直流变换电路升降
合集下载
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。
buck降压升压电路知识
Buck变换器：也称降丿卡•式变换器，是一种输出电圧小于输入电圧的单管不隔离直流变换器。
图中，Q为开关管，其驱动电丿£一般为PW（Pulse width modulation脉宽调制）信号，信号周期为Ts,则信号频率为f二1/Ts,导通时间为Ton,关断时间为Toff,则周期Ts=Ton+Toff, 占空比Dy二 Ton/TsoBoost变换器：也称升压式变换器，是一种输出电圧高于输入电圧的单管不隔离直流变换器。
开关管Q也为PWM控制方式，但最大占空比Dy必须限制，不允许在Dy=l的状态下工作。
电感Lf在输入侧，称为升压电感。
Boost变换器也有CCM和DCH两种工作方式Buck/Boost变换器：也称升降圧式变换器，是一种输出电汗既可低于也可高于输入电圧的单管不隔离直流变换器，但其输出电压的极性与输入电圧相反。
Buck/Boost变换器可看做是Buck变换器和Boost变换器串联而成，合并了开关管。
VoVoT Buck/Boost变换器也有CCM和DCM两种1：作方式，开关管Q也为PWM控制方式。
LDO的特点:①非常低的输入输出电圧差②非常小的内部损耗③很小的温度漂移④很髙的输出电圧稳定度⑤很好的负载和线性调整率⑥很宽的11作温度范圉⑦较宽的输入电圧范圉⑧外围电路非常简单，使用起來极为方便DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电汗，也称为直流斩波。
斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton（通用），二是频率调制方式,ton不变，改变Ts（易产生干扰）。
其具体的电路由以下几类：（DBuck电路一一降圧斩波器，其输岀平均电圧U0小于输入电圧Ui,极性相同。
(2)Boost电路一一升压斩波器，其输出平均电压U0大于输入电压Ui,极性相同。
(3)Buck-Boost电路一一降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui, 极性相反，电感传输。
(4)Cuk电路一一降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui,极性相反，电容传输。
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。
直流-直流变流电路课件
采用屏蔽措施
02
通过将电路置于屏蔽壳体内，可以有效减小外界电磁干扰对电
路的影响。
合理布局布线
03
合理安排元件布局和布线，可以减小电路内部噪声的产生和传
播。
05
直流-直流变流电路实例
降压型直流-直流变流电路
总结词
通过降低输入电压实现输出电压降低的电路
详细描述
降压型直流-直流变流电路通过改变开关管的导通时间或占空比，使输入电压降低，从而得到较低的输出电压。 这种电路常用于需要降低电压的场合，如LED驱动、电池充电等。
电路元件与工作过程
整流器
整流器是直流-直流变流电路中的重要元件，其作用是 将交流电转换为直流电。
整流器的工作原理是将交流电的正负半波分别通过两个 不同的二极管进行整流，从而得到直流电。
整流器通常由四个二极管组成，利用二极管的单向导电 性实现整流。
整流器的性能指标包括整流效率、输出电压和电流等， 这些指标直接影响整个电路的性能。
戴维南定理
总结词
戴维南定理是一种简化电路分析的方法，它将复杂电路等效 为一个简单的电压源和一个电阻的串联。
详细描述
通过应用戴维南定理，可以将一个复杂电路简化为一个简单 的等效电路，从而更容易地分析电路的工作状态。在直流-直 流变流电路中，戴维南定理可以帮助我们理解电路的性能和 优化电路设计。
04
详细描述
根据欧姆定律，电压等于电流与电阻的乘积，即 V=IR。在直流电路中，欧姆定 律是一个非常重要的工具，用于计算电流和电压，以及分析电路的工作状态。
