《直流直流变换器》PPT课件
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直流直流变换器介绍课件
3
高频交流电经过变压器后，再通过整流 和滤波，将高频交流电转换为直流电。
4
直流直流变换器可以实现电压、电流和 功率的调节，以满足不同的应用需求。
应用领域
电动汽车：作为动 力系统的核心部件，
实现能量转换和分 1
配
航空航天：为航天 4
器提供稳定的电源， 确保航天任务的顺
利完成
太阳能发电：将太 阳能转化为电能，
直流直流变换器介绍课件
演讲人
目录
01. 直流直流变换器概述 02. 直流直流变换器分类 03. 直流直流变换器设计要点 04. 直流直流变换器发展趋势
直流直流变换器概述
基本概念
直流直流变换器： 将直流电转换为 直流电的设备
输入电压：变换 器接收的直流电 压
输出电压：变换 器输出的直流电 压
转换效率：变换 器将输入电压转 换为输出电压的 效率
拓扑结构：变换 器的电路结构， 如升压、降压、 升降压等
控制方式：变换 器的控制方式， 如PWM、PFM 等
应用领域：直流 直流变换器的主 要应用领域，如 电力电子、新能 源等
工作原理
1
直流直流变换器是一种将直流电转换为 直流电的设备。
2
其工作原理是通过控制开关管的通断， 将直流电转换为高频交流电。
考虑电路的损 耗和效率
考虑电路的稳 定性和动态性 能
考虑电路的体 积和成本
考虑电路的可 扩展性和可维 护性
控制策略设计
1
控制目标：实现直流直流变换器的稳 定、高效运行
2
控制方法：采用PID控制、模糊控制、 自适应控制等方法
3
控制参数：根据系统特性和需求，调 整控制参数以实现最佳性能
4
第4章直流直流变换器ppt课件
4.3 降压变换器
电子发烧 友 电子技
降压变换器也称为 Buck变换器，正如名字所定义的， 降压变换器的输出电压Uo低于输入电压Ud。
在实际应用中，有如下问题： 1．实际的负载应该是感性的。即使是阻性负载，也总有 线路电感，电感电流不能突变，因此，图4-1的电路可 能由于电感上的感应电压毁坏开关管。采用图4-3的电 路，则电感中储存的电能可以通过二极管续流释放给 负载； 2．在大多数应用中需要的是平稳的直流电压。而图4-1 的电路输出电压在0和Ud间变化。采用由电感和电容组 成的低通滤波器可以得到平稳的输出电压。
电子发烧 友 电子技
采用由电感和电容组成的低通滤波器的特性如图(c)所示。 低通滤波器的角频率fc应大大低于开关频率fs，经过滤波 器后的输出电压基本上消除了开关频率造成的纹波。假 设输出端的滤波电容足够大，则输出电压的瞬时值不变， 即uo=Uo。在稳态情况下，因为电容电流平均值为0，所 电子发烧 I 。 以电感电流平均值等于输出电流平均值 o
电子发烧 友 电子技
开关管导通时，输出电压等于输入电压 Ud ；开关管断 开时，输出电压等于0。输出电压波形如上图所示，输 出电压的平均值Uo为
t 1 t T on on s U U dt 0 dt U D U o d d 0 d t o n T T s s
电子发烧 友 电子技
电子发烧 友 电子技
按照控制电压和锯齿波幅值的关系，开关占空比D可以 表示成：
ton uco D ˆ Ts U st
友 电子技
4.3.1 电流连续模式时的工作情况
在开关管导通期间ton，输入电源经电感流过电流，二 极管反偏。这导致在电感端有一个正向电压uL=Ud-Uo， 如图4-5(a)所示。这个电压引起电感电流iL的线性增加； 当开关管关断时，由于电感中储存电能，产生感应电 势，使二极管导通，iL经二极管继续流动，uL= -Uo， 电感电流下降，如图4-5(b)所示。 Uo ton 输出电压 (4-5) D
《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
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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
《直流直流变换器》课件
优点与不足
直流直流变换器具有高效率、较小的尺寸和重量，但在设计和控制上存在一定的挑战。
直流直流变换器的工作原理
1
基础电路结构
直流直流变换器的基础电路结构包括功率开关、滤波电感、滤波电容和控制电路。
2
Hale Waihona Puke 工作模式及转换过程直流直流变换器在不同工作模式下，可以完成直流电能的变换和传输过程。
