第三章01降壓型直流變換器

第三章直流變換器第二節(jié)降壓型開(kāi)關(guān)電源第二節(jié)降壓型開(kāi)關(guān)電源VT—高頻晶體開(kāi)關(guān)管，

工作在：導(dǎo)通飽和狀態(tài)截止?fàn)顟B(tài)起開(kāi)關(guān)作用,可用MOS管和IGBT管代替;開(kāi)關(guān)管與負(fù)載RL側(cè)電路相串聯(lián)，VT的反復(fù)周期性導(dǎo)通和截止，控制了Ui是否加到負(fù)載RL的時(shí)間比例，起到斬波作用。VD—續(xù)流二極管，當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT截止時(shí)，VD提供一個(gè)稱為“續(xù)流”電流的通路，使電感電流不致迅變中斷，避免電感感應(yīng)出高壓而將晶體管擊穿損壞。此續(xù)流通路也是電感能量放出到負(fù)載的通路。

L—儲(chǔ)能電感，有兩個(gè)作用：能量轉(zhuǎn)換和濾波C—濾波電容，減小負(fù)載電壓的脈動(dòng)成分和減小輸出阻抗。

RL—等效負(fù)載電阻，用電設(shè)備。將一個(gè)直流電壓Ui轉(zhuǎn)換成另一個(gè)直流電壓U0，且U0<Ui降壓

Ui—輸入直流電壓，該電壓大小不穩(wěn)定或者有紋波U0—輸出直流電壓，紋波小，穩(wěn)定。該電路工作在周期狀態(tài):T=ton+toff一、工作原理1.開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通期tonVT導(dǎo)通，VD而截止，電感L儲(chǔ)能，流過(guò)電感的電流增大，電感兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)UL的方向：UL左（＋）右（－）電源一方面讓電感儲(chǔ)能，一方面向負(fù)載供電。

u0’≈uiuL

≈

ui－u0iL直線上升ton期間iL的增量電感L中磁場(chǎng)儲(chǔ)能:2、開(kāi)關(guān)管截止期toff：VT截止，電感上的電流iL不能發(fā)生突變，VD導(dǎo)通，VD導(dǎo)通成為續(xù)流二極管u0’=uVDS=1v電感放電，電感電流iL下降感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)UL的方向：UL左（－）右（＋）大小：電感L對(duì)負(fù)載供能。uL

≈

u0（忽略了二極管VD導(dǎo)通飽和壓降）

iL直線下降toff期間iL的減小量iVD＝iL二、輸入輸出電壓的關(guān)系式方法1：設(shè)占空比u0＝Dui方法2：輸出電壓u0等于其濾波前u0’的平均值

當(dāng)輸入電壓變化時(shí)，可以通過(guò)閉合的反饋控制回路自動(dòng)地調(diào)整占空比D來(lái)使輸出電壓u0維持不變。為了維持輸出電壓u0穩(wěn)定不變，反饋控制回路可以采用以下三種調(diào)制方式:

1.脈沖寬度調(diào)制（PulseWidthModulation）PWM

方波的周期T保持不變，改變脈沖寬度ton來(lái)穩(wěn)定輸出電壓。2.脈沖頻率調(diào)制（PulseFrequencyModulation）PFM保持方波的寬度ton不變，改變脈沖頻率（即周期T）以穩(wěn)定輸出電壓。

3.混合調(diào)制方式靠同時(shí)改變方波的寬度ton和脈沖周期T（頻率）來(lái)維持輸出電壓。穩(wěn)壓原理:1、先將直流電壓Ui通過(guò)高頻開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)變成斬波，通過(guò)L、C將斬波濾波成直流電壓。當(dāng)Ui變化時(shí)，靠改變斬波的寬窄來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出不變，并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的。2、L、C將斬波濾波成直流電壓。在低頻時(shí)電感和電容體積和重量會(huì)很大，所以低頻時(shí)不用開(kāi)關(guān)電源。

三、開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路的效率：忽略VT和VD的開(kāi)關(guān)損耗VT導(dǎo)通飽和壓降uVTS＝1vVD導(dǎo)通飽和壓降uVDS＝1vPi=P0+PVTS+PVDSPVTS晶體管VT的導(dǎo)通損耗PVDS續(xù)流二極管的導(dǎo)通損耗得例：u0＝48v，則η＝48/49≈98%若考慮VT和VD的開(kāi)關(guān)損耗及儲(chǔ)能電感的損耗，效率要低些。四、儲(chǔ)能電感L電感量的計(jì)算：開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路有三種工作狀態(tài)：