基尔霍夫定律
总结词
基尔霍夫定律是电路分析的重要基础，它包括基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压 定律。
详细描述
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
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a) 电路图
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T
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M EMቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
-
t
t
O
t
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b)电流连续时的波形
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iG
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i1
T tx i2
t
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E t1 I20
t2
E
t
O
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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
3-1-2 直流变换电路工作原理.降压
5
• 3按输出电压的总值分 • 比较直观科学的方法是按输出电压 的量值分为降压斩波器、升压斩波器和 复合斩波器，因为A型斩波器中能在第一 象限工作的即为降压斩波器，能在第二 象限工作即为升压斩波器。将上述两个A 型斩波器组合在一起构成B型斩波器，两 个B型斩波器组合在一起构成C型斩波器， 故降压、升压斩波器是基础。
39
40
41
并联的相数越多，输出的电压电流 的脉动程度就越小．亦使输入电流脉动 率降低，感应干扰减低，只要接上简单 的LC滤波器，就可以充分防止感应干扰。 • 多相多重斩波器还有一备用功能， 万一一个斩波器件发生故障，其余各相 可继续运行，因而总体可靠性提高。 •
42
• 三、换流电路 • 目前在大功率直流斩波领域，晶闸管 和逆导晶闸管还用得较多，由于它们不 能自关断，须设置换流回路，其中包括 辅助晶闸管、换流电容、换容电感和二 极管等，它分电压换流和电流换流两种 形式。 • 图6-19为常用的一些换流电路。
11
3.2
•
降压变换电路
降压变换电路是一种输出电压的平均值低于输入 直流电压的变换电路，又称为Buck型变换器。
12
• 图中 • 开关T—_全控型电力器件， • D—续流二极管，其开关速度应与开关T同等级，常用快恢
复二极管。
• L、C —滤波电感和电容，组成低通滤波器， • R —负载， • Ud —恒压源 。 • 为了简化分析，作如下假设：T、D是无损 耗的理想开关，输入直流电源Ud内阻为零，L、 C中的损耗可忽略，R为理想负载。
8
9
• 式中，Ud为输人直流电压 • 因为D是0～1之间变化的系数，因此 在D的变化范围内，输出电压平均值u。 总是小于输入直流电压Ud，改变D值就可 以改变输出电压平均值的大小。而占空 比的改变可以通过改变ton或Ts来实现。
• 3按输出电压的总值分 • 比较直观科学的方法是按输出电压 的量值分为降压斩波器、升压斩波器和 复合斩波器，因为A型斩波器中能在第一 象限工作的即为降压斩波器，能在第二 象限工作即为升压斩波器。将上述两个A 型斩波器组合在一起构成B型斩波器，两 个B型斩波器组合在一起构成C型斩波器， 故降压、升压斩波器是基础。