3
调制方式
直流直流变换器可以通过脉宽调制、调频调制和相移调制等方式实现电能转换的控制。
各种调制方式的实现技术
脉宽调制技术
通过改变脉冲宽度的方式来实 现直流直流变换器的电能转换 控制。
调频调制技术
通过调整载频的方式来实现直 流直流变换器的电能转换控制。
相移调制技术
通过改变相位差的方式来实现 直流直流变换器的电能转换控 制。
直流直流变换器的应用
直流传动系统中的应用
直流直流变换器被广泛用于 电动汽车、电动船舶和工业 机械等直流传动系统。
建筑节能系统中的应用
直流直流变换器可提高建筑 节能系统的能效，减少能源 消耗。
光伏发电系统中的应用
直流直流变换器被用于将太 阳能电池板产生的直流电能 转换为交流电网所需的电能。
总结
1
直流直流变换器的现状与前景
直流直流变换器在能源转换和传输领域具有广阔的应用前景。
2
发展趋势
直流直流变换器的发展趋势包括高效率、高可靠性、智能化和可持续发展等方向。
《直流直流变换器》PPT 课件
直流直流变换器（Direct Current Converter）是一种在电力电子技术领域应用 广泛的设备，用于将直流电能转换为直流电能。
介绍直流直流变换器
定义
直流直流变换器具有高效率、较小的尺寸和重量，但在设计和控制上存在一定的挑战。
直流直流变换器的工作原理
1
基础电路结构
直流直流变换器的基础电路结构包括功率开关、滤波电感、滤波电容和控制电路。
2
Hale Waihona Puke 工作模式及转换过程直流直流变换器在不同工作模式下，可以完成直流电能的变换和传输过程。
3
调制方式
直流直流变换器可以通过脉宽调制、调频调制和相移调制等方式实现电能转换的控制。
各种调制方式的实现技术
脉宽调制技术
通过改变脉冲宽度的方式来实 现直流直流变换器的电能转换 控制。
调频调制技术
通过调整载频的方式来实现直 流直流变换器的电能转换控制。
相移调制技术
通过改变相位差的方式来实现 直流直流变换器的电能转换控 制。
直流直流变换器的应用
直流传动系统中的应用
直流直流变换器被广泛用于 电动汽车、电动船舶和工业 机械等直流传动系统。
建筑节能系统中的应用
直流直流变换器可提高建筑 节能系统的能效，减少能源 消耗。
光伏发电系统中的应用
直流直流变换器被用于将太 阳能电池板产生的直流电能 转换为交流电网所需的电能。
总结
1
直流直流变换器的现状与前景
直流直流变换器在能源转换和传输领域具有广阔的应用前景。
2
发展趋势
直流直流变换器的发展趋势包括高效率、高可靠性、智能化和可持续发展等方向。
《直流直流变换器》PPT 课件
直流直流变换器（Direct Current Converter）是一种在电力电子技术领域应用 广泛的设备，用于将直流电能转换为直流电能。
介绍直流直流变换器
定义
双向直流变换器建模ppt课件
① Buck 方向时， K2断开，电源V1提供负载R2能量：
VBuck V1 d
I Buck
V1 R2
d
② Boost 方向时，K1断开，电源V2提供负载R1能量：
VBoost V1 d
I Boost
V1 R1 D 2
d
③ 稳态时，电压之间的关系满足下式：V1 :V2 1: D
34
3 双向 Buck-Boost 变换器的小信号模型
1 iL
0
uc
27
2、 Boost 方向小信号模型的建立
（2）dTs ≤ t ≤ Ts（时间段记为dTs），状态空间 方程：
•
iL
0
• uc
1 C1
1 L
1 R1C1
iL uc
1 L 0
v2
v1
i2
0 1
1 iL
0
uc
28
2、 Boost 方向小信号模型的建立
L
iL
+
D1
+
V1
Q2
D2
V2
-
-
图1 双向Buck-Boost DC/DC变换器
3
1、 Buck 方向小信号模型的建立
1.1 列出状态方程
Buck 方向时电路结构如图2所示，忽略电感、
电容的寄生电路，开关管、二极管均假定为理想器
件。
i1
+
Q1
L
iL
+
V1
D2
C2 R2
V2
-
-
图2 Buck 方向在连续状态下的等效电路
基本建模法
建模方法
状态空间平均法 开关元件平均模型法 开关网络平均模型法
电力电子技术课件 10 DC-DC变换器
