直流直流变换电路精华
合集下载
第5章 直流-直流变换电路
Cuk斩波电路与升降压式斩波电路的输出表达式完全相同。 斩波电路与升降压式斩波电路的输出表达式完全相同。 斩波电路与升降压式斩波电路的输出表达式完全相同
5.2.5 全桥式直流斩波电路
u UN
5.3、变压器隔离的直流-直流变换器 、变压器隔离的直流 直流变换器
输入输出间实现电隔离：在基本 变换电路中加入变压器。 输入输出间实现电隔离：在基本DC-DC变换电路中加入变压器。 变换电路中加入变压器 常见的有单端正激变换器，反激变换器，半桥及全桥式降压变换器等。 常见的有单端正激变换器，反激变换器，半桥及全桥式降压变换器等。
5.1.2 直流斩波器的分类
按变换电路的功能分类有
1）降压式直流-直流变换 降压式直流2）升压式直流-直流变换 升压式直流3）升压-降压复合型直流-直流变换 升压-降压复合型直流4）库克直流-直流变换 库克直流5）全桥式直流-直流变换 全桥式直流-
5.2、直流斩波器 、
5.2.1 降压式直流斩波电路
I 2 t on = I 1 t off
∫ i dt = 0
0 C
T
电源输出的电能EI 等于负载上得到的电能U 电源输出的电能 1等于负载上得到的电能 0I2，即 由此可以得出输出电压U 与输人电压E的关系为 的关系为： 由此可以得出输出电压 0与输人电压 的关系为：
EI1 = U 0 I 2
t on t on I1 D U0 = E = E= E= E I2 t off 1− D T − t on
∫
ton
u L dt = 0
即：（E-U0）ton=U0（T-ton） ：（
U
0
t on = E = D E T
5.2.2 升压式直流斩波电路
uL
5.2.5 全桥式直流斩波电路
u UN
5.3、变压器隔离的直流-直流变换器 、变压器隔离的直流 直流变换器
输入输出间实现电隔离：在基本 变换电路中加入变压器。 输入输出间实现电隔离：在基本DC-DC变换电路中加入变压器。 变换电路中加入变压器 常见的有单端正激变换器，反激变换器，半桥及全桥式降压变换器等。 常见的有单端正激变换器，反激变换器，半桥及全桥式降压变换器等。
5.1.2 直流斩波器的分类
按变换电路的功能分类有
1）降压式直流-直流变换 降压式直流2）升压式直流-直流变换 升压式直流3）升压-降压复合型直流-直流变换 升压-降压复合型直流4）库克直流-直流变换 库克直流5）全桥式直流-直流变换 全桥式直流-
5.2、直流斩波器 、
5.2.1 降压式直流斩波电路
I 2 t on = I 1 t off
∫ i dt = 0
0 C
T
电源输出的电能EI 等于负载上得到的电能U 电源输出的电能 1等于负载上得到的电能 0I2，即 由此可以得出输出电压U 与输人电压E的关系为 的关系为： 由此可以得出输出电压 0与输人电压 的关系为：
EI1 = U 0 I 2
t on t on I1 D U0 = E = E= E= E I2 t off 1− D T − t on
∫
ton
u L dt = 0
即：（E-U0）ton=U0（T-ton） ：（
U
0
t on = E = D E T
5.2.2 升压式直流斩波电路
uL
直流直流变流电路
电路种类
6种基本斩波电路：降压斩波电路、升压斩波电路、 升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和 Zeta斩波电路。 复合斩波电路——不同构造基本斩波电路组合。 多相多重斩波电路——相同构造基本斩波电路组合。
2
5.1 基本斩波电路
降压斩波电路 升压斩波电路 升降压斩波电路和Cuk斩波电路 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
图5-5 Cuk斩波电路及其等效电路
a） 电路图
b） 等效电路
24
升降压斩波电路和Cuk斩波电路
数量关系
同理：
T
0 iC d t 0
（5-45）
V处于通态旳时间ton，则电容电流和时间旳乘积为I2ton。
V处于断态旳时间toff，则电容电流和时间旳乘积为I1 toff。
由此可得： I 2ton I1toff
第3种工作方式：一种周期内交替地作为降压斩波电路和升压
斩波电路工作。
当一种斩波电路电流断续而为零时，使另一种斩波电路工作， 让电流反方向流过，这么电动机电枢回路总有电流流过。
电路响应不久。
30
5.2.2 桥式可逆斩波电路
桥式可逆斩波电路——两个电流可逆斩波电路组合
起来，分别向电动机提供正向和反向电压。 使V4保持通时，等效为图5-7a所示旳电流可逆斩波电 路，提供正电压，可使电动机工作于第1、2象限。 使V2保持通时，V3、VD3和V4、VD4等效为又一组电流 可逆斩波电路，向电动机提供负电压，可使电动机工 作于第3、4象限 。
结论
当0<a <1/2时为降压，当1/2<a <1时为升压，故称作升
降压斩波电路。也有称之为buck-boost 变换器。
图旳5平-4均b中值给分出别了为电I1和源I2电，流当i1电和流负脉载动电足流够i2旳小波时形，，有设：两者
