第3章 直流直流变换器
电力电子技术课后习题答案(第2—5章)
第2章 整流电路2. 2图2-8为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路,问该变压器还有直流磁化问题吗?试说明:晶闸管承受的最大反向电压为22U 2;当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。
答：具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，该变压器没有直流磁化问题。
因为单相全波可控整流电路变压器二次侧绕组中，在正负半周上下绕组中的电流方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不存在直流磁化的问题。
以下分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况。
①以晶闸管VT2为例。
当VT1导通时，晶闸管VT2通过VT1与2个变压器二次绕组并联，所以VT2承受的最大电压为22U 2。
②当单相全波整流电路与单相全控桥式整流电路的触发角α相同时，对于电阻负载：(O~α)期间无晶闸管导通，输出电压为0；(α~π)期间,单相全波电路中VT1导通，单相全控桥电路中VTl 、VT4导通，输出电压均与电源电压U 2相等；( π~απ+)期间均无晶闸管导通，输出电压为0；(απ+~2π)期间，单相全波电路中VT2导通，单相全控桥电路中VT2、VT3导通，输出电压等于－U 2。
对于电感负载： ( α~απ+)期间，单相全波电路中VTl 导通，单相全控桥电路中VTl 、VT4导通，输出电压均与电源电压U2相等； (απ+~2απ+)期间，单相全波电路中VT2导通，单相全控桥电路中VT2、VT3导通，输出波形等于-U2。
可见，两者的输出电压相同，加到同样的负载上时，则输出电流也相同。
2.3.单相桥式全控整流电路，U 2=100V ，负载中R=20Ω，L 值极大，当α=︒30时，要求：①作出U d 、I d 、和I 2的波形；②求整流输出平均电压U d 、电流I d ，变压器二次电流有效值I 2；③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。
解：①Ud 、Id、和I2的波形如下图：②输出平均电压Ud 、电流Id、变压器二次电流有效值I2分别为：Ud =0.9U2cosα=0.9×100×cos︒30＝77.97（V）Id＝Ud/R=77.97/2=38.99(A)I2=Id=38.99(A)③晶闸管承受的最大反向电压为：2U2=1002=141.4(V) -考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：UN=(2~3)×141.4=283~424(V)具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。
第3章 直流变换器
第3章 直 流 变 换 器直流变换器，即直流-直流变换器，是将一种直流电源变换为另一种具有不同输出特性的直流电源。
直流变换是为解决系统效率，特别是大功率系统的效率而提出的解决方案。
它是一种将直流电能变换成负载所需的电压或电流可控的直流电能的电力电子装置。
它通过对电力电子器件的快速通、断控制而把恒定直流电压斩成一系列的脉冲电压，通过控制比的变化来改变这一脉冲序列的脉冲宽度，以实现输出电压平均值的调节，再经输出滤波器滤波，在被控负载上得到电压或电流可控的直流电能。
直流变换器按照电路拓扑可以分为基本的不带隔离变压器的直流变换器和带隔离变压器的直流变换器两大类。
基本的直流变换器是通过开关管，再经电容、电感等储能滤波元件将输入的直流电压变换为符合负载要求的直流电压或电流。
这种变换器适用于输入输出电压等级相差不大，且不要求电气隔离的应用场合。
基本的直流变换器有多种电路接线形式，根据其电路结构及功能分类，本章将讨论以下四种基本类型：（1）Buck 直流变换器；（2）Boost 直流变换器；（3）Buck-Boost 直流变换器；（4）Boost-Buck 直流变换器。