狭义上的纹波电压，是指输出直流电压中含有的工频交流成分。 我国工频频率是50Hz，所以纹波电压以工频50Hz或50Hz的整数倍计取。 具体取50Hz还是50Hz的倍数，取决于整流电路的类型。对于半波整流， 取50Hz；对于全波整流，取50Hz的2倍即100Hz；对于三相半波整流， 取50Hz的3倍即150Hz；对于三相全波整流，取50Hz的6倍即300Hz。 对于日本、美国等国家，使用60Hz工频，计取方式只需把上述的50改为 60即可。 纹波电压通常用有效值或峰值表示。
其中β为变压比的倒数。
4.1.3 Buck-Boost变换器
概述：
升降压变换电路（又称Buck-boost电路）的输出电 压平均值可以大于或小于输入直流电压，输出电压与输 入电压极性相反，其电路原理图如图所示。 它主要用于要求输出与输入电压反相，其值可大于或 小于输入电压的直流稳压电源。
4.1
直流变换电路的工作原理
工作原理：图中 T是可控开关， R 为纯阻性负载。在时间 内当开关T接通时，电流经负载电阻R流过， R两端就有 电压；在时间内开关T断开时， R中电流为零，电压也变 为零。
电路中开关的占空比
D
ton TS
TS为开关T的工作周期，ton为导通时间。 由波形图可得到输出电压平均值为
U dTS D(1 D) 2L
即电感电流临界连续时的负载电流平均值为 ：
I OB
U d TS D(1 D) 2 LO
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）;
其中β为变压比的倒数。
4.1.3 Buck-Boost变换器
概述：
升降压变换电路（又称Buck-boost电路）的输出电 压平均值可以大于或小于输入直流电压，输出电压与输 入电压极性相反，其电路原理图如图所示。 它主要用于要求输出与输入电压反相，其值可大于或 小于输入电压的直流稳压电源。
4.1
直流变换电路的工作原理
工作原理：图中 T是可控开关， R 为纯阻性负载。在时间 内当开关T接通时，电流经负载电阻R流过， R两端就有 电压；在时间内开关T断开时， R中电流为零，电压也变 为零。
电路中开关的占空比
D
ton TS
TS为开关T的工作周期，ton为导通时间。 由波形图可得到输出电压平均值为
U dTS D(1 D) 2L
即电感电流临界连续时的负载电流平均值为 ：
I OB
U d TS D(1 D) 2 LO
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）;
《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。
《直流交流变换器》课件
可再生能源系统中的直流交流变换器具有较高的能量转换效率和可靠性，能够实现 可再生能源的稳定并网和发电。
直流交流变换器在可再生能源系统中的应用有助于推动可再生能源的发展，减少对 化石能源的依赖，降低环境污染。
06
直流交流变换器的未来发展与挑战
技术发展趋势
高效能
随着能源需求的日益增长，直流 交流变换器的高效能技术将不断
分布式电源系统中的直流交流变 换器具有较小的体积和重量，能 够实现高效、灵活的能源转换，
提高能源利用效率。
直流交流变换器在分布式电源系 统中的应用有助于实现能源的分 散化和智能化管理，提高能源供
应的可靠性和稳定性。
可再生能源系统中的应用
在可再生能源系统中，直流交流变换器可以将直流电能转换为交流电能，促进可再 生能源的开发和利用。
工作原理
通过一定的电路结构和控制方式 ，实现直流电和交流电之间的转 换。
直流交流变换器的应用场景
分布式电源系统
在分布式电源系统中，直流交流变换 器可以用于将光伏、风能等可再生能 源发出的直流电能转换为交流电能， 供给负载使用。
电动汽车充电桩
智能家居系统
智能家居系统中的电源适配器可以将 直流电能转换为交流电能，供给各种 家用电器使用。
力巨大。
竞争格局
市场竞争激烈，企业需要不断提 高技术水平和产品质量，以应对
同行的挑战。
法规与标准
各国政府对能源转换效率和环保 要求日益严格，企业需要关注相 关法规和标准的变化，确保产品
符合要求。
未来研究方向
新材料应用
探索新型材料在直流交流变换器中的应用，以提 高能源转换效率和降低成本。
多功能集成
研究如何将多种功能集成于一个变换器中，以实 现更高效、紧凑的能源转换解决方案。
直流交流变换器在可再生能源系统中的应用有助于推动可再生能源的发展，减少对 化石能源的依赖，降低环境污染。
06
直流交流变换器的未来发展与挑战
技术发展趋势
高效能
随着能源需求的日益增长，直流 交流变换器的高效能技术将不断
分布式电源系统中的直流交流变 换器具有较小的体积和重量，能 够实现高效、灵活的能源转换，