6种基本斩波电路：降压斩波电路、升压斩波电路、 升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和 Zeta斩波电路。 复合斩波电路——不同构造基本斩波电路组合。 多相多重斩波电路——相同构造基本斩波电路组合。
2
5.1 基本斩波电路
降压斩波电路 升压斩波电路 升降压斩波电路和Cuk斩波电路 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
图5-5 Cuk斩波电路及其等效电路
a） 电路图
b） 等效电路
24
升降压斩波电路和Cuk斩波电路
数量关系
同理：
T
0 iC d t 0
（5-45）
V处于通态旳时间ton，则电容电流和时间旳乘积为I2ton。
V处于断态旳时间toff，则电容电流和时间旳乘积为I1 toff。
由此可得： I 2ton I1toff
第3种工作方式：一种周期内交替地作为降压斩波电路和升压
斩波电路工作。
当一种斩波电路电流断续而为零时，使另一种斩波电路工作， 让电流反方向流过，这么电动机电枢回路总有电流流过。
电路响应不久。
30
5.2.2 桥式可逆斩波电路
桥式可逆斩波电路——两个电流可逆斩波电路组合
起来，分别向电动机提供正向和反向电压。 使V4保持通时，等效为图5-7a所示旳电流可逆斩波电 路，提供正电压，可使电动机工作于第1、2象限。 使V2保持通时，V3、VD3和V4、VD4等效为又一组电流 可逆斩波电路，向电动机提供负电压，可使电动机工 作于第3、4象限 。
结论
当0<a <1/2时为降压，当1/2<a <1时为升压，故称作升
降压斩波电路。也有称之为buck-boost 变换器。
图旳5平-4均b中值给分出别了为电I1和源I2电，流当i1电和流负脉载动电足流够i2旳小波时形，，有设：两者
《直流变换电路》课件
减小电磁干扰的措施
布局优化
合理安排电路元件的布局，减小 信号线长度，降低电磁干扰。
滤波电容的使用
在关键部位增加滤波电容，吸收高 频噪声和干扰。
接地措施
采用多点接地，降低地线电感和阻 抗，减少电磁干扰。
06
直流变换电路的应 用实例
电动车用直流变换电路
01
电动车用直流变换电路概述
电动车用直流变换电路是用于将直流电源转换为电动车所需电压的电路
将直流电能转换为交流电能，用于电 力机车、地铁等交通工具的牵引。
将交流电转换为电池所需的直流电。
02
直流变换电路的工 作原理
电压型直流变换电路
总结词
通过控制开关管通断，将输入直流电压变换成输出直流电 压的电路。
电路特点
输出电压稳定，负载调整性能好，适用于输出电压要求较 高的场合。
详细描述
电压型直流变换电路采用电感作为储能元件，通过控制开 关管的通断，实现输入直流电压的斩波或调压，从而得到 所需的输出直流电压。
THANKS
感谢您的观看
光伏逆变器用直流变换电路的特点
光伏逆变器用直流变换电路具有高效率、高可靠性、低噪声等特点，能够有效地提高太阳 能利用率和系统的稳定性。
不间断电源用直流变换电路
不间断电源用直流变换电路概述
不间断电源用直流变换电路是用于在停电或电源故障时提供不间断电源的电路。它通常包括输入滤波器、整流器、直 流变换器和逆变器等部分。
优点
结构简单，易于实现，对输 出电压的调节快速且准确。
缺点
对输入电压和负载变化的抑 制能力有限，可能存在较大 的电压调整率。
电流模式控制
总结词
详细描述
优点
缺点
直流 -直流变流电路( dc-dc )的定义
直流-直流变流电路（DC-DC）是指一种能够将直流电源的电压或电流转换为不同电压或电流级别的电路。
它通常由电子元件和控制电路组成，可以实现电压升压、降压、反向极性、电流调节等功能。
DC-DC变流电路的主要目的是通过电力转换，将直流电源的电能以不同的形式和级别供应给负载或其他设备。
例如，将低电压直流电源升压为高电压，以满足某些特定应用的需求；或者将高电压直流电源降压为低电压，以适应其他电子设备的要求。
DC-DC变流电路通常采用电感、电容、开关管（如MOSFET）等元件，通过控制开关管的开关时间和频率，调整电流流向和电压水平，实现所需的电能转换。
控制电路可以根据输入和输出电压的差异来调整开关管的状态，以达到所需的电压转换效果。
DC-DC变流电路在各种电子设备和系统中广泛应用，例如电源适配器、太阳能光伏系统、电动汽车充电器等。
它可以提高能源利用率、减少能量损耗，并满足不同设备对电能的需求。
直流变换电路
手机App支付的主要代表是支付宝和微信支付，已经形成了较为完善的线上 线下支付链条。
8.4.2 基于App的移动电子商务安全威胁
(1)手机恶意软件威胁 1）手机病毒 2）木马程序 ①网游木马 ②网银木马 ③社交软件类
8.4.2 基于App的移动电子商务安全威胁
(1)手机恶意软件威胁 3）流氓软件 ①强制安装 ②难以卸载 ③浏览器劫持 ④广告弹出 ⑤私自下载
8.2.1 WAP协议
(1) WAP2.0的安全性
传输层端到端安全架构
8.2.1 WAP协议