39
40
41
并联的相数越多，输出的电压电流 的脉动程度就越小．亦使输入电流脉动 率降低，感应干扰减低，只要接上简单 的LC滤波器，就可以充分防止感应干扰。 • 多相多重斩波器还有一备用功能， 万一一个斩波器件发生故障，其余各相 可继续运行，因而总体可靠性提高。 •
42
• 三、换流电路 • 目前在大功率直流斩波领域，晶闸管 和逆导晶闸管还用得较多，由于它们不 能自关断，须设置换流回路，其中包括 辅助晶闸管、换流电容、换容电感和二 极管等，它分电压换流和电流换流两种 形式。 • 图6-19为常用的一些换流电路。
11
3.2
•
降压变换电路
降压变换电路是一种输出电压的平均值低于输入 直流电压的变换电路，又称为Buck型变换器。
12
• 图中 • 开关T—_全控型电力器件， • D—续流二极管，其开关速度应与开关T同等级，常用快恢
复二极管。
• L、C —滤波电感和电容，组成低通滤波器， • R —负载， • Ud —恒压源 。 • 为了简化分析，作如下假设：T、D是无损 耗的理想开关，输入直流电源Ud内阻为零，L、 C中的损耗可忽略，R为理想负载。
8
9
• 式中，Ud为输人直流电压 • 因为D是0～1之间变化的系数，因此 在D的变化范围内，输出电压平均值u。 总是小于输入直流电压Ud，改变D值就可 以改变输出电压平均值的大小。而占空 比的改变可以通过改变ton或Ts来实现。
直流变换电路教学课件PPT
保持开关周期T不
变，调节开关导通时间ton 2) 频率调制（调频型）
关周期T
保持开关导通时间ton不变，改变开
3) 混合型
ton和T都可调，占空比改变
V为通态期间，设负载电流为i1，可列出如下方程
L d i1 dt
Ri1
EM
E
设此阶段电流初值为I10， =L/R，解上式得
i1
t
I10e
E EM R
i1 ton
toff
IL
o
i2 IL
o
可控开关V处于通态时，电
源经V向电感L供电使其贮存
能量，此时电流为i1。同时， 电容C维持输出电压恒定并向
负载R供电。
V关断时，电感L中的能量
向负载释放，电流为i2。负载
t
电压极性为上负下正，与电源
电压极性相反，该电路也称作
反极性斩波电路
t
14
稳态时，一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零，即
于断态的时间为toff，则此期间电感L释放能量为(Uo-E)I1toff。
10
电路工作稳态时，一个周期T中电感L积蓄能量与释放能量相等
EI1ton (Uo E)I1toff
化简得
Uo
ton toff toff
E
T toff
E
式中，T/toff>1，输出电压高于电源电压，该电路为升压斩波电路
T/toff表示升压比，改变输出电压Uo的大小，升压比的倒数b = toff /T,
T
0 uL d t 0
当V处于通态期间时，uL=E；而当V处于断态期间时，uL=-uo
E tonon toff
E ton T ton
第3章 直流-直流变换电路讲解
从能量传递关系出发进行的推导
由于L为无穷大，故负载电流维持为Io不变
电源只在V处于通态时提供能量，为 EIoton
在整个周期T中，负载消耗的能量为 RI o2T EMIoT
一周期中，忽略损耗，则电源提供的能量与负载消耗的能量相等。
EIoton RI o2T EMIoT
Io
DE EM R
iG ton toffa) 电路图 io i1T t1 i2
t
t=t1时控制V关断，二极管VD 续流，负载电压uo近似为零，
uo
E
t
负载电流呈指数曲线下降。
O iG
t on
b)电流连续时的波形 t off
t
通常串接较大电感L使负载电
T
流连续且脉动小。
io i1
t
uo E
E
t
EM
t
c) 电流断续时的波形
3.1.1 降压斩波电路
工作原理—断续 U0比连续时被抬高。
电流连续与否的临界条件：
L
1 D 2
RTS
L io R V
VD
E iG
u
o
+ EM
M
-
