《直流直流变换器》PPT课件

（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。
6
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
7
VG>0, T管导通
EO V S iD 0 iL iS
Ton DTS
Buck变换器电路
全控型开关管
LC输出滤波
续流二极管
负载
5
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；
✓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
(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?
14
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
8
VG=0, T管阻断
EO 0 iD iL
T of fT ST on (1D )T S
9
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
(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？
11
4.输出电压LC滤波
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
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。
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)
17
用傅立叶分解方法求变压比和谐波分量
18
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，
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
VS
L
4
i
i
Vi
+ -
o
T
E
vEO
+
v l
-
i VO O
G
V g
D
iLLeabharlann Baidu
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/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
2
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
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
15
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
16
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)
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)
10
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。
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。
13
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)