(2)基于WAP的移动电子商务安全解决方案
基于WPKI的移动电子商务安全模型
8.3.4 WPKI与PKI的对比
8.4基于App的移动支付系统安全
8.4.1基于App的移动电子商务应用
(1) 基于App的手机银行应用 手机银行App是银行业金融机构针对智能手机开发的移动应用程序提供金
阻负 载
uo
Ud
ton
toff
io0
T
t
Id
ton
toff
0
t
3-4
3.1 直流-直流变换电路的工作原理
定义上述电路中开关的占空比
ton ton
T ton toff
占空比 为0~1之间的系数。
id S io
Ud
uo R
由波形图可得输出电压平均值
uo
Uo
1 T
ton 0
U
d
dt
ton T
★理想开关。所有电力电子元器件都具有理想特性：无损 耗、无惯性。即通态电阻为零、管压降为零，断态电阻为 无穷大、漏电流为零，且开通和关断时间瞬间完成，开关 损耗零。
★理想电源。直流电源是内阻为零的恒压源。
8.4.2 基于App的移动电子商务安全威胁
(1)手机恶意软件威胁 1）手机病毒 2）木马程序 ①网游木马 ②网银木马 ③社交软件类
8.4.2 基于App的移动电子商务安全威胁
(1)手机恶意软件威胁 3）流氓软件 ①强制安装 ②难以卸载 ③浏览器劫持 ④广告弹出 ⑤私自下载
8.2.1 WAP协议
(1) WAP2.0的安全性
传输层端到端安全架构
8.2.1 WAP协议
(2)基于WAP的移动电子商务安全解决方案
基于WPKI的移动电子商务安全模型
8.3.4 WPKI与PKI的对比
8.4基于App的移动支付系统安全
8.4.1基于App的移动电子商务应用
(1) 基于App的手机银行应用 手机银行App是银行业金融机构针对智能手机开发的移动应用程序提供金
阻负 载
uo
Ud
ton
toff
io0
T
t
Id
ton
toff
0
t
3-4
3.1 直流-直流变换电路的工作原理
定义上述电路中开关的占空比
ton ton
T ton toff
占空比 为0~1之间的系数。
id S io
Ud
uo R
由波形图可得输出电压平均值
uo
Uo
1 T
ton 0
U
d
dt
ton T
★理想开关。所有电力电子元器件都具有理想特性：无损 耗、无惯性。即通态电阻为零、管压降为零，断态电阻为 无穷大、漏电流为零，且开通和关断时间瞬间完成，开关 损耗零。
★理想电源。直流电源是内阻为零的恒压源。
直流-直流变换电路
3.1 直接DC/DC变换电路
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 3.1.4 Cuk斩波电路 3.1.5 Sepic斩波电路 3.1.6 Zeta斩波电路 3.1.7 复合斩波电路和多相多重斩波电路
3.1.1 降压斩波电路
3.1.2 升压斩波电路
3.1.7 复合斩波电路和多相多重斩波电路
直流
逆变
电路
交流 变压器
交流
整流 电路
脉动直流 滤波器
直流
变压器隔离型DC/DC变换器
• 采用这种结构的变换原因：
输出端与输入端需要隔离。 某些应用中需要相互隔离的多路输出。 输出电压与输入电压的比例远小于1或远大于1。 交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电 感、滤波电容的体积和重量。
t
断.
O
t
S关断后到下一次再开通的一段时间 im1
内，必须设法使im1降回到零（变压 器的磁心复位)，否则下一个开关周
O t0
t1
t2
t
B
期中， im1将在本周期结束时的剩余
值基础上继续增加，并在以后的开
BS
关周期中依次累积起来，从而导致
变压器的励磁电感饱和。
励磁电感饱和后， im1会更加迅速地 增长，最终损坏开关器件。
t
总输出电流最大脉动率（电流脉动 iO2
t
幅值与电流平均值之比）与相数的平 Oi3
t
方成反比。
Oio
t
3.2 变压器隔离型DC/DC变换器
3.2.1 正激电路 3.2.2 反激电路 3.2.3 半桥电路 3.2.4 全桥电路
3.2 变压器隔离型DC/DC变换器
变压器隔离型DC/DC变换器：先将直流逆变为交流， 再整流为直流电，也称为直-交-直电路。
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 3.1.4 Cuk斩波电路 3.1.5 Sepic斩波电路 3.1.6 Zeta斩波电路 3.1.7 复合斩波电路和多相多重斩波电路
3.1.1 降压斩波电路
3.1.2 升压斩波电路
3.1.7 复合斩波电路和多相多重斩波电路
直流
逆变
电路
交流 变压器
交流
整流 电路
脉动直流 滤波器
直流
变压器隔离型DC/DC变换器
• 采用这种结构的变换原因：
输出端与输入端需要隔离。 某些应用中需要相互隔离的多路输出。 输出电压与输入电压的比例远小于1或远大于1。 交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电 感、滤波电容的体积和重量。
t
断.