其中，（1）、（2）两种是直流变换器最基本的结构；（3）、（4）是前两种基本结构的组合形式。
本章将详细分析上述四种变换器的基本原理和稳态工作特性，分析过程中，为便于理解把变换器中的功率器件看作理想开关，并且对电路中电感和电容的损耗忽略不计。
此外还假定变换器的直流输入电源为理想的恒压电压源。
直流变换器输出端所带负载常用一等效电阻来表示。
而在直流电机驱动中，电机负载可表示为直流电压与绕组电阻和电感的串联等效电路。
3.1 基本直流变换器3.1.1 Buck 直流变换器Buck 变换器（又称作降压变换器）就是将直流输入电压变换成相对低的平均直流输出电压。
它的特点是输出电压比输入的电压低，但输出电流比输入电流高。
它主要用于直流稳压电源中，在这些应用场合，变换器的输出电压可根据输入电压和负载阻抗进行调节。
第5章 习题(1)-带答案
第3章直流-直流变换电路习题（1）第1部分：填空题1.直流斩波电路完成的是直流到另一固定电压或可调电压的直流电的变换。
2.直流斩波电路中最基本的两种电路是降压斩波电路和升压斩波电路。
3.斩波电路有三种控制方式：脉冲宽度调制、脉冲频率调制和混合型，其中最常用的控制方式是：脉冲宽度调制。
4.脉冲宽度调制的方法是：周期不变，导通时间变化，即通过导通占空比的改变来改变变压比，控制输出电压。
5.脉冲频率调制的方法是:导通时间不变，周期变化，导通比也能发生变化，从而达到改变输出电压的目的。
该方法的缺点是：导通占空比的变化范围有限。
输出电压、输出电流中的谐波频率不固定，不利于滤波器的设计。
6.降压斩波电路中通常串接较大电感，其目的是使负载电流连续。
7.升压斩波电路使电压升高的原因：电感L储能使电压泵升，电容C可将输出电电压保持住。
8.升压斩波电路的典型应用有直流电动机传动和单相功率因数校正等。
9.升降压斩波电路和Cuk斩波电路呈现升压状态的条件是开关器件的导通占空比为 0.5<α<1 ；呈现降压状态的条件是开关器件的导通占空比为 0.5<α<1 。
第2部分：简答题1.画出降压斩波电路原理图并简述其工作原理。
(略，看书上)2.画出升压斩波电路原理图并简述其基本工作原理。
（略，看书上）第3部分：计算题1.在题图3-1所示的降压斩波电路中，已知E=100V，R=10Ω，L值极大，E M=20V，T=100μs,t on=50μs。
1）画出输出电压u o,输出电流i o,流过器件V的电流i V以及流过二极管VD的电流iVD2）计算输出电压平均值U o，输出电流平均值I o，器件V上的平均电流I，及二极管VD上V。
的平均电流IVD题图3-12.设计题图3-2所示的Buck变换器。
电源电压Vs=220V，额定负载电流11A，最小负载电流1.1A，开关频率20KHz。
要求输出电压V o=110V；1）L值和C值极大时，采用脉宽调制控制方式，求开关T的导通占空比及在1个开关周期中的导通时间。
《直流直流变换器》课件
测试方法与步骤
• 测试方法：采用恒流恒压源进行测试，分别对输入电压、 输出电压、输入电流、输出电流进行测量。
测试方法与步骤
测试步骤 1. 将DC电源设置为所需的输入电压。
2. 将DC-DC变换器模块连接到电源和测量设备上。
测试方法与步骤
01
3. 启动电源，并记录测量数据。
02
4. 改变输入电压，重复步骤3。
集成化
集成化技术使得多个功能模块在单一芯片上实现 ，提高了系统的可靠性和紧凑性。
市场发展前景
电动汽车市场增长
随着电动汽车市场的不断扩大，直流-直流变换器的需求量将大 幅增加。
分布式电源并网
分布式电源并网技术的发展将促进直流-直流变换器在分布式能 源系统中的应用。
工业自动化
工业自动化领域的快速发展将带动直流-直流变换器在电机驱动 、自动控制系统等领域的应用。
03
5. 分析测量数据，得出结论。
实验结果分析
数据分析
根据测量数据，分析DC-DC变换器的性能指标 ，如效率、电压增益、电流增益等。
结果比较
将实验结果与理论值进行比较，分析误差原因 。
结论总结
根据实验结果，总结DC-DC变换器的性能特点，并提出改进意见。
05
直流-直流变换器的应用实例
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
