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1、DC/DCDC/DC变换电路变换电路 3.23.2基本的直流斩波电路基本的直流斩波电路 3.33.3复合斩波电路复合斩波电路 3.4 3.4 变压器隔离的直流变压器隔离的直流直流变换器直流变换器 3.13.1直流直流PWMPWM控制技术基础控制技术基础返回第第3 3章章 DC/DCDC/DC变换电路变换电路 直流变换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：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：重点：电路结构、工作原理及主要数量关系 第第3 3章章 DC/DCDC/DC变换电路变换电路 直流变换直流变换将
2、直流电能(DC)转换成另一固定电压或电压可调的直流电能。直流变换电路直流变换电路完成直流变换的电路。直流变换器直流变换器实现直流变换的装置。3.13.1直流直流PWMPWM控制技术基础控制技术基础3.1.1 3.1.1 直流变换的基本原理及直流变换的基本原理及PWMPWM概念概念 直流变换问题的提出直流变换问题的提出直流调速：需要可变的直流电压直流调速：需要可变的直流电压直流供电电压一定直流供电电压一定，而负载需要不同电压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变换到较高电压再变换为直流3.13.1直流直流PWM
3、PWM控制技术基础控制技术基础3.1.1 3.1.1 直流变换的基本原理及直流变换的基本原理及PWMPWM概念概念 （1）开关管）开关管T导导通通时时，R两端两端电压电压 uo=US开关管开关管仅两种工作状态：仅两种工作状态：导导通通与断开与断开开关管开关管IGBT导导通通条件：条件： UG0基本的直流基本的直流变换电变换电路路ioUSiSuoRT开关管开关管T导导通通等效电路等效电路ioUSiSuoRT3.13.1直流直流PWMPWM控制技术基础控制技术基础3.1.1 直流变换的基本原理及直流变换的基本原理及PWM概念概念 （2）开关管）开关管T断开断开时时，R两端两端电压电压 uo=0开关
4、管开关管仅两种工作状态：仅两种工作状态：接通接通与断开与断开开关管开关管IGBT断开控制：断开控制： UG=0基本的直流基本的直流变换电变换电路路ioUSiSuoRT开关管开关管T断开等效电路断开等效电路ioUSiSuoRT3.1.1 3.1.1 直流变换的基本原理直流变换的基本原理及及PWMPWM概念概念R两端平均两端平均电压电压：控制一周期中导通时间比例可控制输出平均电压开关管开关管IGBT控制电压控制电压R两端两端电压电压波形波形基本的直流变换电路基本的直流变换电路ioUSiSuoRT3.1.1 3.1.1 直流变换的基本原理及直流变换的基本原理及PWMPWM概念概念 定义上述电路中定义
5、上述电路中导通占空比导通占空比D为为: : 通过控制占空比控制输出电压R两端两端平均平均电压电压：导通占空比导通占空比占空比占空比导通比导通比改变改变占空比占空比D D有三种基本方法：有三种基本方法：3.1.1 3.1.1 直流变换的基本原理及直流变换的基本原理及PWMPWM概念概念脉冲频率调制脉冲频率调制(PFM)(PFM) 维维持持ton不不变变，改，改变变TS。改改变变TS就改就改变变了了输输出出电压电压周期或周期或频频率。率。tonTS1uttonTS2ut改变占空比改变占空比D D有三种基本方法：有三种基本方法：3.1.1 3.1.1 直流变换的基本原理及直流变换的基本原理及PWMP
6、WM概念概念脉冲宽度调制脉冲宽度调制(PWM)(PWM)维持维持TS不变，改变不变，改变ton在这种方式中，输出在这种方式中，输出电压波形的周期不变，电压波形的周期不变，仅改变脉冲宽度。仅改变脉冲宽度。有利于滤波器的设计ton1TSutton2TSut改变占空比改变占空比D D有三种基本方法：有三种基本方法：3.1.1 3.1.1 直流变换的基本原理及直流变换的基本原理及PWMPWM概念概念混合脉冲宽度调制混合脉冲宽度调制脉冲周期脉冲周期TS与与宽度宽度ton均改变均改变。广广义义的脉冲的脉冲宽宽度度调调制技制技术术包含上包含上述三种控制方式述三种控制方式ton1TSutton2TS2ut1
7、1面积等效原理面积等效原理PWMPWM应用的理论基础应用的理论基础 自动控制理论自动控制理论冲量相等而形状不同的窄脉冲冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。形状不同而冲量相同的各种窄脉冲3.1.2 PWM3.1.2 PWM技术基础技术基础e(t)td(t)e(t)t50.2e(t)t0.210e(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)t0.210e(t)t0.120(a)(b)(c)(d)(d)(c)(b)(a)