O
t
S关断后到下一次再开通的一段时间 im1
内，必须设法使im1降回到零（变压 器的磁心复位)，否则下一个开关周
O t0
t1
t2
t
B
期中， im1将在本周期结束时的剩余
值基础上继续增加，并在以后的开
BS
关周期中依次累积起来，从而导致
变压器的励磁电感饱和。
励磁电感饱和后， im1会更加迅速地 增长，最终损坏开关器件。
t
总输出电流最大脉动率（电流脉动 iO2
t
幅值与电流平均值之比）与相数的平 Oi3
t
方成反比。
Oio
t
3.2 变压器隔离型DC/DC变换器
3.2.1 正激电路 3.2.2 反激电路 3.2.3 半桥电路 3.2.4 全桥电路
3.2 变压器隔离型DC/DC变换器
变压器隔离型DC/DC变换器：先将直流逆变为交流， 再整流为直流电，也称为直-交-直电路。
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
《电力电子技术》第3章 直流-直流变换电路
★理想开关。所有电力电子元器件都具有理想特性：无损 耗、无惯性。即通态电阻为零、管压降为零，断态电阻为 无穷大、漏电流为零，且开通和关断时间瞬间完成，开关 损耗零。
★理想电源。直流电源是内阻为零的恒压源。
注意：实际情况，不存在理想元器件！
3-3
3.1 直流-直流变换电路的工作原理
最基本的直流-直流变换电路
第3章 直流-直流变换电路
3.1 直流-直流变换电路的工作原理 3.2 基本斩波电路 3.3 间接直流-直流变换电路 3.4 直流-直流变换电路的应用
3-1
第3章 直流-直流变换电路·引言
直流-直流变换电路：将一种直流电变换为另一电压固定
或电压可变的直流电。
按电能变换方式分类
★ 直接直流变换电路：将一种直流电直接变换为另一固定电 压或可调电压的直流电，也称为直流斩波电路(DC Chopper) ，输入输出之间无隔离。 ★ 间接直流变换电路：直流输入和输出之间加入交流环节， 通常采用变压器实现隔离。
I1Hale Waihona Puke I2E EmR
Io
上式说明电感L无穷大时，负载电流的最大值、最小值 相等，都等于负载电流的平均值，即当电感值极大时 ，负载电流几乎为幅值为 Io 的一条水平线。
3-12
3.2.1 降压斩波电路
假设负载中电感值较小，则有可能出现电流断续的情况。
因为电流断续时有 I1 0 ，当 t ton ts 时，i2 0 ，则
周期T来实现 。
根据对输出电压调制方式不同，斩波电路控制方式有三种：
➢ 脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, PWM）方式：保持
开关周期T不变，控制开关导通时间ton 。 ➢ 频率调制方式：保持开关导通时间 ton 不变，改变开关周期
★理想电源。直流电源是内阻为零的恒压源。
注意：实际情况，不存在理想元器件！
3-3
3.1 直流-直流变换电路的工作原理
最基本的直流-直流变换电路
第3章 直流-直流变换电路
3.1 直流-直流变换电路的工作原理 3.2 基本斩波电路 3.3 间接直流-直流变换电路 3.4 直流-直流变换电路的应用
3-1
第3章 直流-直流变换电路·引言
直流-直流变换电路：将一种直流电变换为另一电压固定
或电压可变的直流电。
按电能变换方式分类
★ 直接直流变换电路：将一种直流电直接变换为另一固定电 压或可调电压的直流电，也称为直流斩波电路(DC Chopper) ，输入输出之间无隔离。 ★ 间接直流变换电路：直流输入和输出之间加入交流环节， 通常采用变压器实现隔离。
I1Hale Waihona Puke I2E EmR
Io
上式说明电感L无穷大时，负载电流的最大值、最小值 相等，都等于负载电流的平均值，即当电感值极大时 ，负载电流几乎为幅值为 Io 的一条水平线。
3-12
3.2.1 降压斩波电路
假设负载中电感值较小，则有可能出现电流断续的情况。
因为电流断续时有 I1 0 ，当 t ton ts 时，i2 0 ，则
周期T来实现 。
根据对输出电压调制方式不同，斩波电路控制方式有三种：
➢ 脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, PWM）方式：保持
开关周期T不变，控制开关导通时间ton 。 ➢ 频率调制方式：保持开关导通时间 ton 不变，改变开关周期
直流直流变换电路精华
2.2 降压式变换电路（Buck电路）
（2）电路工作频率很高，一个开关周期内电容充 放电引起的纹波uripple(t) 很小，相对于电容上
输出的直流电压Uo有： uripple max Uo 电容
上电压宏观上可以看作恒定。
电路稳态工作时，输出电容上电压由微小的纹波和较大 的直流分量组成，宏观上可以看作是恒定直流，这就是开关 电路稳态分析中的小纹波近似原理。
uL
Ud
Uo
L
diL dt
uVT 0
由于电路工作频率很高，一个周期内ud 和 uo基本维持不