提高能源利用效率。
直流交流变换器在分布式电源系 统中的应用有助于实现能源的分 散化和智能化管理，提高能源供
应的可靠性和稳定性。
可再生能源系统中的应用
在可再生能源系统中，直流交流变换器可以将直流电能转换为交流电能，促进可再 生能源的开发和利用。
工作原理
通过一定的电路结构和控制方式 ，实现直流电和交流电之间的转 换。
直流交流变换器的应用场景
分布式电源系统
在分布式电源系统中，直流交流变换 器可以用于将光伏、风能等可再生能 源发出的直流电能转换为交流电能， 供给负载使用。
电动汽车充电桩
智能家居系统
智能家居系统中的电源适配器可以将 直流电能转换为交流电能，供给各种 家用电器使用。
力巨大。
竞争格局
市场竞争激烈，企业需要不断提 高技术水平和产品质量，以应对
同行的挑战。
法规与标准
各国政府对能源转换效率和环保 要求日益严格，企业需要关注相 关法规和标准的变化，确保产品
符合要求。
未来研究方向
新材料应用
探索新型材料在直流交流变换器中的应用，以提 高能源转换效率和降低成本。
多功能集成
研究如何将多种功能集成于一个变换器中，以实 现更高效、紧凑的能源转换解决方案。
《直流直流变流电路》课件
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 现整流功能。
整流器在电路中的连接方式有 桥式和全波式两种，根据不同 的需求选择合适的连接方式。
电感器
电感器是直流直流变流电路中的储能元件，它的作用是储存磁场能量。
电感器的电感量大小直接影响电路中的电流变化，电感量越大，对电流的阻碍作用 越强。
双管正激式拓扑结构
总结词
双管正激式拓扑结构是一种较为复杂的直流直流变流电路，具有更高的可靠性和稳定性。
详细描述
双管正激式拓扑结构采用两个开关管、两个储能元件和输出滤波器，通过控制两个开关管的通断来调 节输出电压的大小。该结构适用于中大功率的应用场景，具有更高的能量转换效率和可靠性。
半桥式拓扑结构
优缺点分析
混合控制模式具有响应速度快、对负 载变化适应性强、控制精度高等优点 ，但也可能存在电路结构复杂、实现 难度较大等缺点。同时，控制器设计 需充分考虑电压和电流之间的耦合关 系，以实现更好的控制效果。
06
直流直流变流电路的优化设计
元件选择与参数设计
元件选择
选择合适的元件类型和规格，以满足 电路的性能要求和使用环境。
参数设计
根据电路的工作原理和设计目标，合 理设定元件的参数值，以优化电路的 性能。
热设计
热分析
对电路在工作过程中产生的热量进行 详细分析，以评估对元件性能和寿命 的影响。
散热方案
根据热分析结果，设计合理的散热方 案，确保元件温度在允许范围内，保 障电路的稳定运行。
电磁兼容性设计
电磁干扰分析
对电路在工作过程中产生的电磁干扰进行详 细分析，以评估对周围电子设备和系统的影 响。
优缺点分析
电流控制模式具有响应速度快、对负载变化适应性强等优点，但也可能存在电路结构复杂、实现难度较 大等缺点。
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
电力电子技术第4章直流直流变换器课件
cos 2t
2
n
sin nD
cos nt)
以上分析表明，输出电压可以分解成直流分量、具有开关频率fs及其倍数的谐波分 量，如右下图所示，左下图中uo是未加滤波器前的直流电压，由傅里叶级数可以看出， 谐波的幅值和占空比有关，谐波的频率是开关频率的倍数。
采用由电感和电容组成的低通滤波器的特性 如图(c)所示。当低通滤波器的角频率fc<<开关频 率fs时，经过滤波器后的输出电压基本上消除了 高频谐波。电感和电容越大，输出电压越平稳， 纹波越小。而开关频率越高，滤波效果越好，滤 波器也可以越小。因此，在直流斩波器中，开关 频率较高，可以减少装置的体积，提高性能。
➢ 随着控制角的增大功率因数降低，无功功率增大，影响电网质量。 ➢ 由于输出电压中具有低次谐波，为保证输出电压具有较小的纹波，必须有较大的滤
波电感和电容。 ➢ 在直流电机调速系统中，为避免电流断续，最小负载电流越小，保证电流连
续的电感越大，体积重量越大，成本越高。 ➢ 相控整流器存在着较大的失控时间，导致动态响应慢，快速性差。
4.4.2 电流连续和断续模式的边界
在开关管导通期间，
Ud
uL
L diL dt
L
I LM ton
在临界连续的情况下，在断开间隔结束时电感电流iL降为0。因此有
I LB
1 2
