第一节：概述.ppt

1、1,第一节：概述,定义DC-DC：只对直流参数进行变换的电路,一般结构：,一.直流变换电路的分类,2,3,3.1.Driving:电车,地铁,电动汽车,火车 3.2.直流电机调速系统, 3.3.照明,氙灯ballast 3.4.switching power supply,Eg.Adapter,VRM 四.Typical topologies:Buck,Boost,Buck-Boost, Cuk,三.Application,4,第二节:单象限降压型电路,一.电路,T是全控元件(GTR,GTO,MOSFET,IGBT),当 时,T导通,D:续流二极管,L0和C0组成LPF,5,6,二.工作原理,

2、当 时,控制信号使得T导通,D截止,向L0充磁,向C0充电,当 时,T截止,D续流,U0靠C0放电和L0中电流下降维持,三.假设:,1.T,D均为理想器件 2.L0较大,使得在一个周期内电流连续且无内阻 3.直流输出电压U0为恒定 4.整个电路无功耗 5.电路已达稳态,7,四.电路各点的波形,8,五.电路分析,1.电感电流iL表达式,当,储能,(1),当 时,放能,(3),当 时, 达到最小值,(4),由于电路达到了稳态,9,所以(2)式改写为:,(5),2.伏秒平衡定律的证明：,电流增量：,由式（4）得到：,（6）,所以有,得：,这就是电感的伏秒平衡，实际是对 的积分，即平均值为零,平均电流

3、,(7),(8),(9),10,3.输出电压增益,输出电压平均值,输入电压平均值,由(8)式得:,(10),当D改变,U0改变,4.输入电流平均值Id,11,5.输出电压纹波分析,当 但 为有限值,12,当 时,电容充电,其电荷量为Q,实际上就是图 中的阴影部分的面积,在 时,阴影部分的面积为:,在 时,阴影部分的面积为:,13,把式(7) 代入上式得:,所以当 与 给定后,当 最大时,用 , 的最大值 为,14,6.保持电流连续的临界电感值,由 的图形可知,由(7)式可知,当 时, 电流处于 临界连续状态,当 取最大值时,当 时, 处于连续状态,15,六.电流断续时的状况,1.求Av,根据伏

4、秒平衡律:,2.求Dp,平均电流:,16,解得:,17,七、Typical Applications,18,作业 1，比较CCM和DCM工作时，电压增益和电流增益公式，电感上电压的差别。 2，试述CCM和DCM工作的优缺点。 3，试述伏秒平衡和电荷平衡定律。 4，画出电容器高频等效电路，并说明其频率特性。,19,第三节:单象限升压型直流变换电路,一.电路,二.工作原理,当,三.连续模型分析,1.直流增益Av,根据伏秒平衡律:,20,说明:1) 所以 是升压电路2) 可以调压,Two Modes:能量的传输 Mode1:0tDT, T is on D is off ,the currentiL

5、increase,the equivalent circuit,Mode2:DTtT, T is off, D is on,the current iL decrease, the equivalent circuit,21,2.电流增益,根据无耗网络的定义:,3.电流的分析,当,当,当,电荷平衡,22,平均电流,所以,同理可得:,4.波形:,23,5.考虑电感 时的情况,求平均输入电阻,24,6.Typical Applications(1),25,6.Typical Applications(2),26,第四节:单象限升/降压直流变换电路(Buck-Boost),一.电路,输入和输出反相,

6、二.工作原理:,在T导通时,D截止,电源向Ld输送能量,输出电压是靠C0的放电保 持基本不变;在T/off时,D on,把存放在中的能量释放给负载和电容,三.连续模型的分析方法,1.电压增益,根据伏秒平衡律:,27,1,1,1,2.输入电流脉动,输入电流增量:输入电感电流的最大值:,由无耗性可知:,28,3.输出电压的脉动值,当VTon,VD off时,电容C0放电维持输出电压,选大电容可以消除U0的脉动,4.考虑rL的影响,若 的纹波很小时,平均值与有效值相等,29,在求均值时,电感短路,电容开路,所以:,作业：计算T和D的耐压。,30,第五节:单象限的CUK电路,一.CUK电路的特点:,1