变，可以视为恒定值，则（ud- uo）为常数，电流变化为线性，
波形如图4-2，有：
uL
Ud
Uo
L
I2 I1 t
L
I L DT
I L
(U d
Uo) L
t1
iVT iL
iC
iL
io
iL
uo R
（io恒定，iC与iL同斜率）
25库克电路cuk电路33二电感电流连续工作模式ccm下稳态工作过程分析a晶体管导通状态tdt由于vd关断依据等效电路拓扑对于电感l电流线性增加同理对于电感1112212225库克电路cuk电路34斜率与电感电流相同b二极管vd导通模式t111225库克电路cuk电路35对于电感l由于电感伏秒平衡此时电感电流增量应该小于零电流为下降曲线斜率与电感电流相同212225库克电路cuk电路3637三电感电流连续工作模式ccm下基本输入输出关系由于电感伏秒平衡电路稳态工作时第一阶段0电感的电流净增量相等可以得到
iVT 0
I L
uo (t2 t1) L
iC
iL
io
iL
uo R
直流变换电路
专利名称：直流变换电路
专利类型：发明专利
发明人：郝帅翔,姚云鹏
申请号：CN202111291607.6申请日：20211102
公开号：CN113972842A
公开日：
20220125
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种直流变换电路，包括电源输入端、输出接口、DC‑DC变换器、安全开关电路和钳位电路。
DC‑DC变换器的输入端与电源输入端连接，用于对接入的供电电压进行电压变换后输出。
安全开关电路的输入端与DC‑DC变换器的输出端连接，安全开关电路的输出端与输出接口连接，用于将DC‑DC变换器输出的电压输出至输出接口，在电池与输出接口的正负极反接时断开。
钳位电路用于吸收DC‑DC变换器工作时产生的电压尖峰信号并进行储能，并给安全开关电路供电，安全开关电路接收钳位电路的储能电压进行工作。
本发明通过钳位电路的储能向安全开关电路供电，电路结构更简单。
解决了直流转换电路复杂和电路中能量浪费的问题。
申请人：深圳市汇川技术股份有限公司
地址：518000 广东省深圳市宝安70区留仙二路鸿威工业园E栋
国籍：CN
代理机构：深圳市世纪恒程知识产权代理事务所
代理人：王径武
更多信息请下载全文后查看。
第2章直流直流变换电路
象限DC-DC斩波电路，此时uAB<=0 ，斩波电路运行在三、四象限。
第八节 变压器隔离型直流变换电路
一、全桥隔离变换器
VT1,4
ton
t
输出电压（输出滤波电感电流连续时 ）
VT2,3
T
t
U o nD Us
➢ VT1与VT4开通后，D1处于通态，电感L电流逐渐上升。 ➢ VT2与VT3开通后，D2处于通态，电感L的电流也上升。 ➢ 当4个开关都关断时，D1和D2都处于通态，各分担一半的电感电流，电感L的电 流逐渐下降。
V
E
iG
L io R VD uo
a) 电路图
iG
ton
toff
O
T
io i1
i2
I10
I20
O
t1
uo
E
+
M EMቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
-
t
t
O
t
iG ton
b)电流连续时的波形
toff
iG
O io
i1
T tx i2
t
O uo
E t1 I20
t2
E
t
O
EM
t
c) 电流断续时的波形
二、基本输入输出关系
1、电流连续模式
uL
uo io iV1
iD2
a) 电路图
iD1
iV2
b)
波形
第七节 双向直流-直流变换电路
➢ 当VT4保持导通时，利用VT2、VT1进行斩波控制，则构成了一组电流可逆的二象
限DC-DC斩波电路，此时uAB>=0斩波电路运行在一二象限；
➢ 当VT2保持导通时，利用VT3、VT4进行斩波控制，则构成了另一组电流可逆的二
第八节 变压器隔离型直流变换电路
一、全桥隔离变换器
VT1,4
ton
t
输出电压（输出滤波电感电流连续时 ）
VT2,3
T
t
U o nD Us
➢ VT1与VT4开通后，D1处于通态，电感L电流逐渐上升。 ➢ VT2与VT3开通后，D2处于通态，电感L的电流也上升。 ➢ 当4个开关都关断时，D1和D2都处于通态，各分担一半的电感电流，电感L的电 流逐渐下降。
V
E
iG
L io R VD uo
a) 电路图
iG
ton
toff
O
T
io i1
i2
I10
I20
O
t1
uo
E
+
M EMቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
-
t
t
O
t
iG ton
b)电流连续时的波形
toff
iG
O io
i1
T tx i2
t
O uo
E t1 I20
t2
E
t
O
EM
t
c) 电流断续时的波形
二、基本输入输出关系
1、电流连续模式
uL
uo io iV1
iD2
a) 电路图
iD1
iV2
b)
波形
第七节 双向直流-直流变换电路