3.1.1 降压斩波电路 V L io R
用于直流电机调速
VD
E iG
uo
+ EM M
-
t=0时刻驱动V导通，电源E向
负载供电，负载电压uo=E，负 载电流io按指数曲线上升。
3.1.1 降压斩波电路
降压斩波电路
（Buck Chopper)
电路结构
全控型器件 若为晶闸管，须
有辅助关断电路。
续流二极管
在分析DC/DC电路和推导中常用到两个重要的概念： 在稳态条件下电感两端电压在一个开关周期内的平均值为零， 同时电容电流在一个开关周期内的平均值为零。
第四章 直流变换电路
此种方式应用 最多
T不变，变ton —脉冲宽度调制（PWM）。 ton不变，变T —频率调制。 ton和T都可调，改变占空比—混合型。
第2章2.1节介绍过：电力电子电路的实质上是分时 段线性电路的思想。
基于“分段线性”的思想，对降压斩波电路进 行解析。
分V处于通态和处于断态 初始条件分电流连续和断续
数量关系
电流连续
负载电压平均值：
ton ton Uo E E E ton tof f T
负载电流平均值：
U o EM Io R
（3-1）
ton——V通的时间 toff——V断的时间 a--导通占空比
（3-2）
电流断续，Uo被抬高，一般不希望出现。
8
第二节. 降压斩波电路
斩波电路三种控制方式
tx<toff 电流断续的条件：
输出电压平均值为： ton E (T ton tx ) EM Uo T 负载电流平均值为：
e 1 m e 1
ton t x 1 m E T
（3-17）
（3-18）
tx 1 ton ton t x m E U o Em I o i1 d t i2 d t 0 0 T T R R
升降压斩波电路 (buck -boost Chopper)
电路结构
19
第四节 .升降压斩波电路
基本工作原理
V通时，电源E经V向L供电使 其贮能，此时电流为i1。同时， C维持输出电压恒定并向负载 R供电。 V断时，L的能量向负载释放， 电流为i2。负载电压极性为上 负下正，与电源电压极性相 反，该电路也称作反极性斩 波电路。 动画演示
T不变，变ton —脉冲宽度调制（PWM）。 ton不变，变T —频率调制。 ton和T都可调，改变占空比—混合型。
第2章2.1节介绍过：电力电子电路的实质上是分时 段线性电路的思想。
基于“分段线性”的思想，对降压斩波电路进 行解析。
分V处于通态和处于断态 初始条件分电流连续和断续
数量关系
电流连续
负载电压平均值：
ton ton Uo E E E ton tof f T
负载电流平均值：
U o EM Io R
（3-1）
ton——V通的时间 toff——V断的时间 a--导通占空比
（3-2）
电流断续，Uo被抬高，一般不希望出现。
8
第二节. 降压斩波电路
斩波电路三种控制方式
tx<toff 电流断续的条件：
输出电压平均值为： ton E (T ton tx ) EM Uo T 负载电流平均值为：
e 1 m e 1
ton t x 1 m E T
（3-17）
（3-18）
tx 1 ton ton t x m E U o Em I o i1 d t i2 d t 0 0 T T R R
升降压斩波电路 (buck -boost Chopper)
电路结构
19
第四节 .升降压斩波电路
基本工作原理
V通时，电源E经V向L供电使 其贮能，此时电流为i1。同时， C维持输出电压恒定并向负载 R供电。 V断时，L的能量向负载释放， 电流为i2。负载电压极性为上 负下正，与电源电压极性相 反，该电路也称作反极性斩 波电路。 动画演示
第6章 直流变换电路
C在一个周期内的平均电流为零的原理可写出表达式
I 2 t on I1t off
t on t on I1 D U0 E E E E I2 t off T t on 1 D
从而可得
忽略Cuk斩波电路内部元件L1、L2、C和VT的损耗，根据
上图等效电路，可得到：电源输出的电能EI1等于负载上 得到的电能U0I2，即 EI1 U 0 I 2 。
