直流-直流变换电路精华(精选)
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《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。
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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-直流变换电路
toff
toff
由斩波电路的工作原理可看出，周期T ≥ toff，或T / toff≥1，故负载
上的输出电压U0高于电路输入电压E，该变换电路称为升压式
斩波电路。
第十页，共29页。
5.2.3 升降压式直流斩波电路
1、电路的结构
该电路的结构是储能电感L与负载R并联，续流二极管VD反 向串接在储能电感与负载之间。
电能U0I2，即
E。1IU0I2
由此可以得出输出电压U0与输人电压E的关系为
U 0II1 2Etto ofn E f Tt oto nn E1 D D E
可见，Cuk斩波电路与升降压式斩波电路的输出表达式完
全相同。
第十七页，共29页。
5.2.5全桥式直流斩波电路
1、电路的特点
全桥斩波电路有两个桥臂，每个桥臂由两个斩波控制开关VT及与
势，使二极管导通，故电流iL经二极管VD续流，uL= -
uo，电感L向负载供电，电感L的储能逐步消耗在R上，
电流iL下降。如上图(b)所示。
第六页，共29页。
3、基本数量关系
在稳态情况下，电感电压波形是周期性变化的，电感电压在一个周
期内的积分为0，即
T
ton
T
0uLd t 0 uLd t tou nLd t0
toff，则电容电流和时间的乘积为I1toff。由电容C在一个周期内的平均
电流为零的原理可写出表达式
从而可得
I2tonI1toff
U 0II1 2Etto ofn E f Tt oto nn E1 D D E
第十六页，共29页。
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
直流变换电路
6.6 带隔离变压器旳直流变换器
❖ 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，同步将能 量传递到二次绕组，根据变压器相 应端旳感应电压极性，二极管D1导 通，此时D2反偏截止，把能量储存 到电感L中，同步提供负载电流Io。 ❖ 当开关管T截止时，变压器二次绕组 中旳电压极性反转过来，使得续流 二极管D2导通，储存在电感中旳能 量继续提供电流给负载，变换器输 出电压为Uo=(N2/N1)Dud
电力电子技术
第六章 直流变换电路
第六章 直流变换电路
❖6.1 ❖6.2 ❖6.3 ❖6.4 ❖6.5
降压变换电路 升压变换电路 升降压变换电路 库克变换电路 全桥直流变换电路
第六章 直流变换电路
❖ 能将直流电变换成另一固定电压或大小可调旳直流电压旳变换电路称为 直流变换电路。它旳基本原理是利用电力电子开关器件周期性旳开通和 关断来变化输出电压旳大小，故也称为开关型DC/DC变换电路或斩波电 路。它被广泛应用于可控直流开关稳压电源、焊接电源和直流电机旳调 速控制。它以体积小、重量轻、效率高等优点在工业、通讯军事等领域 得到广泛旳应用。
❖ 6.6.4 半桥式变换器 ❖ 其工作原理：当开关管T1和T2均
关断时，两个等量旳电容C1和C2 旳中点A旳电位Ua是输入电压旳 二分之一，即Ua=Uc1=Uc2=Ud/2 ❖ 开关管T1和T2旳驱动信号ug1和 ug2为两个反相旳PWM信号。当 ug1为高电平，ug2为低电平时， T1导通，T2截止，电容C1将经过 T1和高频变压器旳一次绕组Np放 电，同步电容C2充电。 ❖ 当ug1为低电平，ug2为高电平时， T1截止，T2导通，电容C1将被充 电，电容C2将放电。
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。
交流直流转换电路图文
06 测试方法与故障诊断
测试仪器及使用方法
1 2
示波器
用于测试交流信号的波形，通过探头连接电路测 试点，调整示波器参数以显示清晰的信号波形。
万用表
用于测量电压、电流和电阻等参数，选择合适的 量程和档位，将表笔接触电路测试点进行测量。
3
信号发生器
用于产生测试所需的交流或直流信号，连接电路 输入端，调整信号幅度和频率进行测试。
全波整流电路特点
整流效率高，输出电压波动小，但需要中心 抽头变压器，结构相对复杂。
桥式整流电路图文详解
桥式整流电路原理
利用四个二极管组成桥式电路，将交流电的 正、负半周都进行整流。
桥式整流电路波形
输入为交流电，输出为脉动直流电，脉动频 率与输入交流电频率相同。
桥式整流电路图
包括电源、四个二极管、负载电阻等元件， 四个二极管交替导通。
发展历程
从早期的机械整流器到现代的半导体整流电路，交流直流转换电路经历了漫长 的发展过程。随着半导体技术的不断进步，整流电路的性能和效率得到了极大 的提升。
趋势
未来，随着新能源、智能电网等领域的快速发展，交流直流转换电路将面临更 高的要求和挑战。同时，新型整流技术（如同步整流、软开关技术等）的应用 将进一步提高整流电路的性能和效率。
开关型稳压电路
利用开关管的开关状态， 控制输出电压的大小，实 现稳压功能。
逆变器电路
方波逆变器电路
将直流电转换为方波交流电，适用于一些特定负 载。
正弦波逆变器电路
采用复杂的振荡和调制技术，将直流电转换为正 弦波交流电，适用于各种负载。
多功能逆变器电路
结合方波和正弦波逆变器的优点，实现多种输出 波形和功能的逆变器电路。