8、1 1面积等效原理面积等效原理比较RL电路对冲量相同而形状不同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。上述原理可以称为上述原理可以称为面积等效原理面积等效原理。根据该原理，。根据该原理，将平均值为将平均值为up的一系列幅值相等而宽度不相等的一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲加到包含惯性环节的负载上，将与施加的脉冲加到包含惯性环节的负载上，将与施加幅值为幅值为up的恒定直流电压所得结果基本相同，的恒定直流电压所得结果基本相同，这样一来就这样一来就可用一列脉冲波形代替直流波形可用一列脉冲波形代替直流波形。除了直流波形可用除了直流波形可用PWMP
9、WM波形来代替外，波形来代替外，根据面积等效原理可以进一步推出，可以根据面积等效原理可以进一步推出，可以在一在一段时间内按一定规则生成段时间内按一定规则生成PWMPWM波形来代替所波形来代替所需的任何波形需的任何波形1 1面积等效原理面积等效原理如用正弦脉冲宽度调制波形来代替正弦波如用正弦脉冲宽度调制波形来代替正弦波SPWMSPWM2 2直流直流PWMPWM波形的生成方法波形的生成方法生成生成PWMPWM波形有多种方法，常见有波形有多种方法，常见有计算法计算法、调制法调制法等。等。计算法计算法是在每个时间段，利用计算机技术直接是在每个时间段，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
10、此对电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力电子器件进行开关控制而获得PWMPWM波形。波形。调制法调制法是利用高频载波信号与期望信号相比较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来确定各脉冲宽度信息进而生成PWMPWM波形。波形。调制法生成调制法生成PWMPWM波形典型框图：波形典型框图：返回2 2直流直流PWMPWM波形的生成方法波形的生成方法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3.23.2基本的直流变换电路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.
11、4 库克变换电路返回3.23.2基本的直流基本的直流变换电路电路 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3.23.2基本的直流斩波电路基本的直流斩波电路 3.2.1 3.2.1 降压变换电路降压变换电路 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，又称为电压，又称为BuckBuck型变换器。型变换器。 ? D、L、C作用降压变换电路降压变换电路IGBT实现实现USiSiLuoioRLCTDUSiSiLuoioRLCSD降压变换电路
12、结构降压变换电路结构3.2.1 降压变换电路降压变换电路1 1 降压变换电路工作原理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 降压变换电路降压变换电路1 降压变换电路工作原理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
13、 3.2.1 降压变换电路降压变换电路1 1 降压变换电路工作原理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 3.2.1 降压变换电路降压变换电路1 1 降压变换电路工作原理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u
14、L= 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 3.2.1 降压变换电路降压变换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 2 主要波形主要波形电感电流连续情形电感电流连续情形数学模型数学模型:初值条件初值条件?假设假设uC=Uo =常数常数iL线性增加线性增加uGtuLtiLiMimtiCtT导通等效电路导通等效