（電感電流）連續(xù)工作狀態(tài)（CCM）（電感電流）臨界工作狀態(tài)（Critical)（電感電流）不連續(xù)工作狀態(tài)（DCM）流過(guò)儲(chǔ)能電感的電流iL剛剛不出現(xiàn)間斷時(shí)所需的儲(chǔ)能電感量為最小電感量，即臨界狀態(tài)時(shí)的電感量。得

得得在調(diào)頻（PFM）式開(kāi)關(guān)電源中，常按式②來(lái)選取Lmin，D應(yīng)取最小值，T應(yīng)取最大值Tmax。－－－－－－－－②－－①在調(diào)寬（PWM）式開(kāi)關(guān)電源中，按式①選取Lmin，式中toff應(yīng)取最大值。

五、功率晶體管T的選擇：1.晶體管的最大集電極電流icp>iLp2.晶體管集一射極間所需承受的最大峰值電壓ucep>ui（開(kāi)關(guān)管的受壓波形）ucep>=ui3.開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率：與電路的工作頻率相同.4.晶體管導(dǎo)通時(shí)集一射極間的壓降小,導(dǎo)通損耗小，提高電路效率.

總之：選功率晶體管時(shí)應(yīng)選集電極最大允許電流icm>icp

；截止時(shí)，集一射極之間的最大耐壓大于等于ucep；晶體管的飽和壓降要??；開(kāi)關(guān)性能好。

六、續(xù)流二極管VD的選擇：ton期，VD截止，受反向電壓ui，選擇uRM>ui總之：選最高反向工作電壓uRM≥ui;iVDP>iLp，正向?qū)▔航敌『头聪蚧謴?fù)時(shí)間tm短的二極管作為續(xù)流二極管。2、在電路中二極管截止時(shí)所承受的反向電壓應(yīng)小于該二極管允許的最大反向電壓。1、該電路流過(guò)二極管的最大電流應(yīng)小于該二極管允許流過(guò)的最大電流。

toff期，VD導(dǎo)通，流過(guò)的最大電流為：3、選VD導(dǎo)通壓降小的,減少導(dǎo)通損耗。4、二極管的響應(yīng)速度應(yīng)大于等于開(kāi)關(guān)速度。

七、降壓型開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1.電路簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，可靠性高，效率高。2.對(duì)功率晶體管及續(xù)流二極管耐壓的要求低，只要求等于或大于輸入電源電壓ui即可。3.儲(chǔ)能電感在功率晶體管導(dǎo)通時(shí)能將電能變?yōu)榇拍軆?chǔ)存起來(lái)，而在晶體管截止時(shí)，又能將儲(chǔ)存的磁能變?yōu)殡娔芾^續(xù)向負(fù)載供電，電源帶負(fù)載能力強(qiáng)，電壓調(diào)整率好。4.儲(chǔ)能電感和輸出電容Co組成了“L”型濾波器，能進(jìn)一步降低輸出電壓中的紋波成分。缺點(diǎn)：1.在這種電路中，功率晶體管和負(fù)載是直接與整流電源串聯(lián)的，故萬(wàn)一晶體管被擊穿短路時(shí)，負(fù)載兩端電壓便升高到直流電源電壓ui，這就會(huì)使負(fù)載因承受過(guò)電壓而損壞。2.這種電路和交流電網(wǎng)之間直接連接，沒(méi)有電的隔離。例在降壓型開(kāi)關(guān)電源中，設(shè)其輸出直流電壓U0=48V，當(dāng)其占空比D能在0.1—0.9之間變化時(shí)，問(wèn)電網(wǎng)電壓在什么范圍內(nèi)變化時(shí)，其輸出電壓U0能夠維持恒定不變？（設(shè)單相全波整流，整流后的輸出約等于交流電的有效值乘1.2).例在降壓型開(kāi)關(guān)電源中，設(shè)其輸出直流電壓U0=48V，當(dāng)其占空比D能在0.1—0.9之間變化時(shí)，問(wèn)電網(wǎng)電壓在什么范圍內(nèi)變化時(shí)，其輸出電壓U0能夠維持恒定不變？解：降壓型電路：U0=DUi，Ui=U0/D當(dāng)D=0.1時(shí)：Ui1=U0/D=48/0.1=480V

當(dāng)D=0.9時(shí)：Ui2=U0/D=48/0.9=53.33V降壓型電路的輸入直流電壓范圍53.33V—480V之間