VD转为正偏，电感L与电源E叠加共同向电容C充电，向负 载R供能。如果VT的关断时间为toff，则此时间内电感L释放 的能量可以表示为 (U E ) I t 。
o 1 off
3、基本数量关系
当电路处于稳态时，一个周期内电感L储存的能量与释放的
能量相等，即
EI1t on = (U o E ) I1t off
u L dt
ton
0
u L dt
T
ton
u L dt 0
设输出电压的平均值为U0，则在稳态时，上式可以表达为：
即
（E-U0）ton=U0（T-ton） t on U0 E DE T
式中D为导通占空比；ton为VT的导通时间；T为开关周期。
通常ton≤T，所以该电路是一种降压直流变换电路。当输入
电压E不变时，输出电压Uo随占空比D的线性变化而线性改
变，而与电路其他参数无关。
6.2.2 升压式直流斩波电路
1、电路的结构
斩波开关VT与负载并联连接，储能电感与负载呈串联连接
iGE
uL
L
VD
i0
VT
0
i1
u0
t
i0
E
第六章 直流变换电路
6.6 带隔离变压器的直流变换器
6.6.2 正励式变换器 图中T为开关管、Tr为隔离变压器、 D1、D2为高频二极管，D3为续流二 极管。 当开关管T导通时，它在高频变压器 一次侧绕组只储存能量，同时将能 量传递到二次绕组，根据变压器对 应端的感应电压极性，二极管D1导 通，此时D2反偏截止，把能量储存 到电感L中，同时提供负载电流Io。 当开关管T截止时，变压器二次绕组 中的电压极性反转过来，使得续流 二极管D2导通，储存在电感中的能 量继续提供电流给负载，变换器输 出电压为Uo=(N2/N1)Dud
在A图中，当触发脉冲使开关S导 通时，在导通期间电感L中有电 流流过，且二极管D反向偏置， 导致电感两端呈现正电压uL＝UdUo，在该电压作用下电感中的电 流iL线性增长，其等效电路如图B， 在开关S断开期间，由于电感已 储存了能量，D导通，iL经D续流， 此时uL=-Uo，电感L中的电流iL线 性衰减，其等效电路如图C，各 电量的波形如图D。 在ton期间，开关S导通，电感上 的电压：uL=LdiL/dt，在这期间 由于L、C无损耗，因此iL从I1线 性增长到I2，
6.5
全桥变换电路
全桥开关型变换电路用途广泛，相同的变换主电路，只要改变对开关元 件的控制方式，电路的功能就不同。它可以实现DC/DC变换，以用于直 流电机的驱动，也可以实现DC/AC变换，用于单相交流不间断电源和变 压器隔离式直流开关电源。 这种电路的输入是幅值不变的直流电压Ud，输出是幅值和极性均可变的 直流电压Uo。
6.6 带隔离变压器的直流变换器
பைடு நூலகம்
在基本的BUCK、BOOST以及CUK等直流变换器中引入隔离变压器，可以使 变换器的输入电源与负载之间实现电气隔离，并提高变换器运行的安全 可靠性和电磁兼容性，同时选择变换器的变比还可匹配电源电压Ud与负 载所需的输出电压Uo，即使Ud与Uo相差很大，也能使直流变换器的占空 比D数值适中而不至于接近于零或1，此外引入变压器还可能设置多个二 次绕组输出几个大小不同的直流电压。 如果变换器只需一个开关管， 变换器中变压器的磁通只在一个方向变化，称为单端变换器，用于小功 率电源变换电路。如果开关管导通时电源将能量直接传送至负载则称为 正励变换器，如果开关管导通时电源将电能转换为磁能储存在电感中， 而当开关管阻断时，再将磁能变为电能传送
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当开关S在驱动信号的作用下导通时，电路处于ton工作期间， 二极管承 受反偏电压而截止。一方面，电能从直流电源输入并储存到电感L中，使电 感电流iL从I1（最小值）线性增加至I2（最大值）；另一方面，负载R由电容 C提供能量，即在此期间将C中储存的能量传送给负载R，使电容C上的电压 uC线性减小， 放电电流iC、负载电流线性减小，二者的绝对值相等。很明 显，L中的感应电动势的平均值与Ud相等，即