15、电路+uo-+ uL -T导通波形2主要波形主要波形电感电流连续情形电感电流连续情形数学模型数学模型:初值条件初值条件?假设假设uC= Uo =常数常数iL线性减少线性减少toffiLuGttonuLtiCtimtiMT断开等效电路断开等效电路+uo-+ uL -主要波形3 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形(1) 平均输出电压平均输出电压Uo(2) 平均输出电流平均输出电流Io表现系统主要性能指标的量：表现系统主要性能指标的量：(3) 电感电流纹波电感电流纹波D DIL(4) 负载电压纹波负载电压纹波D DUO主要器件承受的电压、电流等量可根据波形确定主要器件承受的
16、电压、电流等量可根据波形确定3 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形uLuGiLiCimtttttontoffiM(1) 平均输出电压平均输出电压Uo稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。或或：uLuG3 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形iLiCimtttttontoffiM(2) 输出平均电流输出平均电流IoIO(3) 电感电流纹波电感电流纹波D DILuLuG3 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形iLiCimtttttontoffiMIO(4) 电感电流极值电感电流极值iM、im?稳态情况下，电容上一周期中的
17、平均电流为零。电流连续时电流连续时:电感平均电流=负载平均电流3 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形(5) 电容电压纹波电容电压纹波D DuCuGiLimtttontoffiMIOiCtDuCtuCUO3 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形（5）电容电压纹波电容电压纹波D 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 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形5、电容电压纹波电容电压纹波D DuC记：纹波系数纹波系数：4 主要波形电感电流断续情形电感电流断续情形：
18、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、D断开等效电路4 4 主要波形主要波形电感电流断续情形电感电流断续情形数学模型数学模型:初值条件初值条件假设假设uC=Uo =常数常数iL线性增加线性增加uGtuLtiLiMtiCtT导通等效电路导通等效电路+uo-+ uL -4 4 主要波形主要波形电感电流断续情形电感电流断续情形数学模型数学模型:初值条件初值条件假设假设uC= Uo =常数常数iL线性减少线性减少ttttuLuGiLiCtontoffiMtconT断开、断开、D续流等效电路续流等效电路+uo-+ uL -4 4 主要波形主要波形电
19、感电流断续情形电感电流断续情形数学模型数学模型:初值条件初值条件uC= Uo =常数常数iC维持不变维持不变uLuGiLiCtttttontofftconiMT断开、D断开等效电路+uo-5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形电感电流断续情形（1）平均输出电压平均输出电压Uo稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。或或：uLuGiLiCtttttontoffiMtcon注意：tcon与电路参数、ton有关5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形电感电流断续情形（1）平均输出电压平均输出电压UouLuGiLiCtttttontoffiMtcon记电压变换比：5 5 主要数量关
20、系主要数量关系电感电流断续情形电感电流断续情形(2) 输出平均电流输出平均电流Io(3) 电感电流纹波电感电流纹波D DILuLuGiLiCtttttontoffiMtconIO电流断续时电流断续时:5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形电感电流断续情形uLuGiLuCtttttontoffiMtcon(4) 电容电压纹波电容电压纹波D DuCIOtt2t1注意：5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形电感电流断续情形(4) 电容电压纹波电容电压纹波D DuC注意：=？5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形电感电流断续情形D2与系统参数关系与系统参数关系uLuGiL