可靠性和可维护性。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
04
直流-直流变换器的实验与测试
实验平台搭建
实验设备
实验平台调试
DC电源、DC-DC变换器模块、电压 表、电流表、电感、电容等。
确保实验设备的正确连接，并进行必 要的调试，以确保实验的顺利进行。
直流直流变换器
率。
热设计
热分析
对变换器进行热分析，确 定关键发热元件和最高温 度点，为散热设计提供依 据。
散热设计
根据热分析结果，选择适 当的散热方式，如自然散 热、强制风冷或液冷等。
热管设计
利用热管的高效传热特性， 将热量从发热元件传导至 散热器，提高散热效果。
直流-直流变换器
目录
• 引言 • 直流-直流变换器的分类 • 直流-直流变换器的应用 • 直流-直流变换器的设计与优化 • 直流-直流变换器的挑战与解决方
案 • 未来展望
01
引言
定义与作用
定义
直流-直流变换器是一种将直流电 能转换为另一种直流电能的装置 。
作用
在电力电子、通信、仪器仪表、 工业自动化等领域，直流-直流变 换器广泛应用于电压调节、电流 控制和电源管理等方面。
电磁兼容性（EMC）设计
滤波设计
在变换器输入和输出端加入滤波电路，抑制电磁 干扰的传播。
屏蔽设计
对关键电路和元件进行屏蔽，以减小电磁干扰的 影响。
接地设计
合理设计接地网络，降低地线回路的干扰电压， 提高系统的电磁兼容性。
05
直流-直流变换器的挑战 与解决方案
效率与体积的权衡
挑战
在设计和制造直流-直流变换器时， 需要权衡效率和体积。通常情况下， 更高的效率需要更大的体积和更复杂 的电路设计。
THANKS
感谢观看
多路输出直流-直流变换器的发展
随着多路输出电源需求的增加， 多路输出直流-直流变换器的发
展成为未来的重要方向。
多路输出直流-直流变换器能够 同时提供多路稳定、可调的直流 电压，满足各种不同设备的电源
直流直流变换器设计背景与意义
直流直流变换器设计背景与意义
直流直流变换器（DC-DC Converter）是一种将一种直流电压转换为另一种直流电压的电子器件。
它的设计背景与意义如下：
1. 电力供应：由于电网中常用的是交流电，但很多电子设备需要使用直流电供电，如计算机、手机等。
因此，需要将电网中的交流电转换为需要的直流电，这时就需要使用直流直流变换器进行转换。
2. 电能转换：在一些电力系统中，需要将电能从一个直流电源传输到另一个直流负载，如电动车、电动机等。
直流直流变换器能够实现这种电能的高效转换，提高能量转移的效率。
3. 电压匹配：不同的电子设备或电子组件需要不同的电压供电，直流直流变换器能够将一个直流电源的电压转换为所需的电压，满足不同设备的需求。
4. 节能降耗：直流直流变换器能够提高能量的传输效率，减少能量转换过程中的能量损耗。
在一些需要长时间工作的设备中，使用直流直流变换器可以显著降低耗能，延长设备的使用寿命。
5. 转换器拓扑：直流直流变换器的设计主要涉及转换器的拓扑结构选择、功率集成电路的选用、控制算法的设计等方面。
这些设计是电力电子领域的重要研究内容，对提高电力转换效率、减少成本、改善系统可靠性具有重要意义。
总之，直流直流变换器的设计背景与意义在于实现不同电压间的转换，满足电子设备、电力系统中的电能转换与供电要求，提高能量转换效率、降低能量损耗，并推动电力电子领域的研究和应用。
四象限工作特性与原理PPT课件
Ke
K e
K e
✓ 电机的转矩方程为：
Te KT I AB
转矩大小由电枢电流 的大小决定，转矩方 向由电枢电流的方向
决定。
✓ 转矩方向与电机转向相同为电动状态，反之为制动状态
直流电机的四象限运行
四象限直流—直流变换器
T1
VS A
T2
D1 T3
D3
La Ra Ea B
I AB
D2 T4
D4
T1
D
TS
输出电流方向： 反向
电机运行于反向电动状 态，能量由直流输入电源 供向负载。
四象限直流—直流变换器
第四象限工作
工作模式：
升压（T4 D3构成Boost 升压变换器）
输出电压方向：
正向
VS A
A
La Ra Ea
iAB
D3
B
T4
输出电压大小：
Vs
1
1 D
VAB
VAB
输出电流方向： 反向
Байду номын сангаас