(19-20)DC-DC变换电路详解
升压变换电路结构 升压变换电路IGBT实现 工作原理: T导通时, uL=US , 电感电流线性增加, 电感储能增加,电源向电感转移电能。 T断开时, uL=US - uC, 电感电流减少,电 感储能减少, 电感储能向负载转移电能。 返回
2. 升压变换电路 —— Boost电路 1 升压变换电路结构与工作原理
2 波形分析-电感电流断续情形 电感电流断续: 存在iL=0时间段 UG>0
T导通等效电路
UG=0
升降压变换电路
T断开、D续流等效电路
UG=0
T断开、D断开等效电路
2 波形分析-电感电流断续情形
uG ton toff
T导通等效电路 T断开、D续流等效电路 T断开、D断开等效电路
t
uL
tcon
US
T导通时, uL=US , 电感电流线性增加,电
感储能增加,电源向电感转移电能。
T断开时, uL= - uC, 电感电流减少,电感
储能减少, 电感储能向负载转移电能。 返回
3. 升降压变换电路 —— Buck-boost电路 1 升降压变换电路结构与工作原理
升降压变换电路结构 升降压变换电路IGBT实现 工作原理:
US
D
L
iL
io
C
R
uo
电感电压uL= 0， 电容向负载供电
T断开等效电路（iL=0)
电容储能向负载转移
T一周期中导通时间愈长，向电感转移的能量愈 多，向负载转移的能量也愈多，即输出电压愈高
控制开关管导通占空比可控制输出电压
iS
1. 降压变换电路
T
US
1 降压变换电路工作原理
D
iL
io
L
2. 升压变换电路 —— Boost电路 1 升压变换电路结构与工作原理
2 波形分析-电感电流断续情形 电感电流断续: 存在iL=0时间段 UG>0
T导通等效电路
UG=0
升降压变换电路
T断开、D续流等效电路
UG=0
T断开、D断开等效电路
2 波形分析-电感电流断续情形
uG ton toff
T导通等效电路 T断开、D续流等效电路 T断开、D断开等效电路
t
uL
tcon
US
T导通时, uL=US , 电感电流线性增加,电
感储能增加,电源向电感转移电能。
T断开时, uL= - uC, 电感电流减少,电感
储能减少, 电感储能向负载转移电能。 返回
3. 升降压变换电路 —— Buck-boost电路 1 升降压变换电路结构与工作原理
升降压变换电路结构 升降压变换电路IGBT实现 工作原理:
US
D
L
iL
io
C
R
uo
电感电压uL= 0， 电容向负载供电
T断开等效电路（iL=0)
电容储能向负载转移
T一周期中导通时间愈长，向电感转移的能量愈 多，向负载转移的能量也愈多，即输出电压愈高
控制开关管导通占空比可控制输出电压
iS
1. 降压变换电路
T
US
1 降压变换电路工作原理
D
iL
io
L
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
直流直流变换电路精华
变
，
i
L线I L性减小U0，(tL考2 虑t1)电
感
伏
秒
衡
，
此
时
电感
iC
电流增量应
iL i0 iL
该
U小o于 R
零
，
电
流
为
下
降
曲
线
，
有
：
iVT 0
uVT Uo Ud
第26页/共65页
第27页/共65页
2.4 直流升降压变换电路（Buck-Boost 电路）
三、电感电流连续工作模式（CCM）下基本输入输出关系
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）
小
，
波
如图4-2，iV有T ：0
iC
iL
io
iL
uo R
第10页/共65（页 io恒定，iC与iL同斜率）
第11页/共65页
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)
uripple max U 0
晶体管关断，电感续流，二极管导通，依据等效电路拓扑：
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
机工社2023电力电子技术 第6版教学课件第5章 直流直流变换电路
开关周期开始时刻的电容电压值相等。故式(5-1)中uC(TS) = uC(0)，所以电容
电流在一个开关周期内的平均值Ic = 0。
5-7
5.1 直接直流变流电路
5.1.1 降压斩波电路 5.1.2 升压斩波电路 5.1.3 升降压斩波电路 5.1.4 丘克斩波电路 5.1.5 多重斩波电路
5-8
5.1.1 降压斩波电路
5-20
5.1.3 升降压斩波电路
数量关系
电感电压在一个周期的平均值UL可以表示为
UL
U iton
U otoff Ts
由伏秒平衡，UL=0，可得
Uo D Ui 1 D
（5-6）
等式右边的负号表示升降压电路的输出电压与输入电压极性相反，其数 值既可以高于其输入电压，也可以低于输入电压。
S Ui
5-5
5.1 直接直流变流电路
伏秒平衡
电感两端电压在一个开关周期内的平均值：
其中： 可得：
1
UL Ts
TS 0
uL
(t
)
d
t
uL
(t)
L
d
iL (t) dt
U L
1 Ts
TS L d iL (t) d t 0 dt
1
Ts
TS 0
L
d
iL
(t
)
L Ts
[iL (TS
)
iL
(0)]
（5-1）
uL O
t1~t2时段：开关S关断，二极管VD 导通，电感通过VD向电容C放电，电感 电流不断减小。
t2~t3时段：t2时刻电感电流减小到 零，二极管VD关断，电感电流保持零值
，并且电感两端的电压也为零。
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。