21、iCtttttontoffiMtcon电感平均电流电感平均电流=负载平均电流负载平均电流电感平均电流电感平均电流IL:电压变换比5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形电感电流断续情形D2与系统参数关系与系统参数关系电压变换比注意到：注意最后有：(5) (5) 电感电流临界连续条件电感电流临界连续条件电流临界连续电流临界连续: : 电感电流仅瞬间为零电感电流仅瞬间为零uLuGiLuCtttttontoffiMtconIOtt2t1电流临界连续时电流临界连续时:电流临界连续时电流临界连续时:（5 5） 电感电流临界连续条件电感电流临界连续条件电流临界连续时电流临界连续时:电感电流连续条件
22、电感电流连续条件:电感电流临界连续条件电感电流临界连续条件: :电感电流断续条件电感电流断续条件:降压变换电路小结降压变换电路小结优点优点1 1、电路简单、电路简单2 2、控制特性好、控制特性好3 3、负载侧电流波动小、负载侧电流波动小缺点缺点1 1、电源侧电流波动大、电源侧电流波动大2 2、只能降压、不能生压、只能降压、不能生压返回3.2.2 3.2.2 升压变换电路升压变换电路 BoostBoost电路电路1 1 升压变换电路结构与工作原理升压变换电路结构与工作原理工作原理工作原理: :T导通时导通时, uL=US , 电感电流线性增加电感电流线性增加, ,电感储能增加电感储能增加, ,电
23、源向电感转移电能。电源向电感转移电能。T断开时断开时, , uL=US - uC, 电感电流减少电感电流减少, ,电感储能减少电感储能减少, , 电感储能向负载转移电电感储能向负载转移电能。能。升压变换电路结构升压变换电路结构升压变换电路升压变换电路IGBTIGBT实现实现返回3.2.2 3.2.2 升压变换电路升压变换电路 BoostBoost电路电路1 1 升压变换电路结构与工作原理升压变换电路结构与工作原理工作原理工作原理: :稳态稳态情况下情况下, ,T T断开时断开时, , 电感电流减少电感电流减少, ,uL=US - uC US 升压变换电路升压变换电路升压变换电路升压变换电路IG
24、BTIGBT实现实现2 波形分析波形分析假设条件：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. .电感电流连电感电流连续续. .电感电流断电感电流断续续两种情形两种情形: :升压变换电路升压变换电路IGBTIGBT实现实现2 2 波形分析波形分析- -电感电流连续情形电感电流连续情形等效电路等效电路: : 根据开关器根据开关器件的通断状况来确定件的通断状况来确定IGBTIGBT器件的通断由其栅器件的通断由其栅极控制信号决定极控制信号决定升压变换电路升压变换电路T T断开等效电路断开等效电路UG=0T T导通等效电路导通等效电路UG02 2 波形分析波形
25、分析- -电感电流连续情形电感电流连续情形iLimtuLtuGttontoffiMiCt升压变换电路升压变换电路T T导通等效电路导通等效电路T T断开等效电路断开等效电路2 2 波形分析波形分析- -电感电流断续情形电感电流断续情形升压变换电路升压变换电路T T断开断开 D D续流等效电路续流等效电路UG=0T T断开断开 D D断开等效电路断开等效电路UG=0T T导通等效电路导通等效电路UG02 2 波形分析波形分析- -电感电流断续情形电感电流断续情形uLtiLtuGttontoffiMiCttconT T导通等效电路导通等效电路T T断开断开 D D续流等效电路续流等效电路T T断开
26、断开 D D断开等效电路断开等效电路3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流连续情形电感电流连续情形(1) (1) 平均输出电压平均输出电压Uo稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。或：或：uLuGiLiCimtttttontoffiMTS升压变换电路升压变换电路3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流连续情形电感电流连续情形(2) 平均输出电流平均输出电流Io(3) 电感电流纹波电感电流纹波D DIL升压变换电路升压变换电路uLuGiLiCimtttttontoffiMTS3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流连续情形电感电流连续情形(4) 电容电压纹波电容电压纹波D