I
LM
Udton 2L
TsUo 2L
D(1 D)
I OB
TsU o 2L
D(1
D)2
由在临界连续情况下电感电流和输出电流表达式，给出了临界电流与占空比的 关系曲线。图中，在输出电压不变 的条件下，如果输出电流平均值Io比IoB小，则工 作在电流断续模式下。
电力电子课件动画-第3章 直流-直流变换器 53页精品文档
+ -
谐波一般用滤波器滤掉, o
滤波器的输出电压有纹波。
T
E
v EO
+
v l
-
V o
i
G
V g
D
i
L
L C
o
i
R
CC
i o
o
buck 电路图
滤波
滤波器电抗对谐波
的阻抗为： wL
滤波器电容对谐波
的阻抗为： 1 wC
i
i
Vi
+ -
o
T
E
v EO
+
v l
-
V o
i
G
V g
D
i
L
L C
o
i
R
CC
i o
v
i
电电荷为：
v i t
DQ=1DiL Ts =DiL
i c
1 + Di
2L
2 2 2 8f
t
1
DQ
- Di
T
DV0=V0ma-xV0mi= n D C Q=(18- LDC )V 20f
v o
2L
s
2
V o
t
T on
T off
T s
降压电路的控制方法
V0 =DVi = TToSnVi
(1)PWM（Pulse Width Modulation） 周期不变，导通的时间变化，即导通比D改变从
I L min
t
Vi
iL
T
iD C +
R
vL
Vi
t
Vo -Vi
(c)T阻断，D导通。开关状态2
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12
1.1.2 电感电流连续时工作特性
Buck变换器有两种可能的运行工况：
（1）电感电流连续模式 CCM(Continuous Current Mode)： 指电感电流在整个开关周期中都不为零； （2）电感电流断流模式 DCM（Discontinuous Current Mode）： 指在开关管T阻断期间内经二极管续流的电感电流已降为零。
3
如何实现降压变换？
iO VO
R
R
Vs
L
VS
RCE Ig
iO VO R
L
T
iO VO
R Ig
Vi
+ -
o
T
E
vEO
+
v l
-
i VO O
G
V g
D
iL
L C
i
CC
R
i
o
o
buck 电路图
1.1.1 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
✓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
续流二极管
LC输出滤波 负载
（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。
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VSIS VOIO
2. 降压原理
对开关管T加驱动信号VG ，开关周期为TS。
VO
2
VS
Ton Toff
VS
DVS
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VG>0, T管导通
EO V S iD 0 iL iS
Ton DTS
(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？
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4.输出电压LC滤波
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VG=0, T管阻断
EO 0 iD iL
T of fT ST on (1D )T S
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输出电压 EO (t) C0 an cos(nt) (3 -1) n1 n次谐波幅值 a n2 n V Ssin n 2 ) (2 n V Ssin nD )((-3 4)
输出电压的直流平均值
周期性函数可以分解为无限项三角级数——傅立叶级数：
F (t)a 0 a nco n s t) (b nsin n t)(
n 1
F(ωt)也可表达为：
F(t)C 0 C ncon st(n)
n1
C 0 a 0 T 10 T F (t)d t2 10 2 F (t)d (t)
