dcdc变换电路【PPT课件】

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1、 DC/DC变换电路 3.2 基本的直流斩波电路 3.3 复合斩波电路 3.4 变压器隔离的直流直流变换器 3.1 直流PWM控制技术基础返回第3章 DC/DC变换电路 直流变换将直流电能(DC)转换成另一固 定电压或电压可调的直流电能。基本的直流变换电路:降压斩波电路、升压斩 波电路、升降压斩波电路、库克变换电路 重点:电路结构、工作原理及主要数量关系 第3章 DC/DC变换电路 直流变换将直流电能(DC)转换成另一 固定电压或电压可调的直流电能。直流变换电路完成直流变换的电路。直流变换器实现直流变换的装置。3.1 直流PWM控制技术基础3.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念 直流变换问

2、题的提出直流调速:需要可变的直流电压直流供电电压一定,而负载需要不同电压直流升压:太阳能电池输出电压较低,需要变换到较高电压再变换为直流3.1 直流PWM控制技术基础3.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念 (1)开关管T导通时时,R 两端电压电压 uo=US开关管仅两种工作状态 ：导通与断开开关管IGBT导通条件 :UG0基本的直流变换电变换电 路ioUSiSuo RT开关管T导通等效电路ioUSiSuo RT3.1 直流PWM控制技术基础 3.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念 (2)开关管T断开时时,R两端电压电压 uo=0开关管仅两种工作状态 ：接通与断开开关管IGBT断开控制:

3、UG=0基本的直流变换电变换电 路ioUSiSuo RT开关管T断开等效电路ioUSiSuo RT3.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念R两端平均电压电压 ：控制一周期中导通时间比 例可控制输出平均电压开关管IGBT控制电压R两端电压电压 波形基本的直流变换电路ioUSiSuo RT3.1.1 直流变换的基本原理及PWM 概念 定义上述电路中导通占空比D为: 通过控制 占空比控制输 出电压R两端平均电压电压 ：导通占空比 占空比导通比改变占空比D有三种基本方法:3.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念脉冲频率调制(PFM)维维持ton不变变,改变变 TS。改变变TS就改变变 了输输出电压

4、电压 周期或 频频率。tonTS1ut tonTS2ut改变占空比D有三种基本方法:3.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念脉冲宽度调制(PWM)维持TS不变,改变ton在这种方式中,输出电 压波形的周期不变,仅 改变脉冲宽度。有利于滤波器的设计ton1TSut ton2TSut改变占空比D有三种基本方法:3.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念混合脉冲宽度调制脉冲周期TS与宽度ton 均改变。广义义的脉冲宽宽度 调调制技术术包含上 述三种控制方式ton1TSutton2TS2ut1面积等效原理PWM应用的理论基础 自动控制理论冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相

5、同。形状不同而冲量相同的各种窄脉冲3.1.2 PWM技术基 础e(t)td(t)e(t)t50.2e(t)t 0.210e(t)t0.120冲量=窄脉冲面积实验电路RLe(t)i(t)冲量相同的各种窄脉冲的响应波形i(t)=?冲量=1e(t)t50.2e(t)td(t)e(t)t 0.210e(t)t 0.120(a)(b)(c)(d)(d)(c)(b)(a)1面积等效 原理 比较RL电路对冲量相同而形状不同窄脉冲的 响应波形可知,输出波形大致相同进一步说,响应波形的低频成份基本相同 。 上述原理可以称为面积等效原理。根据该原理 ,将平均值为up的一系列幅值相等而宽度不相等 的脉冲加到包含惯性

6、环节的负载上,将与施加 幅值为up的恒定直流电压所得结果基本相同,这 样一来就可用一列脉冲波形代替直流波形。除了直流波形可用PWM波形来代替外,根据面积等效原理可以进一步推出,可以在一段时间内按一定规则生成PWM波形来代替所需的任何波形1面积等效 原理如用正弦脉冲宽度调制波形来代替正弦波 SPWM2直流PWM波形的生成 方法生成PWM波形有多种方法,常见有计算法、调 制法等。计算法是在每个时间段,利用计算机技术直接计 算出当前所需要的脉冲宽度,进而据此对电力电 子器件进行开关控制而获得PWM波形。调制法是利用高频载波信号与期望信号相比较 来确定各脉冲宽度信息进而生成PWM波形。调制法生成PWM

7、波形典型框图:返回2直流PWM波形的生成 方法u*R: 调制信号uC: 载波信号载波信号频率远大 于调制信号频率3.2 基本的直流变换电路 3.2.1 降压斩波电路3.2.2 升压斩波电路3.2.3 升降压斩波电路3.2.4 库克变换电路返回3.2 基本的直流变换电路 基本的直流变换电路:降压斩波电路、升压斩 波电路、升降压斩波电路、库克变换电路 介绍内容: 1、电路结构2、工作原理3、主要波形4、基本数量关系3.2 基本的直流斩波电路 3.2.1 降压变换电路 降压变换电路输出电压的平均值低于输入直流 电压,又称为Buck型变换器。 ? D、L、C作用降压变换电路IGBT实现USiSiLuo

8、ioRLCTDUSiSiLuoioRLCSD降压变换电路结构3.2.1 降压变换 电路 1 降压变换电路工作原理(1)T导通情形电感电压uL=US uo,在 该电压的作用下,电感 电流iL线性增长 ,电感 储能增加电源能量向电感、负载传递USiSiLuoioRLCTDT导通等效电路USiSiLuoioRLCTD3.2.1 降压变换 电路 1 降压变换电路工作原理(2)T 断开情形-电流连续电感电压uL= uo, 在该电压的作用下,电 感电流iL线性下降 ,电 感储能减少电感储能向电容、负载转移USiSiLuoioRLCTDT断开等效电路（iL0)DUSiSiLuoioRLCT3.2.1 降压变