27、 DuC升压变换电路升压变换电路uLuGiLiCimtttttontoffiMTS考虑Ioim情形:Io3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流断续情形电感电流断续情形(1) 平均输出电压平均输出电压Uo稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。或：或：注:uLtiLtuGttontoffiMiCttcon3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流断续情形电感电流断续情形(2) 平均输出电流平均输出电流Io(3) 电感电流纹波电感电流纹波D DILuLtiLtuGttontoffiMiCttcon电感电流平均值电感电流平均值I L输出电流输出电流Io3 3 主要数量关系主要数量关系-
28、 -电感电流断续情形电感电流断续情形uLtiLtuGttontoffiMiCttconD2与系统参数的关系与系统参数的关系输入功率=输出功率，有：其中：3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流断续情形电感电流断续情形(4) 电容电压纹波电容电压纹波D DuCuLtiLtuGttontoffiMiCttconIo注意:3 3 主要数量关系主要数量关系uLuGiLiDtttttontoffiM(5) 电感电流临界连续条电感电流临界连续条件件电流临界连续时电流临界连续时:电流临界连续时电流临界连续时:电感电流仅瞬间为零电感电流仅瞬间为零3 3 主要数量关系主要数量关系(5) 电感电流临界连续条
29、电感电流临界连续条件件电流临界连续时电流临界连续时:电流连续时电流连续时:电流连续条件电流连续条件:电流断续条件电流断续条件:升压变换电路小结优点优点1 1、电路简单、电路简单2 2、电源侧电流波动小、电源侧电流波动小缺点缺点1 1、负载侧电流波动大、负载侧电流波动大2 2、只能升压、不能降压、只能升压、不能降压升压变换电升压变换电路不宜在输路不宜在输出端开路情出端开路情况下工作况下工作!返回3.2.3 升降压变换电路升降压变换电路 Buck-boost电路电路 1 1 升降压变换电路结构与工作原理升降压变换电路结构与工作原理T T导通时导通时, , uL=US , , 电感电流线性增加电感电
30、流线性增加, ,电电感储能增加感储能增加, ,电源向电感转移电能。电源向电感转移电能。T T断开时断开时, , uL= - uC, , 电感电流减少电感电流减少, ,电感电感储能减少储能减少, , 电感储能向负载转移电能。电感储能向负载转移电能。工作原理工作原理: : 控制控制T T通断来控制电源向负载转移电能通断来控制电源向负载转移电能升降压变换电路结构升降压变换电路结构升降压变换电路升降压变换电路IGBT实现实现返回3.2.3 3.2.3 升降压变换电路升降压变换电路 Buck-boostBuck-boost电路电路 1 1 升降压变换电路结构与工作原理升降压变换电路结构与工作原理工作原理
31、工作原理: :特殊情况特殊情况: : T T长期断开时长期断开时, ,输出电压输出电压uO=0。T T导通时间较长导通时间较长时时, ,电感电流将趋于无限大电感电流将趋于无限大, ,此时断开此时断开T T, ,将有将有无穷大能量转移到负载无穷大能量转移到负载, ,输输出电压出电压uO也将趋于无限大也将趋于无限大。升降压变换电路升降压变换电路升降压变换电路结构升降压变换电路结构升降压变换电路升降压变换电路IGBT实现实现2 2 波形分析波形分析. .电感电流连续电感电流连续. .电感电流断续电感电流断续两种情形两种情形: :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
32、较大，输出电压基本平直升降压变换电路升降压变换电路2 2 波形分析波形分析- -电感电流连续情形电感电流连续情形升降压变换电路升降压变换电路T T断开、断开、D D续流等效电路续流等效电路UG=0T T导通等效电路导通等效电路UG0电感电流连续电感电流连续iL02 2 波形分析波形分析- -电感电流连续情形电感电流连续情形uLtuGttontoffiCtiMiLtim-uC升降压变换电路升降压变换电路T T导通等效电路导通等效电路T T断开、断开、D D续流等效电路续流等效电路2 2波形分析波形分析- -电感电流断续情形电感电流断续情形升降压变换电路升降压变换电路T T断开、断开、D D续流等
