DC-DC工作原理介绍 PPT
DC-DC变换电路原理
t
或:(US Uo ) * ton (Uo ) * tcon 0
uC
iL
Uo
ton
ton tcon
US
iM t
iC
注意:tcon与电路参数、ton有关
t
5 主要数量关系—电感电流断续情形
(1)平均输出电压Uo
uG ton toff
Uo
ton
ton tcon
US
t
uL
tcon
记
D1
ton TS
e(t) 20
e(t)
10
d(t)
5
t
t
t
t
0.2
0.2
0.1
形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
冲量=窄脉冲面积
冲量相同的各种窄脉冲的响应波形 (d)
(c)
i(t)
(b)
e(t)
L
R
(a)
实验电路
冲量=1 i(t)=?
e(t)
5
0.2 (a)
e(t)
10
t
t
0.2
(b)
e(t) 20
t
0.1 (c)
e(t)
d(t)
t
(d)
1.面积等效原理
比较RL电路对冲量相同而形状不同窄脉冲的 响应波形可知,输出波形大致相同 进一步说,响应波形的低频成份基本相同。
上述原理可以称为面积等效原理。根据该原理, 将平均值为up的一系列幅值相等而宽度不相等 的脉冲加到包含惯性环节的负载上,将与施加 幅值为up的恒定直流电压所得结果基本相同, 这样一来就可用一列脉冲波形代替直流波形。
3.1 直流PWM控制技术基础
3.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念
dc-dc变换原理
dc-dc变换原理
DC-DC变换器是一种电子设备,用于将直流(DC)电压转换为另一种直流电压。
这种转换器在许多电子设备中都有广泛的应用,例如在电源适配器、电动汽车、太阳能系统和通信设备中都可以看到它们的身影。
DC-DC变换器的工作原理基于电感和电容的原理,通过精确控制开关管的导通和截止来实现输入电压到输出电压的变换。
DC-DC变换器的基本工作原理是利用电感和电容储存和释放能量,从而实现电压的升降。
当输入电压施加到变换器上时,开关管周期性地开关,这导致电感和电容中的能量储存和释放。
通过调整开关管的占空比和频率,可以实现对输出电压的精确控制。
在一个典型的升压型DC-DC变换器中,当开关管导通时,电流会通过电感和负载,从而储存能量。
当开关管截止时,电感中的储能会释放,从而提供给负载。
通过控制开关管的导通和截止时间,可以实现输出电压的精确控制。
相比于线性稳压器,DC-DC变换器具有更高的效率和更小的体积。
这使得它们在需要高效能转换和对电源体积要求严格的场合中
得到广泛应用。
总之,DC-DC变换器是一种非常重要的电子设备,它通过精确控制电感和电容的能量储存和释放,实现了输入电压到输出电压的精确变换。
在现代电子设备中,它们的应用已经变得非常普遍,为我们的生活带来了诸多便利。
DCDC
E T T Ton
1
1
E
讨论电感电流的纹波大小
由上面分析可知,在0到Ton时刻电感电流线性增长
到某个值,在Ton到T时刻电感电流再跌落到原来值。我们 可以推导出电流的纹波值:
iL
1 L
Ton
ULdt
1 L
Ton
Usdt
UsTsD
0
L
可见电感电流的纹波与L和TS密切相关,当开关管的 开关频率越高,电感感值越大则电感电流的纹波越小。
D(1
D)
令 Ic iL / 2 ,在整个开关周期中,则当实际负载电流大于Ic时, I1始终大于0,电路工作在电感电流连续模式。当实际负载电流小 于Ic时电路工作在电感电流断续模式。临界连续的电感值为
Lc UsTs D(1 D) 2Ic
• 可见临界负载电流与输入电压、电感、开 关频率有关。开关频率越高、电感感值越 大、则越小,越容易实现电感电流连续工 作模式。
第一章 直流斩波器
( DC-DC变换器 )
电力电子电路四种基本形式:
DC-DC、AC-DC、DC-AC、AC-AC
直流斩波电路(DC Chopper)
将固定的直流电通过电力电子开关 的作用变为另一固定电压或可调电压的 直流电。(不包含DC-AC-DC)