9、换 电路1 降压变换电路工作原理(2)T 断开情形-电流断续电感电压uL= 0, 电容向负载供电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USiSiLuoioRLCTDT断开等效电路（iL=0)iLDUSiSuoioRLCT3.2.1 降压变换 电路 1 降压变换电路工作原理输出电压在0电源电压之间可调降压变换电路特殊情形:T常断开特殊情形:T常导通USiSiLuoioRLCTD稳态：电感电压uL= 0 负载电压u0=0稳态：电感电压uL= 0负载电压u0=US2 主要波形分析3.2.1 降压变换

10、电路理论基础电路理论 基本方法分段线性分析(重点是根据开关情况确定等效电路)假设条件:1、器件是理想的(不考虑开关时间、导通压降等)2、输出滤波电容较大,输出电压基本平直2 主要波形电感电流连续情 形电感电流连续情形:iL0降压电路T导通等效电路uG0T断开等效电路uG=02 主要波形电感电流连续情 形数学模型:初值条件?假设uC=Uo =常数iL线性增加uGt uLtiL iMimt iC tT导通等效电路+ uo -+ uL -T导通波形2主要波形电感电流连续情形数学模型:初值条件?假设uC= Uo =常数iL线性减少toffiLuGttonuLtiC timtiMT断开等效电路+ uo

11、-+ uL -主要波形3 主要数量关系电感电流连续情 形(1) 平均输出电压Uo(2) 平均输出电流Io表现系统主要性能指标的量:(3) 电感电流纹波DIL(4) 负载电压纹波DUO主要器件承受的电压、电流等量可根据波形确定3 主要数量关系电感电流连续情 形uLuGiLiCimtttttontoffiM(1) 平均输出电压Uo稳态情况下,电感上一周 期中的平均电压为零。或：uLuG3 主要数量关系电感电流连续情形iLiCimtttttontoffiM(2) 输出平均电流IoIO(3) 电感电流纹波DILuLuG3 主要数量关系电感电流连续情形iLiCimtttttontoffiMIO(4) 电

12、感电流极值iM、im?稳态情况下,电容上一周 期中的平均电流为零。电流连续时:电感平均电流 =负载平均电流3 主要数量关系电感电流连续情 形(5) 电容电压纹波DuCuGiLimtttontoffiMIOiC tDuC tuCUO3 主要数量关系电感电流连续情形(5)电容电压纹波DuC注意：结论:1:增加LC, 电压纹波减少2:开关频率高,电压纹波小3:D=0.5,电压纹波达到峰值3 主要数量关系电感电流连续情形 5、电容电压纹波DuC记：纹波系数：4 主要波形电感电流断续情 形 电感电流断续情形: 在一段时间内iL=0降压电路T导通等效电路uG0T断开、D续流等效电路uG=0uG=0T断开、

13、D断开等效电路4 主要波形电感电流断续情 形数学模型:初值条件假设uC=Uo =常数iL线性增加uGt uLtiL iM t iC tT导通等效电路+ uo -+ uL -4 主要波形电感电流断续情 形数学模型:初值条件假设uC= Uo =常数iL线性减少ttttuLuGiLiCtontoffiMtcon T断开、D续流等效电路+ uo -+ uL -4 主要波形电感电流断续情 形数学模型:初值条件uC= Uo =常数iC维持不变uLuGiLiCtttttontofftconiMT断开、D断开等效电路+ uo -5 主要数量关系电感电流断续情 形 (1)平均输出电压Uo稳态情况下,电感上一周

14、期中的平均电压为零。或：uLuGiLiCtttttontoffiMtcon注意:tcon与电路参数、ton有关5 主要数量关系电感电流断续情形(1)平均输出电压UouLuGiLiCtttttontoffiMtcon记电压变换比：5 主要数量关系电感电流断续情形(2) 输出平均电流Io(3) 电感电流纹波DILuLuGiLiCtttttontoffiMtconIO电流断续时:5 主要数量关系电感电流断续情形uLuGiLuCtttttontoffiMtcon(4) 电容电压纹波DuCIOtt2t1注意：5 主要数量关系电感电流断续情形 (4) 电容电压纹波DuC注意：=？5 主要数量关系电感电流断

15、续情形 D2与系统参数关系uLuGiLiCtttttontoffiMtcon电感平均电流=负载平均电流电感平均电流IL:电压变换比5 主要数量关系电感电流断续情形 D2与系统参数关系电压变换比注意到：注意最后有：(5) 电感电流临界连续 条件 电流临界连续:电感电流仅瞬间为零uLuGiLuCtttttontoffiMtconIOtt2t1电流临界连续时:电流临界连续时:(5) 电感电流临界连续条件电流临界连续时:电感电流连续条件:电感电流临界连续条件:电感电流断续条件:降压变换电路 小结 优点 1、电路 简单 2、控制特性好3、负载侧电流波动小缺点1、电源侧电流波动大2、只能降压、不能生压 返

16、回3.2.2 升压变换电路 Boost电路 1 升压变换电路结构与工作原理工作原理: 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 。升压变换电路结构升压变换电路IGBT实现返回3.2.2 升压变换电路 Boost电路1 升压变换电路结构与工作原理工作原理:稳态情况下,T断开时, 电感电流减少,uL=US - uC US 升压变换电路升压变换电路IGBT实现2 波形 分析假设条件:1、器件是理想的(不考虑开关时间、导通压降等)2、输出滤波电容较大,输出电压基本平直.电感电流连续.电感电流断续两种情形:升压变换电路IGBT实现2 波形分析-电感电流连续情 形等效电路: 根据开关器 件的通断状况来确定IGBT器件的通断由其