33、效电路续流等效电路UG=0T T导通等效电路导通等效电路UG0电感电流断续电感电流断续:存在存在iL=0时间段时间段T T断开、断开、D D断开等效电路断开等效电路UG=02 2 波形分析波形分析- -电感电流断续情形电感电流断续情形uLtiLtuGttoniCtiMtoff-uCtconT T断开、断开、D D续流等效电路续流等效电路T T导通等效电路导通等效电路T T断开、断开、D D断开等效电路断开等效电路3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流连续情形电感电流连续情形升降压变换电路升降压变换电路uLuGiLiCtttttontoffiMim-uC(1) 平均输出电压平均输出电压U
34、o稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。或或：3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流连续情形电感电流连续情形升降压变换电路升降压变换电路uLuGiLiCtttttontoffiMim-uC(2) 平均输出电流平均输出电流Io(3) 电感电流纹波电感电流纹波D DILT导通期间：3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流连续情形电感电流连续情形升降压变换电路升降压变换电路uLuGiLiCtttttontoffiMim-uC(4)电容电压纹波电容电压纹波D DuC考虑Ioim情形:Io3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流断续情形电感电流断续情形升降压变换电路升降压变换电路
35、(1) 平均输出电压平均输出电压Uo稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。或或：uLuGiLiCtttttontoffiM-uCtcon3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流断续情形电感电流断续情形升降压变换电路升降压变换电路(2) 平均输出电流平均输出电流Io(3) 电感电流纹波电感电流纹波D DILT导通期间：uLuGiLiCtttttontoffiM-uCtcon3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流断续情形电感电流断续情形(4)电容电压纹波电容电压纹波D DuC|Io|uLuGiLiCtttttontoffiM-uCtcon注意:tw3 3 主要数量关系主要数量关系
36、(5)电流临界连续条件电流临界连续条件uLuGiLiDtttttontoffiM电流临界连续时电流临界连续时:电流临界连续时电流临界连续时:电感电流仅瞬间为零电感电流仅瞬间为零3 3 主要数量关系主要数量关系(5)电流临界连续条件电流临界连续条件电流连续时电流连续时:电流连续条件电流连续条件:uLuGiLiCtttttontoffiMim-uC电流临界连续时电流临界连续时:电流断续条件电流断续条件:升降压变换电路小结升降压变换电路小结优点优点1 1、电路简单、电路简单2 2、既能升压、也能降压、既能升压、也能降压缺点缺点1 1、电源侧、负载侧电流波动大、电源侧、负载侧电流波动大D2与电路参数关
37、系请自行推导返回3.2.4 3.2.4 库克变换电路库克变换电路 优点优点: : 降压、负载电流波动小降压、负载电流波动小缺点：不能升压、电源电流波动大缺点：不能升压、电源电流波动大优点优点: : 升压、电源电流波动小升压、电源电流波动小缺点：不能降压、负载电流波动大缺点：不能降压、负载电流波动大优点优点: : 能升压、降压能升压、降压缺点：负载电流、电源电流波动大缺点：负载电流、电源电流波动大升降压变换电路升降压变换电路降压变换电路降压变换电路升压变换电路升压变换电路返回3.2.4 3.2.4 库克变换电路库克变换电路 期望电路期望电路：能同时实现升压、降压：能同时实现升压、降压 能同时使电
38、源电流、负载电流波动小能同时使电源电流、负载电流波动小库克变换电路库克变换电路3.2.4 3.2.4 库克变换电路库克变换电路 1 1 工作原理工作原理: :T T导通时导通时, , uL=US , , 电感电流线性增加电感电流线性增加, ,电感电感储能增加储能增加, ,电源向电感转移电能。同时电容电源向电感转移电能。同时电容C1上储能向负载转移。上储能向负载转移。T T断开时断开时, , 电感电流减少电感电流减少, ,电感储能减少电感储能减少, , 电感电感储能向储能向C1 、负载转移电能。负载转移电能。控制控制T T通断来控制电源向负载转移电能通断来控制电源向负载转移电能3.2.4 3.2
39、.4 库克变换电路库克变换电路 1 1 工作原理工作原理: :特殊情况特殊情况: : T T长期断开时长期断开时, ,输出电压输出电压uO=0。T T导通时间较长导通时间较长时时, ,电感电流将趋于无限大电感电流将趋于无限大, ,此时断开此时断开T T, ,将有将有无穷大能量转移到负载无穷大能量转移到负载, ,输输出电压出电压uO也将趋于无限大也将趋于无限大。升降压变换电路升降压变换电路控制控制T T通断来控制电源向负载转移电能通断来控制电源向负载转移电能2 2 波形分析波形分析. .电感电感L L2 2电流连续电流连续. .电感电感L L2 2电流断续电流断续两种情形两种情形: :假设条件：