电机运行于反向制动状 态，能量由负载供向直 流输入电源。
四象限直流—直流变换器 第三、四象限运行等效电路
VS
T1
A
断 T3 La Ra Ea
B
D3
T2 通 IAB T4
D4
(c)第三 第四两象限变换电路
四象限直流—直流变换器
第三象限工作
工作模式：
降压（T3 D4构成 Buck降压变换器）
输出电压方向： 反向（VAB<0）
输出电压大小：
T
on
V V BA
-9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用
STATCOM的基本原理
电力电子技术-带隔离变压器的DC-DC变换器
Vs T1
D2
D1
+
N*1
*
D
-
T2
(c) 双管正激变换器
L
iL C
工作原理： T1和T2具有相同的通断控制信号； T1、T2导通时，D1、D2反偏截止，
电源通过变压器向负载输送能量；
直流－直流变换器(6)
Vs T1
D2
D1
-
N*1
*
D
+
T2
(c) 双管正激变换器
L
iL C
电力电子技术 第14讲
3 直流－直流变换器（6）
直流－直流变换器(6)
本讲是 第3章 直流－直流变换器 的第6讲，上5讲的主要内容是： 3.1 降压斩波电路 3.2 升压斩波电路 基本斩波电路的仿真实验 3.3 复合斩波电路和多相多重斩波电路 3.4 直流可逆PWM系统
前面的斩波电路的输入和输出在电气上是不隔离的，本讲将学习 3.5 带隔离变压器的DC-DC变换器
电能通过变压器从电源传递到负载侧
直流－直流变换器(6)
D3
Vs
i i s
*N1+
T
B
1
i3 +
N3*-
D2 o-L + vo
-* H
+
i2
N2
iL
D1
C
单端正激DC/DC变换器（T截止）
T截止时： i1 = 0, i2 减小；磁通减小，感应电动势反向
N2上的感应电动势使D2截止；变压器激磁电流突变为零，
Vs
+
eBA
= Vs
+
N1 N3
eco
13_直流直流升压变换器工作原理
直流/直流升压（B o o s t ）变换器的工作原理01B o o s t变换器简介02B o o s t变换器的升压原理03B o o s t变换器的稳压原理01B o o s t变换器简介B o o s t变换器简介低压直流高压直流升压稳压有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）02B o o s t变换器的升压原理1. 制造一条下坡路径令小球产生速度2. 下坡路径至上坡路径的转换3. 利用惯性将小球送向高处V SV o +−CL有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）V SV o +−CLi LTD开关：高速开通关断二极管：互补导通电容：减小电压波动电感：泵送能量03B o o s t变换器的稳压原理电感电流连续(C C M )时的工作原理V SV o +−CL i L +−v L TDE OT on开通期T on1 电感关系式2 电感电流变化率3 电感电流在开通期的增加量开通期T on∆=⋅+Li T V L onS=dt Ldi V L S=dt V L di S L1 电感关系式2 电感电流变化率3 电感电流在开通期的增加量OE DTL v −+L i L C−+o V SV T onT off关断期T off−=dtV V Ldi S o L1 电感关系式2 电感电流变化率=−dt Ldi V V L S o∆=⋅−−Li T V V L offS oov n i I 0o V −S VS V Lv toV O E v txa m L I ni m L I L i T t t 电感电流连续(C C M )时的工作原理有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）电感电流在关断期的增加量电感电流在开通期的增加量0offS on S o s sT V T V V L T L T −⋅+⋅=0L L i i +−∆+∆=11o S V V D=−占空比: 开关管导通时间占整个开关周期的比重输入电压与输出电压关系推导稳压控制的简单示例80VS V =80110.8400S o V D V =−=−=40VS V =40110.9400S o V D V =−=−=V SV o +−CL i L +−v LT D400Vo V =小结◼Boost变换器可将低电压变换成高电压◼Boost变换器利用电感进行升压◼Boost变换器通过占空比控制实现稳压。