特点:效率高,体积小,重量轻,成本低
其通过对电力电子器件周期性地快速通断, 把恒定直流电压斩成一系列的脉冲电压, 改变这一脉冲列的脉冲宽度或频率可实现 输出电压平均值的调节。因为从工作波形 看,相当于是一个将恒定电流进行斩切输 出的过程,所以称斩波器。
Байду номын сангаасI1 IO
2L
Ro
DC-DC工作原理介绍
1
脉冲宽度调制(PWM)
使用PWM技术控制开关管的开关时间,从而改变输出电压的平均值。
2
电感和电容滤波器
使用电感和电容元件对电流和电压进行滤波,以去除噪音和波动。
3
电路拓扑
使用不同的电路拓扑,如升压、降压、半桥和全桥,实现不同的电源变换功能。
DC-DC电源的优势
1 高效能
DC-DC电源能够以高效率进行能量转换,减少能量的损失和浪费。
2 稳定性
DC-DC电源能够提供稳定的输出电压和电流,保障电子设备的正常工作。
3 小型化
DC-DC电源的体积小巧,适合应用于紧凑的电子设备中。
DC-DC电源的应用
移动设备
DC-DC电源广泛应用于手机、平板电脑和可穿戴 设备等移动设备中,为其提供稳定的电源。
通信设备
DC-DC电源被使用于网络设备、路由器和交换机 等通信设备中,为其提供可靠的电源。
• 部分DC-DC电源会产生电磁干扰,可能对其他电子设备造成干扰。 • 不同类型的DC-DC电源有不同的转换效率和功耗特性。 • 部分DC-DC电源需要外部元件(如电感和电容)辅助工作,增加了系统的复杂性。
3
升降型
能够根据输入电压的不同,自动实现升压或降压的功能,广泛应用于电源管理系 统。
常见DC-DC电源的选择和设计
• 根据设备的动态电流需求,选择合适的输出电流和功率。 • 考虑输入电压和输出电压之间的差异,选择合适的变换拓扑。 • 使用模拟或数字控制技术,以提高功率转换的效率和稳定性。
DC-DC电源的缺点和局限性
DC-DC技术的工作原理
DC-DC电源是一种将直流电能转换为不同电压、电流,并提供给其他电子设备 使用的电子元件。它通过不同的电路拓扑实现电能的变换和调整。
dc-dc升压电路工作原理
dc-dc升压电路工作原理
DC-DC升压电路是一种将直流电压提升到更高电压的电路。
其工作原理基于一个重要的电子器件——升压变换器。
在DC-DC升压电路中,升压变换器通常采用两个关键元件:开关管和电感。
开关管可以是晶体管或MOSFET,它根据控制信号来开关电路。
电感则负责储存能量和平滑电流。
工作原理如下:
1. 开关管关闭:当开关管关闭时,输入电压通过电感和输出负载形成一个回路。
此时电感储存能量,同时输出电压为0。
2. 开关管开启:当开关管开启时,电感中储存的能量开始释放。
由于电感的特性,电流无法突变,而是以一个相对较小的斜率增加。
这导致了电感两端电压的上升。
3. 能量传输:在开关管开启期间,电感储存的能量被输出至输出负载。
输出负载中的电容会平滑输出电压,并保持稳定。
4. 重复过程:开关管周期性地切换,使电感能够储存和释放能量,从而实现稳定的升压效果。
需要注意的是,DC-DC升压电路还可以通过调整开关管的开启和关闭时间来控制输出电压的大小。
此外,电感和电容的数值也会对输出电压进行影响。
总结起来,DC-DC升压电路通过周期性地切换开关管,利用电感储存和释放能量,实现将输入直流电压提升到更高电压的功能。
DC-DC的工作原理
3)测试程序的调试。
根据测试规范的顺序调试各测试项目,调试时应尽量一
项一项调试,这样的话若测试
程序对产品有损伤的话可以快速锁定是哪个测试项目对
其有损伤,便于尽快查找出原因。
4)测试规范和样管数据确认
根据调试结果制定测试规范,制作样管并将测试数据
发给客户确认,待客户确认规范和数据后才可正常量产。
对于大多数应用, 10uF 就能保持输出纹波很小,电压很稳
定。输入电容和输出电容建议都采用 X5R、 X7R 电价质陶瓷
贴片电容,它具有较低的成本,较小的体积,低的 ESR,能
获得非常低的纹波。
3、测试程序的编写与调试
1)根据测试规范编写测试程序,并逐项进行调试。
2)根据调试结果制定测试规范和样管数据并将规范和数