Ud
L I2 I1 ton
L I L ton
② toff期间，当感应电动 势大小超过输出电压U0时， 二极管D导通，电感经D向C 和RL反向放电，使输出电 压的极性与输入电压相反。
U0
－L I L t off
在 的减ton少期量间，电得感：电流的增加量等于toff期间
Ud L
ton
U0 L
toff
由
ton KTS
toff (1 K )TS
出电压的平均值为：
的关系，求出输
U0
－ K 1 K
Ud
上式中，K为占空比，负号表示输出与输入电压 反相；当K=0.5时，U0=Ud；当0.5<K<1时，U0>Ud， 为升压变换；当0≤K<0.5时，U0<Ud，为降压变 换。
项目六 开关电源主电路
【学习目标】 ·掌握DC/DC变换电路的基本概念和工作原理。 ·了解PWM控制电路的基本构成和原理。
一、DC/DC电路的工作原理
DC/DC电路也叫直流斩波电路，是将直流电压变 换成固定的或可调的直流电压的电路。按输入、 输出有无变压器可分有隔离型、非隔离型两类。 （一）非隔离型电路 非隔离型电路根据电路形式的不同可以分为降压 型电路、升压型电路、升降压电路、库克式斩波 电路和全桥式斩波电路。其中降压式和升压式斩 波电路是基本形式，升降压式和库克式是它们的 组合，而全桥式则属于降压式类型。
（2）反激电路
（3）半桥电路
（4）全桥电路
（5）推挽电路
（二）开关状态控制电路 1．开关状态控制方式的种类 开关电源中，开关器件开关状态的控制方式主要有占空比控制 和幅度控制两大类。 （1）占空比控制方式 占空比控制又包括脉冲宽度控制和脉冲 频率控制两大类。 1)脉冲宽度控制 脉冲宽度控制是指开关工作频率(即开关周期T) 固定的情况下直接通过改变导通时间(TON)来控制输出电压Uo 大小的一种方式。因为改变开关导通时间TON就是改变开关控 制电压UC的脉冲宽度，因此又称脉冲宽度调制(PWM)控制。 PWM控制方式的优点是，因为采用了固定的开关频率，因此， 设计滤波电路时就简单方便；其缺点是，受功率开关管最小导 通时间的限制，对输出电压不能作宽范围的调节，此外，为防 止空载时输出电压升高，输出端一般要接假负载(预负载)。
UL
Ud
L
I2 I1 ton
L I L ton
当S断开时，二极管VD导通,电感电流iL下降，电感L的感应电动
势改变方向，与电源电压Ud叠加, 相当于电源和电感同时为负
载供电和向电容C充电，由此得到一个比电源电压还高的输出
电压uo，在无损耗的前提下，容易得出电感上电压的平均值UL
为：
UL
2．隔离型电路 隔离型电路可分为正激式和反激式两大类。反激式指 在变压器原边导通时副边截止，变压器储能。原边截 止时，副边导通，能量释放到负载的工作状态，一般 常规反激式电源单管 多，双管的不常见。正激式指在 变压器原边导通同时副边感应出对应电压输出到负载， 能量通过变压器直接传递。
（1）正激电路
1、基本斩波器的工作原理
最基本的直流斩波电路如图所示，负载为纯电 阻R。当开关S闭合时，负载电压uo=Ud，并持 续时间TON；当开关S断开时，负载上电压 uo=0V，并持续时间TOFF。则T=TON+TOFF为斩 波电路的工作周期，斩波器的输出电压波形如 图。
若定义斩波器的占空比 k TON 输出电压得平均值为 T
4、升降压斩波电路 1）电路的结构。升降压斩波电路可以得到高于或低于输 入电压的输出电压。该电路的结构特征是储能电感与负载 并联，续流二极管VD反向串联接在储能电感与负载之间。 电路分析前可先假设电路中电感L很大，使电感电流iL和电 容电压及负载电压uo基本稳定。
• 2）工作原理：
• ① ton期间，二极管D反偏 而关断，电感储能，滤波 电容C向负载提供能量。
Uo
Ud
L
I L toff
同时考虑上面两式可得
U d ton L
Uo
Ud L
toff
即
Uo
ton toff toff
Ud
Ud 1 k
上式中占空比K＝ton/T。当K＝0时，Uo＝UD，但K不能为零， 因此在K的变化范围内， 输出电压总是大于或等于输入电压。 称之为升压式的变换电路。