第3章 整流电路习题
第3章交流-直流变换器习题（1）第1部分：填空题1.电阻负载的特点是，在单相半波可控整流电阻性负载电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是。
2.阻感负载的特点是，在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是，其承受的最大正反向电压均为，续流二极管承受的最大反向电压为（设U2为相电压有效值）。
3.单相桥式全控整流电路中，带纯电阻负载时，α角移相范围为，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为和；带阻感负载时，α角移相范围为，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为和；带反电动势负载时，欲使电阻上的电流不出现断续现象，可在主电路中直流输出侧串联一个。
4.单相全控桥反电动势负载电路中，当控制角α大于不导电角时，晶闸管的导通角= ; 当控制角小于不导电角时，晶闸管的导通角= 。
5.从输入输出上看，单相桥式全控整流电路的波形与的波形基本相同，只是后者适用于输出电压的场合。
6.电容滤波单相不可控整流带电阻负载电路中，空载时，输出电压为，随负载加重U d逐渐趋近于，通常设计时，应取RC≥T，此时输出电压为U d≈U2(U2为相电压有效值)。
7.填写下表单相整流电路比较.第2部分：简答题1.如题图3-1所示的单相桥式半控整流电路中可能发生失控现象，何为失控，怎样抑制失控？题图3-1 题图3-22.单相全波可控整流电路与单相桥式全控整流电路从直流输出端或从交流输入端看均是基本一致的，那么二者是否有区别呢3.题图3-2为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，问该变压器还有直流磁化问题吗试说明：①晶闸管承受的最大反向电压为2；②当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。
第3部分：计算和画图题1.单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R＝2Ω，L值极大，当α＝30°时，要求：①作出ud、id、和i2的波形；②求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次电流有效值I2；③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。
直流斩波电路
U0
1
E
1
1a
E
9
2 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
L
VD
M
EM
V uo
E
a)
uo
E
uo
E
O
t
O
t
i
i1
i2
io
I10
I20
I10
i1
i2
I20
O
ton
toff
T
t
O
ton
t 1 tx
t2
t
t off
T
b)
c)
图3-3 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
10
3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电 路
第3章 直流斩波电路 （DC/DC变换）
直流斩波电路有时也称为直流-直流变换器。它是将 一种一种直流电压等级转变为另一种电压等级，或固定 为某一电压等级。
3.1 基本斩波电路 3.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路
1
3.1 基本斩波电路
3.1.1 降压斩波电路 3.1.2 升压斩波电路 3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩 波电路 3.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波 电路