➢ 当VT4保持导通时，利用VT2、VT1进行斩波控制，则构成了一组电流可逆的二象
限DC-DC斩波电路，此时uAB>=0斩波电路运行在一二象限；
➢ 当VT2保持导通时，利用VT3、VT4进行斩波控制，则构成了另一组电流可逆的二
第二章 直流-直流变换电路
约定：小写字母表示瞬时值，大写字母表示直流
2.2 降压式变换器（Buck Converter）
晶体管导通状态（0
t t1）
VT开通、VD关断， Ud恒定，有： di L uL U d uo L uVT 0 uo (t ) U o （小纹波近似） dt 则：uL Ud uo Ud Uo 基本恒定，电流线性变化有：
考虑到输出电压脉动很小，有 iL iC，且有一周期内电 容充放电平衡，根据ic波形，电容充电电荷Q为
Q 1 1 1 I L I L T 2 2 2 8f
电容纹波峰峰值为：U OPP U CPP
Q U d D(1 D ) 2 u C 8 LCf 2
I omax D Cf
C 11.2 10
6
F
实际可选取电容量为22μF以上 电容工作时承受最高电压为30V，可选额定电压为50V以上 （4）计算MOS管的额定电流、额定电压 I VTrmsmax Iinmax D 2.5A 由工作波形确定 U VTmax 30V 实际可选取参数： Io 额定电流 5A以上 额定电压 50V以上
U OPP U CPP 1 C
t1
0
icdt
I o DT I o D C fC
课堂思考
利用Boost电路设计以开关电源，电路工作于电感电流
连续状态，设计指标如下：
（1）输入电压10V， （2）输出电压30V， （3）输出纹波峰峰值不大于300 mV， （4）输出电流最大1A，最小100mA，
2.2 降压式变换器（Buck Converter）
电感电流连续模式（CCM）下稳态工作波形分析
分析过程假定： （1）忽略器件开关时间 （2）忽略元器件工作损耗和寄生参数影响 （3）忽略电路的分布参数影响 （4）输入为理想直流电源，忽略内阻、纹波、电压波动 假定条件是对实际电路的一种简化与近似，实际电路通过 合理的工艺设计，其工作状态一般接近于假定的状态。
- 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)。
2.1 概述
1、直流—直流变换电路及功能 直流－直流（DC－DC）变换电路是将一组电参数的直
流电能变换为另一组电参数的直流电能的电路。 · 直流电幅值变换 · 直流电极性变换 · 直流电路阻抗变换 · 有源滤波
2.1 概述
2、变换电路的分类
（1）无变压器隔离： · 降压式变换电路（Buck电路） · 升压式变换电路（Boost电路 · 升降压式变换电路（Buck-Boost电路） · 库克电路（Cuk电路） · Sepic电路 · Zeta电路
2.2 降压式变换电路（Buck电路）
五、电感电流连续工作模式（CCM）下电感电流和输出电 压脉动分析
考虑到稳态工作时电感伏秒平衡的特点，电感充放电过程电流
波动值相等，依据前面的分析，晶体管导通时有：
I L
(U d
Uo) L
t1
U d (1 L
D)
DT
(1
D) DU d fL
考虑到输出电压脉动很小，有 iL iC，且有一周期内电容充 放电平衡，根据图4-2中ic波形，Q的时间为T/2，则电容纹波峰峰
uL
Ud
Uo
L
diL dt
uVT 0
由于电路工作频率很高，一个周期内ud 和 uo基本维持不
变，可以视为恒定值，则（ud- uo）为常数，电流变化为线性，
波形如图4-2，有：
uL
Ud
Uo
L
I2 I1 t
L
I L DT
I L
(U d
Uo) L
t1
iVT iL
iC
iL
io
iL
uo R
（io恒定，iC与iL同斜率）
通时 us (t) Ud ，晶体管关断时 us (t) 0，则us(t) 的直流分量为：
Uo
ton T
Ud
toff T
0
DUd
忽略电路工作产生的损耗，输入输出能量守恒，则有：
U d Iin U o Io
Iin DI o
其中：Iin为输入平均电流（直流电流），Io为输出直流电流，D为 占空比 ，Ud为输入直流电压，Uo 输出直流电压
2.2 降压式变换电路（Buck电路）
（2）电路工作频率很高，一个开关周期内电容充 放电引起的纹波uripple(t) 很小，相对于电容上
输出的直流电压Uo有： uripple max Uo 电容
上电压宏观上可以看作恒定。
电路稳态工作时，输出电容上电压由微小的纹波和较大 的直流分量组成，宏观上可以看作是恒定直流，这就是开关 电路稳态分析中的小纹波近似原理。
2.2 降压式变换电路（Buck电路）
（3）一个周期内电容充电电荷高于放电电荷时，电容电压升 高，导致后面周期内充电电荷减小、放电电荷增加，使电 容电压上升速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平 衡，此时电压维持不变；反之，如果一个周期内放电电荷 高于充电电荷，将导致后面周期内充电电荷增加、放电电 荷减小，使电容电压下降速度减慢，这种过程的延续直至 达到充放电平衡，最终维持电压不变。