流模式PWM单片式降压稳压器,可以提供输出电压
可调品种和1.2V、1.8V等固定输出电压的品种。稳压
器在无负载时的工作电流为300uA;当处于关断时,
工作电流降到1uA以下。输入工作电压范围为2.5V至
6.5V,非常适合于单节锂离子电池或两至四节干电池
供电的电子产品。AP2406采用100%占空比的方式,
二极管
2.5V至6.5V输入电压范围
输出电压可低至0.6V
允许低压差操作:占空比可达100%
低静态工作电流:300μA(VIN < 4.2V)
电流模式实现优异的线性和负载瞬态响应
短路保护和过温保护
待机电流小于1μA
节约空间的5引脚SOT23封装
C
K3
MC74HC04N
U2D
9
Mounting Hole
GND
DC-DC变换电路
ID
IL (1
D)
1 2
IL (1
D)
Uo D(1 D)2TS 2L
电感电流连续的临界条件推导
二极管VD电流的开关周期平均 值等于负载电流Io。
Io ID
Uo UoD(1 D)2TS
R
2L
L
临界条件: RTS
D(1 D)2 2
一、直接DC/DC变换器
2.升压斩波电路(boost)
2)电感电流断续工作模式(DCM)
现代功率变换技术
第三讲 直流-直流变换
第三讲 直流-直流变换
将大小固定的直流电压变换成可调的直流电压 的变换称为DC/DC变换。
具有这种DC/DC变换功能的电力电子装置,称 为DC/DC变换器(DC/DC Converter)
直流电动机调速、蓄电池充电、开关电源,特 别是在电力牵引上,如地铁、电气机车等。
1
UL TS
TS 0
uLdt
(Ui
Uo )ton TS
Uotoff
=0
一、直接DC/DC变换器
1.降压斩波电路
Uo ton D Ui TS
0 D1
I1
ton TS
Io
DIo
Ui I1 Ui DIo Uo Io
输出功率等于输入功率,可 将降压斩波器看作直流降压变压 器。
一、直接DC/DC变换器
DTS
Ui Uo
D
Uo R
一、直接DC/DC变换器
1.降压斩波电路
2)电感电流断续工作模式 (DCM) 输出电压:
1 2
(Ui
Uo) L
DTS
Ui Uo
D
Uo R
(Ui )2 Ui 2L 0 Uo Uo D2TS R
DC-DC电路转换原理(含计算方式)
PUSH-PULL
第三章 第 9 页
HALF-BRIDGE
第三章 第 10 页
FULL-BRIDGE
第三章 第 11 页
METHODS OF CONTROL
第三章 第 12 页
直流斩波电路
➢直流斩波电路(DC Chopper)
❖ 将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电; ❖ 也称为直接直流--直流变换器(DC/DC Converter); ❖ 一般直流斩波是指直接将直流电变为另一直流电,不包括直
ton——V通的时间 toff——V断的时间 α--导通占空比 称为降Uo压最斩大波为电E路,。减小占空比α ,Uo随之减小。因此
负载电流平均值:
V
L io R
E
iG
VD uo
a)
iG
ton toff
O
T
io i1
i2
I10
I20
O
t1
uo
E
+
M EM
-
t
t
Io
Uo
-EM R
(3-2)
❖电流断续时,Uo被抬高,电机机械特性变软,一般 不希望出现 。
b)
图3-2 升压斩波电路及其工作波形
量为 U o-EI1toff
a)电路图 b)波形
➢ 稳态时,一个周期T中L积蓄能量与释放能量
相等:
E 1 to I n U o - E I 1 toff
(3-20)
化简得:
Uo to
nto to ff
ffET E to ff
(3-21)
T/toff>1,输出电压高于电源电压,故称该电路为升压斩波电路
3.1.1 降压斩波电路
DCDC工作原理介绍课件PPT模板
1.两种开关状态
VG>0, T管导通,D阻断 To n DTS
1.两种开关状态 VG=0, T管阻断
T of f T ST on (1D )T S
Thank you.
演讲结速,谢谢观赏!