i1(t)dt
0
tx 0
i2
(t)dt
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
7
降压原理分析与推导
T为通态、D断态
V i 0 i i
EO S D L
S
3.1 直流/直流降压变换器
8
降压原理分析与推导（续） T为断态, D续流
0 i i
EO D
L
3.1 直流/直流降压变换器
9
降压原理分析与推导（续）
vEO
VS 0
VG
0
t
vEO
0
Vs
t
vL
0
Vs- Vo -Vo
ILmax
t
VS VO VO iL ILmin Ton Toff IL=Io 0 t L L Ton Toff Ts Ton VO Ton D TS VS Ton Toff 用“稳态时电感电流变化量相等”推导 出了输入电压与输出电压之间的关系！
3.1 直流/直流降压变换器
27
Buck变换器的外特性
外特性定义：在占空比D一定时，变压比M与占空比D和负载 电流标幺值IO*的函数关系。
电感电流连续时，M=D，输出
电压与负载电流无关,控制特 性为线性。
电感电流出现断流，控制特
性为非线性。
从线性到非线性的转折点由
临界负载电流确定。虚线 ABCDG是VO为定值时的临界。
3.1 直流/直流降压变换器
29
Buck DC/DC变换器的设计（续）
求开关管、二极管参数
（1）求T、D承受的最大电压值（截止时所承受的电压，都是输 入电压）； （2）求T、D承受的最大电流值（等于电感电流的最大值）； 电感电流临界连续条件求电感L； 求电感电流的最大值； （3）放大一个安全余量系数。
22
滤波电容的工作状态分析
• 高频周期性充放电状态：稳态平均电流为零。 • 若滤波电容足够大，则电容电压（输出电压）视为 恒定的直流电压。 • 当C不很大时，则电容电压存在一定的脉动。 开关周期内充电电荷（放电电荷）： 输出电压的脉动量： 负载电压纹波：
1 iL TS iL Q 2 2 2 8 fS
Toff TS Ton (1 D)TS
6
3.1 直流/直流降压变换器
Buck电路的分析思路（续1）
• 三种状态： （1）T为通态、D断态 （2）T为断态、D通态—二极管续流 （3）T、D都关断的状态—电感L的电流断流 • 两种可能的运行工作模式： （1）电感电流连续模式(CCM):在整个开关周期中电感 电流不为零 （2）电感电流断流模式（DCM）:在开关管T阻断态后 期一段时间内电感电流为零。 • 两模式的临界点称为电感电流临界连续状态:开关管阻断 期结束时电感电流刚好降为零。
ILmax
t
iL
0
IL=Io Ton Toff
ILmin t
Ts
17
CCM模式下的工作波形与计算（续） (2) T管阻断, D管导通
E D
T Vs
E+
iL
vL
L
_ +
vo vo=Vo R
VG
0
t
C
vEO
0
Vs
t
vL
L d iS d t VO
O
iL
0
Vs- Vo -Vo
ILmax IL=Io ILmin Toff
2VS VΕΟ (t ) DVS sin(nD) cos(nt ) (3-5) n 1 n
输出电压的直流平均值！ 再次求得直流分量！ 大量的谐波！ 最低次谐波频率为fs
12
3.1 直流/直流降压变换器
输出电压的LC滤波（续）
LC输出滤波
滤波电感L的作用：
对交流高频电压电流呈高 阻 抗，对直流畅通无阻
3.1 直流/直流降压变换器
19
CCM模式下的工作波形与计算（续）
VO 变压比 ： M VS VO MVS DVS
变压比与电路结构、运行状态和导通比都有关系。 在电感电流连续情况下： 变压比M只与占空比D有关，负载电流大小无关。
3.1 直流/直流降压变换器
20
CCM模式下的工作波形与计算（续）
' TO TS Ton Toff TS 1 D D1
M
3.1 直流/直流降压变换器
VO D D VS D D1
VO提高 的原因？
25
临界负载电流IOB
电感电流临界连续电流值即为负载最小电流
I OB I Omin
I Lmax
1 I Lmax 2
vG
0
t