2.2 降压式变换电路（Buck电路）
b、 二极管VD导通模式（t1 t t2=T ） 晶体管关断，电感续流，二极管导通，依据电路等效拓扑
有：
uL
uo
L
diL dt
uVT Ud
同样，由于uo视为维持不变，则输出电流线性减小，波形
如图4-2，有：
uo
L diL dt
L I L t2 t1
这种过程是电容上电压调整的过渡过程，在电路稳态 工作时，电路达到稳定平衡，电容上充放电也达到平衡， 这是电路稳态工作时的一个普遍规律。
2.2 降压式变换电路（Buck电路）
（4）开关S置于1位时，电感电流增加，电感储能；而当开关S 置于2位时，电感电流减小，电感释能。假定电流增加量大于 电流减小量，则一个开关周期内电感上磁链增量为：
开关关断时等效电路
2.2 降压式变换电路（Buck电路）
二、等效的电路模型及基本规律
1S
iL (t)
L
2
uL (t) iC (t)
Ud
us (t)
C
R uo (t)
（1）从电路可以看出，电感L和电容C组成低通滤波器，此滤
波器设计 的原则是使 us(t)的直流分量可以通过，而抑制 us(t) 的谐波分量通过；电容上输出电压 uo(t)就是 us(t) 的 直流分量再附加微小纹波uripple(t) 。
这也是电力电子电路稳态运行时的又一个普遍规律。
2.2 降压式变换电路（Buck电路）
三、电感电流连续工作模式（CCM）下稳态工作过程分析
BUCK电路 结构
开
开
关
关
导
关
通
断
时
时
等
等
效
效
电
电
路
路
2.2 降压式变换电路（Buck电路）
a、 晶体管导通状态（t0 t t1=DT）
VD关断，依据等效电路拓扑，有：
Ψ L(i) 0
此增量将产生一个平均感应电势： u Ψ 0 T
此电势将减小电感电流的上升速度并同时降低电感电流的 下降速度，最终将导致一个周期内电感电流平均增量为零；一 个开关周期内电感上磁链增量小于零的状况也一样。
这种在稳态状况下一个周期内电感电流平均增量（磁链平 均增量）为零的现象称为：电感伏秒平衡。
iVT 0
I L
uo (t2 t1) L
iC
iL
io
iL
uo R
（io恒定，iC与iL同斜率）
2.2 降压式变换电路（Buck电路）
四、电感电流连续工作模式（CCM）下基本输入输出关系
从等效电路模型的分析可以知道，电容上输出电压uo(t)就是us(t)
的直流分量再附加微小纹波 uripple(t) ，且 uripple max U0 ，晶体管导
（2）变压器隔离： · 正激式变换电路 · 反激式变换电路 · 桥式隔离变换电路 · 推挽变换电路
2.1 概述
3、基本概念 （1）占空比的定义：
开关接通的占空比定义为D，D ton / TS 其中ton 为开关导通时间，TS为开关周期。 （2）脉冲宽度调制（PWM）或脉冲频率调制（PFM） ❖ 所谓脉冲宽度调制的方法是一种在整个工作过程中，开关 频率不变，而开关接通的时间按照要求变化的方法。 ❖ 所谓脉冲频率调制的方法是一种在整个工作过程中，开关 接通的时间不变，而开关频率按照要求变化的方法。
2.2 降压式变换电路（Buck电路）
一、BUCK电t) L
uL (t)
iC (t)
Ud
C
R uo (t)
开关导通时等效电路
iL (t) L
uL (t)
iD (t)
C
R uo (t)
基本电路结构
L
uL (t)
Ud
iL (t)
C
iC (t)
R uo (t)
1、直流—直流变换电路及功能 直流－直流（DC－DC）变换电路是将一组电参数的直
流电能变换为另一组电参数的直流电能的电路。 · 直流电幅值变换 · 直流电极性变换 · 直流电路阻抗变换 · 有源滤波
2.1 概述
2、变换电路的分类
（1）无变压器隔离： · 降压式变换电路（Buck电路） · 升压式变换电路（Boost电路 · 升降压式变换电路（Buck-Boost电路） · 库克电路（Cuk电路） · Sepic电路 · Zeta电路
2.2 降压式变换电路（Buck电路）
五、电感电流连续工作模式（CCM）下电感电流和输出电 压脉动分析
考虑到稳态工作时电感伏秒平衡的特点，电感充放电过程电流
波动值相等，依据前面的分析，晶体管导通时有：
I L
(U d
Uo) L
t1
U d (1 L
D)
DT
(1
D) DU d fL
考虑到输出电压脉动很小，有 iL iC，且有一周期内电容充 放电平衡，根据图4-2中ic波形，Q的时间为T/2，则电容纹波峰峰
uL
Ud
Uo
L
diL dt
uVT 0
由于电路工作频率很高，一个周期内ud 和 uo基本维持不
变，可以视为恒定值，则（ud- uo）为常数，电流变化为线性，
波形如图4-2，有：
uL
Ud
Uo
L
I2 I1 t
L
I L DT