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(1)开关管T和二极管D从导通变为阻断,或从阻断变为导通的 过渡过程时间均为零;
(2)开关器件的通态电阻为零,电压降为零。断态电阻为无限 大,漏电流为零;
(3)电路中的电感和电容均为无损耗的理想储能元件; (4)线路阻抗为零。电源输出到变换器的功率等于变换器的输
出功率。
VSIS VOIO
2. 降压原理 对开关管T加驱动信号VG ,开关周期为TS
输出电压的直流平均值
V O C o 2 10 2 v E d ( O t) 2 1 V S 2 1 V S 2 D D s (V -2 3
变压比为M
V O M S D V S V V S/2(-3)
将(3-2),(3-4)代入到(3-1)中
V E(O t) D S V n 12 n V SsinnD )(co nts )((-3 5)
VO2VS
TToofnfVS
DSV
EO V S iD 0 iL iS
VG>0, T管导通 To n DTS
EO 0 iD iL
VG=0, T管阻断
T of f T ST on (1D )T S
输出电压
E(O t)C 0 ancon st)((3 -1) n 1
n次谐波幅值 a n2 n V Ssin n 2 ) (2 n V Ssin nD )((-3 4)
DC-DC电源基础知识ppt课件
DC-DC电源分类及工作原 理
当开关闭合与开关断开的状态达到平衡时,增加的磁通等于减少的磁通, (Vi)*Ton=(Vo)*Toff,根据Ton比Toff值不同,可能Vi< Vo,也可能Vi>Vo。
典型电路分析
设
计
时
常
用 的
非MOS开关管集 成的RT8105
TI公司TPS54627
大容值的电容通常具有较大的等效电感,因而其自谐振频率较小,所以比较适合 用于滤除低频干扰噪声;小容值的电容通常等效电感也较小,因此自谐振频率较
关键器件选 择
输入电容的作用 输入电容的作用是保持输入电压稳定在一定的范围内,并且滤除输入直流电压中 的交流成分。 如右下图,C1电容起到储能作用,当逻辑器件状态变化时提供一个瞬态电流,减 小电源瞬变及跌落,保持电源完整性。一般为铝电解电容。 C2、C3是滤波电容。电容能够“通交流、阻直流”,输入信号中的交流成分可以 通过电容排到大地,剩下纯净的直流成分。其中大电容滤除低频成分、小电容滤 除高频成分。
压,斜坡振荡器提供斜坡输入信号Vramp,它的频率等于开关频率。
稳压过程
PWM控制原理
(1)当输出电压U0增大时,取样电压UNI会同时增大,可简述为:
Uo
UNI
Uc(t)
UG的 d(t)
Uo
(2)当输出电压U0减小时,取样电压UNI会同时减小,可简述为:
Uo
UNI
Uc(t)
UG的 d(t)
Uo
PWM控制原理
4.1 输出电感 · 作用
关键器件选 择
能够将电能转化为磁能而存储起来。由
于电感电流不可突变从而维持整个开关周期
电流的持续输出。
电力电子技术课件-10-DCDC变换器
t off
L I L UO
根据式(3.2.4)、(3.2.5)可求出开关周期TS为
TS1ftontoffUO (IU LdLU dUO)
ILU O (U fdL dU U O)U dD (f1 LD )
流 可一 得上周式期中内△的I平L为均流值过与电负感载电电流流的IO峰相-等峰,即值同,最时大代为入I关2,最系小式为△II1L。= 电I2-感I电1
IOBU2dLTOS D(1D)
式中IOB为电感电流临界连续时的负载电流平均值。
总结:临界负载电流 IOB与输入电压Ud、电感L、开关频率f以及开关管T 的占空比D都有关。
当实际负载电流Io> IOB时,电感电流连续;
当实际负载电流Io = IOB时,电感电流处于连续(有断流临界点);
当实际负载电流Io <IOB时,电感电流断流;
I0
I2
2
I1
(3.2.8)
I1I0U2dLTS D(1D)
2021/5/4
10
4.1.1 Buck变换器
电感电流iL临界连续状态:
变换电路工作在临界连续状态时,即有I1=0,由
I1I0U2dLTS D(1D)
可得维持电流临界连续的电感值L0为:
Lo
UdTS 2I0B
D(1D)
即电感电流临界连续时的负载电流平均值为 :
2021/5/4
基本的斩波器电路及 其负载波形
3
4.1 直流变换电路的工作原理
直流变换电路的常用工作方式主要有两种:
① 脉冲频率调制(PFM)工作方式:
即维持导通时间不变,改变工作周期。在这种调 压方式中,由于输出电压波形的周期是变化的,因此 输出谐波的频率也是变化的,这使得滤波器的设计比 较困难,输出谐波干扰严重,一般很少采用。
DC-DC结构与工作原理
判断DC-DC是否工作的方法:
工作条件:高压输入电压范围为DC290V~420V,低压使能输出范围为9~14V。
方法:第一步,保证车辆在线束正常连接情况下,上电前使用万用表 测量蓄池的初始电压值并记录。
第二步,整车0N档上电,再用万用表测量蓄电池电压,查看变 化情况,如果数值在13.8~14之间,说明DC工作正常。
• DC-DC结构与工作原理
DC-DC:将动力电池的高压直流电转换为整车低压12V直流电,给整 车低压用电系统供电及蓄电池电池充电
①:DC-DC ②:12V蓄电池
②
①
高压输入端 A:电源负极 B:电源正极
低压控制端 A:控制电路电源使能信号 B:电源状态信号输出 C:控制电路电源
DC-DC变换器工作流程: 1、整车on档上电或充电唤醒 2、动力电池完成高压系统预充电流程 3、VCU发给DC-DC变换使能信号 4、 DC-DC变换器开始工作
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3.1 直流/直流降压变换器(Buck DC/DC 变换器)
3.1.1 电路结构和降压原理 3.1.2 电感电流连续时工作特性 3.1.3 电感电流断流时工作特性
如何实现降压变换?