Q：为什么实际应用中广泛采用PWM方式？
3.1 直流/直流降压变换器
11
输出电压的LC滤波
VEO中含有大量谐波，对其进行傅里叶分解如下：
n次谐波幅值
EO (t ) C0 an cos(nt )
n 1
2VS 2VS an sin(n ) sin(nD) n 2 n
滤波电容的作用： 对直流电流阻抗为无穷大， 对交流电流阻抗很小。
Q：如何选取LC？
3.1 直流/直流降压变换器
13
输出电压的LC滤波（续）
滤波器电抗对谐波的阻抗为： ωL 滤波器电容对谐波的阻抗为：1/ωC
如果：
L 1 C
各谐波经过滤波器后几乎衰减为零。
直流量通过滤波器时其大小不受任何影响。
3.1 直流/直流降压变换器
5
Buck电路的分析思路
• 关于开关管T加驱动信号VG 稳态时为周期性通断信号 开关周期为TS 导通时间记为Ton、
fS 1/ TS
D Ton / TS
关断时间记为Toff，
开关频率为fs 占空比D：也叫“导通比”， 是 开关管导通时间与周期的比值。
Ton DTS
3.1 直流/直流降压变换器
28
Buck DC/DC变换器的设计
例3.1 图3.1(a)所示:要求 电源电压Vs=147～220V，
额定负载电流11A，
最小负载电流1.1A， 输出电压Vo=110V； 开关频率20kHz。纹波小于1%。 要求最小负载时电感电流不断流。 计算: 输出滤波电感L和电容C，选取开关管T和二极管D。
态相同”的特点求电路稳态运行表达式。
例如，电感的电流或磁链；电容的电压或电荷
L i
确理解电路、正确设计电路的基础。
Q C V
能分析推导开关电路中的参量之间的关系、画出工作波形，是正
3.1 直流/直流降压变换器
CCM模式下的工作波形与计算 (1) T管导通,D管阻断 + vL _ i
M * D IO 1 M
2
若 I O≥I OB 则 M VO / VS D 否则 M D 负载电流的临界电流标幺值： I
O
IOB / IB 1 D
–IOB与VO、L、fS以及D都有关。 –VO越低、 fS越高、L越大则IOB越小，越容易实现 电感电流连续运行工况。
E L Vs
L
C
+ R
+ Vo _
VG
0
t
vEO
0
Vs
t
O
vL
L d iS d t L d iL d t VS VO
VS VO VS VO VS VO iL+ Ton D TS D L L LfS
3.1 直流/直流降压变换器
0
Vs- Vo -Vo
vEO
0
Vs
t
VS VO 1 D I L D TS VO L LfS
vL
0
Vs -Vo - Vo
IOB
t
I OB
VS VO D (1 D) (1 D) 2 LfS 2 LfS
iLf
0
ILmax Ton Ts Toff
t
存在最大值
I OBm VO 2Lf S
4
数学分析的理想化假设
为简化波形分析和数学推导，假设元器件全理想的。 即 （1）对开关管有：
• • • • 通态电阻为零，电压降为零； 断态电阻为无 限大，漏电流为零； 从通到断、从断到通的过渡过程时间为零。 只用分析开关的通态和断态
（2）电感、电容均为无损耗的理想储能元件。 （3）线路阻抗为零。 （4）在以上假设下，必有“电源输出到变换器的功 率等于变换器的输出功率。”的结论。
t
VO VO VO iL- Toff (1 D)TS (1 D) L L LfS
3.1 直流/直流降压变换器
0
பைடு நூலகம்
Ton
t
Ts
18
CCM模式下的工作波形与计算（续）
VS VO I L+ Ton L VO I L- Toff L
I L+ I L-
改变开关管T的导通时间，即改变导通占空比D ，即 可改变变压比M, 调节或控制输出电压Vo。
(1) 脉冲宽度调制方式 PWM (Pulse Width Modulation) 开关频率不变，改变输出脉冲电压的宽度 ； (2) 脉冲频率调制方式 PFM（Pulse Frequency Modulation） 脉宽 不变，改变开关频率或周期。
设计Buck变换器时选用T、D依据。
vEO
0
Vs
t
vL
0
Vs- Vo -Vo
ILmax
t
iL
0
IL=Io Ton Toff
ILmin t
Ts
滤波电感电流脉动值
I L VS VO D TS L