I L
(U d
Uo) L
t1
iVT iL
iC
iL
io
iL
uo R
（io恒定，iC与iL同斜率）
通时 us (t) Ud ，晶体管关断时 us (t) 0，则us(t) 的直流分量为：
Uo
ton T
Ud
toff T
0
DUd
忽略电路工作产生的损耗，输入输出能量守恒，则有：
U d Iin U o Io
Iin DI o
其中：Iin为输入平均电流（直流电流），Io为输出直流电流，D为 占空比 ，Ud为输入直流电压，Uo 输出直流电压
2.2 降压式变换电路（Buck电路）
（2）电路工作频率很高，一个开关周期内电容充 放电引起的纹波uripple(t) 很小，相对于电容上
输出的直流电压Uo有： uripple max Uo 电容
上电压宏观上可以看作恒定。
电路稳态工作时，输出电容上电压由微小的纹波和较大 的直流分量组成，宏观上可以看作是恒定直流，这就是开关 电路稳态分析中的小纹波近似原理。
2.2 降压式变换电路（Buck电路）
（3）一个周期内电容充电电荷高于放电电荷时，电容电压升 高，导致后面周期内充电电荷减小、放电电荷增加，使电 容电压上升速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平 衡，此时电压维持不变；反之，如果一个周期内放电电荷 高于充电电荷，将导致后面周期内充电电荷增加、放电电 荷减小，使电容电压下降速度减慢，这种过程的延续直至 达到充放电平衡，最终维持电压不变。
2.2 降压式变换电路（Buck电路）
b、 二极管VD导通模式（t1 t t2=T ） 晶体管关断，电感续流，二极管导通，依据电路等效拓扑
有：
uL
uo
L
diL dt
uVT Ud
同样，由于uo视为维持不变，则输出电流线性减小，波形
如图4-2，有：
uo
L diL dt
L I L t2 t1
这种过程是电容上电压调整的过渡过程，在电路稳态 工作时，电路达到稳定平衡，电容上充放电也达到平衡， 这是电路稳态工作时的一个普遍规律。
2.2 降压式变换电路（Buck电路）
（4）开关S置于1位时，电感电流增加，电感储能；而当开关S 置于2位时，电感电流减小，电感释能。假定电流增加量大于 电流减小量，则一个开关周期内电感上磁链增量为：
开关关断时等效电路
2.2 降压式变换电路（Buck电路）
二、等效的电路模型及基本规律
1S
iL (t)
L
2
uL (t) iC (t)
Ud
us (t)
C
R uo (t)
（1）从电路可以看出，电感L和电容C组成低通滤波器，此滤
波器设计 的原则是使 us(t)的直流分量可以通过，而抑制 us(t) 的谐波分量通过；电容上输出电压 uo(t)就是 us(t) 的 直流分量再附加微小纹波uripple(t) 。
这也是电力电子电路稳态运行时的又一个普遍规律。
2.2 降压式变换电路（Buck电路）
三、电感电流连续工作模式（CCM）下稳态工作过程分析
BUCK电路 结构
开
开
关
关
导
关
通
断
时
时
等
等
效
效
电
电
路
路
2.2 降压式变换电路（Buck电路）
a、 晶体管导通状态（t0 t t1=DT）
VD关断，依据等效电路拓扑，有：
Ψ L(i) 0
此增量将产生一个平均感应电势： u Ψ 0 T
此电势将减小电感电流的上升速度并同时降低电感电流的 下降速度，最终将导致一个周期内电感电流平均增量为零；一 个开关周期内电感上磁链增量小于零的状况也一样。
这种在稳态状况下一个周期内电感电流平均增量（磁链平 均增量）为零的现象称为：电感伏秒平衡。
iVT 0
I L
uo (t2 t1) L
iC
iL
io
iL
uo R
（io恒定，iC与iL同斜率）
2.2 降压式变换电路（Buck电路）
四、电感电流连续工作模式（CCM）下基本输入输出关系
从等效电路模型的分析可以知道，电容上输出电压uo(t)就是us(t)
的直流分量再附加微小纹波 uripple(t) ，且 uripple max U0 ，晶体管导
（2）变压器隔离： · 正激式变换电路 · 反激式变换电路 · 桥式隔离变换电路 · 推挽变换电路
2.1 概述
3、基本概念 （1）占空比的定义：
开关接通的占空比定义为D，D ton / TS 其中ton 为开关导通时间，TS为开关周期。 （2）脉冲宽度调制（PWM）或脉冲频率调制（PFM） ❖ 所谓脉冲宽度调制的方法是一种在整个工作过程中，开关 频率不变，而开关接通的时间按照要求变化的方法。 ❖ 所谓脉冲频率调制的方法是一种在整个工作过程中，开关 接通的时间不变，而开关频率按照要求变化的方法。
2.2 降压式变换电路（Buck电路）
一、BUCK电t) L
uL (t)
iC (t)
Ud
C
R uo (t)
开关导通时等效电路
iL (t) L
uL (t)
iD (t)
C
R uo (t)
基本电路结构
L
uL (t)
Ud
iL (t)
C
iC (t)
R uo (t)