t2
E
+
M EM
-
t
t
t t t
Hale Waihona Puke OEMtc) 电流断续时的波形
3、升压斩波电路 1）电路的结构。升压斩波电路的输出电压总是高于输入 电压。升压式斩波电路与降压式斩波电路最大的不同点是， 斩波控制开关V与负载呈并联形式连接，储能电感与负载 呈串联形式连接，升压斩波电路的原理图及工作波形如 图。
2）工作原理：
断，因感性负载电流不能突变，
I 10
I 20
负载电流通过续流二极管VD续
O uo
t1
流，忽略VD导通压降，负载电
E
压Uo=0V，负载电流按指数规 O
律下降。t=t2时刻，再次驱动V iG
导通，重复上述工作过程。
t on
i
G
O io
i1
b)电流连续时的波形
t off
T tx i2
O uo
t1 E
I 20
1）电路的结构。降压斩波电路是一种输出电压的平均值低于输入 直流电压的电路。它主要用于直流稳压电源和直流电机的调速。图 中，U为固定电压的直流电源，V为晶体管开关（可以是大功率晶体 管，也可以是功率场效应晶体管）。R、电动机为负载，为使负载 电流连续且脉动小，一般需串联较大的电感L，L也称为平波电感。
为在V关断时给负载中的电感电流提供通道，还设置了续流二极管 VD。
2）电路的工作原理。t=0时刻，
V
L io R
驱动V导通，电源U向负载供电， E
iG
VD uo
忽略V的导通压降，负载电压
Uo=U，负载电流按指数规律上 iG 升。
a) 电路图
t on
t off
O
T
t=t1时刻，撤去V的驱动使其关 io i1 i2
，则由波形图上可得
Uo
TON TON TOFF
Ud
TON T
Ud
kUd
。
只要调节k，即可调节负载的平均电压。
占空比k的改变可以通过改变TON或TOFF来实现，通常
斩波器的工作方式有两种：
脉宽调制工作方式：维持T不变，改变TON；
频率调制工作方式：维持TON不变，改变T。
2、降压斩波电路
Ud
L I2 I1 ton
L I L ton
② toff期间，当感应电动 势大小超过输出电压U0时， 二极管D导通，电感经D向C 和RL反向放电，使输出电 压的极性与输入电压相反。
U0
－L I L t off
在 的减ton少期量间，电得感：电流的增加量等于toff期间
Ud L
ton
U0 L
toff
由
ton KTS
toff (1 K )TS
出电压的平均值为：
的关系，求出输
U0
－ K 1 K
Ud
上式中，K为占空比，负号表示输出与输入电压 反相；当K=0.5时，U0=Ud；当0.5<K<1时，U0>Ud， 为升压变换；当0≤K<0.5时，U0<Ud，为降压变 换。
项目六 开关电源主电路
【学习目标】 ·掌握DC/DC变换电路的基本概念和工作原理。 ·了解PWM控制电路的基本构成和原理。
一、DC/DC电路的工作原理
DC/DC电路也叫直流斩波电路，是将直流电压变 换成固定的或可调的直流电压的电路。按输入、 输出有无变压器可分有隔离型、非隔离型两类。 （一）非隔离型电路 非隔离型电路根据电路形式的不同可以分为降压 型电路、升压型电路、升降压电路、库克式斩波 电路和全桥式斩波电路。其中降压式和升压式斩 波电路是基本形式，升降压式和库克式是它们的 组合，而全桥式则属于降压式类型。
（2）反激电路
（3）半桥电路
（4）全桥电路
（5）推挽电路
（二）开关状态控制电路 1．开关状态控制方式的种类 开关电源中，开关器件开关状态的控制方式主要有占空比控制 和幅度控制两大类。 （1）占空比控制方式 占空比控制又包括脉冲宽度控制和脉冲 频率控制两大类。 1)脉冲宽度控制 脉冲宽度控制是指开关工作频率(即开关周期T) 固定的情况下直接通过改变导通时间(TON)来控制输出电压Uo 大小的一种方式。因为改变开关导通时间TON就是改变开关控 制电压UC的脉冲宽度，因此又称脉冲宽度调制(PWM)控制。 PWM控制方式的优点是，因为采用了固定的开关频率，因此， 设计滤波电路时就简单方便；其缺点是，受功率开关管最小导 通时间的限制，对输出电压不能作宽范围的调节，此外，为防 止空载时输出电压升高，输出端一般要接假负载(预负载)。
