(wěn)定輸