Cn an2 bn2
(2) 开关状态2：T管阻断, D管导通
LdiLdt V O (3-8)
iL V L OT of fV L O(1D )T SL V O S(1 fD ) (-3 9)
Q: 电流连续模式跟哪些因素有关?
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2. 变压比、导通比的定义
变压比 ：
MV0/VS
导通比（占空比）： DTon/TS
Ton DTs Toff(1D)Ts
直流/直流变换器
3 直流/直流变换器
1.1 直流/直流降压变换器（Buck DC/DC 变换器） 1.2 直流/直流升压变换器（Boost DC/DC 变换器） 1.3 直流升压－降压变换器（Boost-Buck变换器或
Cuk变换器） 小结
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1.1 直流/直流降压变换器（Buck DC/DC 变换器） 1.1.1 电路结构和降压原理 1.1.2 电感电流连续时工作特性 1.1.3 电感电流断流时工作特性
a n T 2 0 T F ( t) cn o t) d s ( 1 t0 2 F (t) cn o t) d s (t( )
b n T 2 0 T F ( t)sn it n ) d (1 t0 2 F (t)sn it n ) d (( t)
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用傅立叶分解方法求变压比和谐波分量
二者的临界： 称为电感电流临界连续状态： 指开关管阻断期结束时，电感电流刚好降为零。
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1.电流连续时只有两种开关状态 (1) 开关状态1：T管导通,D管阻断
L d Sd i L td Ld i V tS V O (-6 3 )
iL V S L V O T o nV S L V O D T S V S L S V O fD (-3 7)
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用傅立叶分解方法求变压比和谐波分量
2
V T vEOD VSn1n
Ssin(nD )cosnt
S
在实际应用中，由于电路开关通-断状态在时间上的对称性，
VO
Co
1
2
2 0
vEOd
(t)
1
2
VS
1
2
VS
2D
DVs
(3 - 2)
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
VEO (t)
DVS
n1
2VS
n
sin(
nD ) cos(nt)
(3 - 5)
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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。
变压比与电路结构和导通比都有关系，它们之间 的关系可用多种方法推导。由此了解电力电子电路的 分析方法
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用波形积分的方法求变压比
vEO的直流分量V0为:
V 0
1 Ts
v d t T s 2
Ts 2 EO
1 TS
V d t T o n 2
Ton 2 S
V S T on T s
D V S
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用傅立叶分解方法求变压比和谐波分量
周期性函数可以分解为无限项三角级数——傅立叶级数：
F (t)a 0 a nco n s t) (b nsin n t)(
n 1
a 0 T 1 0 T F ( t) d t 1 T 0 2 F (t) d (t) 2 10 2 F (t) d (t)
Buck变换器电路
全控型开关管
LC输出滤波
续流二极管
负载
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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：
（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；