7、.输入,输出电流皆没有脉动,只是在直流成分的基础上附加了一个不 大的开关纹波 2.电压增益 3.开关晶体管发射极接地 4.输入输出电压反向,二.CUK电路,31,三.工作原理:,这个电路的关键是靠C1传输能量,在 期间,VT/off,Vd/on, 输入电路:把L1中的存能送给C1,给C1充电,L1,L2中的能量均是减小的 输出电路:靠L2,C2中的存能维持输出电压基本不变,VToff,VDon 等效电路,VTon,VDoff 等效电路,32,四.电路分析(连续模型),1.均值等效电路,所以电感两端的均值电压为0,相当于虚短,所以电容中的电流的均值为0,相当于虚断,33,2.CUK均值等效电路,

8、3.电压增益,L1电压的瞬时值:,若C1,C2较大,认为电压恒定即:,所以:,34,L2电压的瞬态值:,（3）,结论:如果,（4）,根据伏秒平衡律:,(5),35,CUK:,Boost:,Buck:,所以Buck-Boost及Cuk的增益为Buck与 Boost增益的积,电流增益:,(6),4.输出，入端电流脉动,入端:,出端:,(7),(8),36,上式说明:如果 如果,式（7)和式(8)相除得:,上式再次证明了 的结论,输入电流的最大值:,输出电流的最大值:,(9),(10),VT电流最大值,37,注意: 的最大值发生在 与 的最大值同时发生,5.波形(自己画),38,6.考虑L1,L2内

9、阻的分析,均值等效电路,令,39,第六节:双象限直流电压变换电路,一.双象限电路的分类,输出电流平均值I0极性可变,原理: 当 ,当,输出电流: 负载等效电压: 输出电压: 恒大于零,应用:负载为直流电机时,构成具有再生制动力的不可逆调速系统,正转,(减速运行),正转制动力,40,典型电路: 1)Buck与Boost组合电路,工作在Buck电路时,电源向负载传输能量,工作在Boost电路时,负载向电源反馈能量 2)双向CUK电路 分析输出电压均用正向传输电路;分析输出电流,输出电压U0极性可变电路,原理:靠改变占空比改变U0的极性,应用负载为电机时,构成可逆调速系统,正转,反转制动,典型电路:

10、双管正激电路,电机负载下输出电压和输出电流的分析方法,41,1.等效电路:,2.求E值.在稳态时,令,3.求 的均值U0是根据开关电路决定,4.求 的表达式,令R=0,根据 的瞬态表达式,42,第七节:四象限桥式直流变换电路,一.四象限桥式直流变换电路概述,1.应用具有摩擦负载的可逆直流调速系统 2.优点:以DC-DC原理实现的直流变换电路,具有网络侧功率因数高,响应速度快3.分类:,全桥电路,半桥电路,单极性电路,双极性电路,同频电路,倍频电路,4.双极性电路:指在一个斩波周期内,输出电压 只有一个极性变换的电路,43,的平均值,由上式可知:U0随D改变而改变,特点:电流脉动大,但不会出现断

11、续情况,5.单极性电路:在一个斩波周期内,输出电压仅有幅度变化而无极性变化,当,0,当,0,44,平均值:,特点:电流脉动小,但在轻载或低速运行时会出现负载电流断续状况,6.同频电路: 输出电压的斩波频率为f,开关元件的开关频率为fs,同频电路:f=fs 倍频电路:f=2fs,7.电机调速系统的工作,正转,反转制动,正转制动,反转,二.双级性全桥电路,控制电压的分布(与普通的全桥电路相同),同相,脉宽为DT,同相,脉宽为D0T,45,三种情况:,时区A, D0.5, I00,时区B, D=0.5, I0=0,时区C, D0.5, I00,控制信号与占空比D的关系,最大控制电压,46,工作过程分析:,只讨论D=0.5,因为,不能on,而VD1与VD3on,当,但,当,47,(三)直流增益:,双极性桥式直流变换器,实质上是一个线性放大器,四.电流脉动计算,(5-178),