UL
Ud
L
I2 I1 ton
L I L ton
当S断开时，二极管VD导通,电感电流iL下降，电感L的感应电动
势改变方向，与电源电压Ud叠加, 相当于电源和电感同时为负
载供电和向电容C充电，由此得到一个比电源电压还高的输出
电压uo，在无损耗的前提下，容易得出电感上电压的平均值UL
为：
UL
2．隔离型电路 隔离型电路可分为正激式和反激式两大类。反激式指 在变压器原边导通时副边截止，变压器储能。原边截 止时，副边导通，能量释放到负载的工作状态，一般 常规反激式电源单管 多，双管的不常见。正激式指在 变压器原边导通同时副边感应出对应电压输出到负载， 能量通过变压器直接传递。
（1）正激电路
1、基本斩波器的工作原理
最基本的直流斩波电路如图所示，负载为纯电 阻R。当开关S闭合时，负载电压uo=Ud，并持 续时间TON；当开关S断开时，负载上电压 uo=0V，并持续时间TOFF。则T=TON+TOFF为斩 波电路的工作周期，斩波器的输出电压波形如 图。
若定义斩波器的占空比 k TON 输出电压得平均值为 T
4、升降压斩波电路 1）电路的结构。升降压斩波电路可以得到高于或低于输 入电压的输出电压。该电路的结构特征是储能电感与负载 并联，续流二极管VD反向串联接在储能电感与负载之间。 电路分析前可先假设电路中电感L很大，使电感电流iL和电 容电压及负载电压uo基本稳定。
• 2）工作原理：
• ① ton期间，二极管D反偏 而关断，电感储能，滤波 电容C向负载提供能量。
Uo
Ud
L
I L toff
同时考虑上面两式可得
U d ton L
Uo
Ud L
toff
即
Uo
ton toff toff
Ud
Ud 1 k
上式中占空比K＝ton/T。当K＝0时，Uo＝UD，但K不能为零， 因此在K的变化范围内， 输出电压总是大于或等于输入电压。 称之为升压式的变换电路。
t2
E
+
M EM
-
t
t
t t t
Hale Waihona Puke OEMtc) 电流断续时的波形
3、升压斩波电路 1）电路的结构。升压斩波电路的输出电压总是高于输入 电压。升压式斩波电路与降压式斩波电路最大的不同点是， 斩波控制开关V与负载呈并联形式连接，储能电感与负载 呈串联形式连接，升压斩波电路的原理图及工作波形如 图。
2）工作原理：
断，因感性负载电流不能突变，
I 10
I 20
负载电流通过续流二极管VD续
O uo
t1
流，忽略VD导通压降，负载电
E
压Uo=0V，负载电流按指数规 O
律下降。t=t2时刻，再次驱动V iG
导通，重复上述工作过程。
t on
i
G
O io
i1
b)电流连续时的波形
t off
T tx i2
O uo
t1 E
I 20
1）电路的结构。降压斩波电路是一种输出电压的平均值低于输入 直流电压的电路。它主要用于直流稳压电源和直流电机的调速。图 中，U为固定电压的直流电源，V为晶体管开关（可以是大功率晶体 管，也可以是功率场效应晶体管）。R、电动机为负载，为使负载 电流连续且脉动小，一般需串联较大的电感L，L也称为平波电感。
为在V关断时给负载中的电感电流提供通道，还设置了续流二极管 VD。
2）电路的工作原理。t=0时刻，
V
L io R
驱动V导通，电源U向负载供电， E
iG
VD uo
忽略V的导通压降，负载电压
Uo=U，负载电流按指数规律上 iG 升。
a) 电路图
t on
t off
O
T
t=t1时刻，撤去V的驱动使其关 io i1 i2
，则由波形图上可得
Uo
TON TON TOFF
Ud
TON T
Ud
kUd
。
只要调节k，即可调节负载的平均电压。
占空比k的改变可以通过改变TON或TOFF来实现，通常
斩波器的工作方式有两种：
脉宽调制工作方式：维持T不变，改变TON；
频率调制工作方式：维持TON不变，改变T。
2、降压斩波电路