iO VO
R
R
RCE Ig
iO VO R
Vs
L
VS
L
T
iO VO
R Ig
VS
L
i
i
Vi
+ -
o
T
E
vEO
+
v l
-
i VO O
(1)开关管T和二极管D从导通变为阻断,或从阻断变为导通的 过渡过程时间均为零;
(2)开关器件的通态电阻为零,电压降为零。断态电阻为无限 大,漏电流为零;
(3)电路中的电感和电容均为无损耗的理想储能元件; (4)线路阻抗为零。电源输出到变换器的功率等于变换器的输
出功率。
VSIS VOIO
2. 降压原理 对开关管T加驱动信号VG ,开关周期为TS
输出电压
E(O t)C 0 ancon st)((3 -1)
n 1
n次谐波幅值
a n2 n V Ss
inn) (2 V Ss 2n
innD )((-3 4)
输出电压的直流平均值
V O C o 2 10 2 v E d ( O t) 2 1 V S 2 1 V S 2 D D s (V -2 3
VO2VS
TToofnfVS
DVS
EO V S iD 0 iL iS
VG>0, T管导通
To n DTS
大家有疑问的,可以询问和交流
可以互相讨论下,但要小声点
大家有疑问的,可以询问和交流
可以互相讨论下,但要小声点
EO 0 iD iL
VG=0, T管阻断
T o f fT ST o n(1D )T S
直流/直流变换器
3 直流/直流变换器
3.1 直流/直流降压变换器(Buck DC/DC 变换器) 3.2 直流/直流升压变换器(Boost DC/DC 变换器) 3.3 直流升压-降压变换器(Boost-Buck变换器或Cuk变换器) *3.4 两象限、四象限直流/直流变换器 *3.5 多相、多重直流/直流变换器 3.6 带隔离变压器的直流/直流变换器 小结
To n DTS
✓直流输出电压中含有各次谐波电压,在Buck开关电路的输出 端与负载之间加接一个LC滤波电路,减少负载上的谐波电压。
滤波电感的作用:
对交流高频电压电流呈高阻抗, 对直流畅通无阻
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?
Buck变换器电路
全控型开关管
LC输出滤波
续流二极管
G
V g
D
iL
L C
i
CC
R
i
o
o
buck 电路图
3.1.1 电路结构和降压原理
1.理想的电力电子变换器 2.降压原理 3.控制方式 4.输出电压LC滤波
Buck变换器电路
全控型开关管续流二极管LC输出滤波 负载1. 理想的电力电子变换器
为获得开关型变换器的基本工作特性,简化分析,假 定的理想条件是:
变压比为M
V O M S D V S V S/2(-3 3)
将(3-2),(3-4)代入到(3-1)中
V E(O t) D S V n 12 n V Ss n inD )( co nt) s((- 3 5)
3.控制方式
✓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。
Q:为什么实际应用中广泛采用PWM方式?
4.输出电压LC滤波
负载
3.2 直流-直流升压变换器(Boost变换器)
3.2.1 电路结构和升压原理 3.2.2 电感电流连续时工作特性 3.2.3 电感电流断流时工作特性
3.2.1 电路结构和升压原理
3.2.2 电流连续时的工作特性
两种开关状态 变压比和电压、电流基本关系
1.两种开关状态
VG>0, T管导通,D阻断