40、1、器件是理想的（不考虑开关时间、导通压降等）2、滤波电容较大，输出电压基本平直库克变换电路库克变换电路2 2 波形分析波形分析- -电感电流连续情形电感电流连续情形库克变换电路库克变换电路T T导通、导通、D D断开等效电路断开等效电路UG0T T断开、断开、D D续流等效电路续流等效电路UG=02 波形分析波形分析-电感电流连续情形电感电流连续情形uL1tuGttontoffiL1tiM1im1uL2tUS-uC1-uOiL2t库克变换电路库克变换电路T T导通、导通、D D断开等效电路断开等效电路T T断开、断开、D D续流等效电路续流等效电路2 2 波形分析波形分析- -电感电流断续情
41、形电感电流断续情形库克变换电路库克变换电路T T断开、断开、D D续流等效电路续流等效电路UG=0T T断开、断开、D D断开等效电路断开等效电路UG=0T T导通、导通、D D断开等效电路断开等效电路UG02 2 波形分析波形分析- -电感电流断续情形电感电流断续情形uL1tuGttontofftiL1iM1uL2t-uOUS-uC1iL2ttconT T导通、导通、D D断开等效电路断开等效电路T T断开、断开、D D续流等效电路续流等效电路T T断开、断开、D D断开等效电路断开等效电路2 2 波形分析波形分析- -电感电流断续情形电感电流断续情形uL1tuGttontoffiL1tiM
42、1uL2t-uOiL2tUS-uC1tconT T导通、导通、D D断开等效电路断开等效电路T T断开、断开、D D续流等效电路续流等效电路T T断开、断开、D D断开等效电路断开等效电路3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流连续情形电感电流连续情形库克变换电路库克变换电路(1) 平均输出电压平均输出电压Uo稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。uL1uGiL1iL2tttttontoffiM1im1US-uC1uL2t-uO3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流连续情形电感电流连续情形库克变换电路库克变换电路(1) 平均输出电压平均输出电压UoC1平均电压满足平均电压满足
43、:稳态时稳态时C1电压电压高于电源电压高于电源电压3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流连续情形电感电流连续情形库克变换电路库克变换电路(3) 电感电流纹波电感电流纹波D DiLuL1uGiL1iL2tttttontoffiM1im1-uOuL2t-uOIO(2) 输出平均电流输出平均电流IO3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流连续情形电感电流连续情形库克变换电路库克变换电路(4) 输出电压纹波输出电压纹波D DuOuL1uGiL1iL2tttttontoffiM1im1-uOuL2t-uOIO3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流断续情形电感电流断续情形库克变换电路
44、库克变换电路(1) 输出平均电压输出平均电压UOuL1uGiL1iL2tttttontoffiM1US-uC1uL2t-uOtcon稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流断续情形电感电流断续情形(2) 电流临界连续条件电流临界连续条件因输入输出功率平衡，有因输入输出功率平衡，有：uL1uGiL1iL2tttttontoffiM1US-uC1uL2t-uOim1im2iM2电流临界连续时电流临界连续时:im1=-im2库克变换电路库克变换电路3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流断续情形电感电流断续情形(2) 电流临界连续条件电流临界连续
45、条件uL1uGiL1iL2tttttontoffiM1US-uC1uL2t-uOim1im2iM2因为：因输入输出功率平衡，有因输入输出功率平衡，有：3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流断续情形电感电流断续情形(2) 电流临界连续条件电流临界连续条件uL1uGiL1iL2tttttontoffiM1US-uC1uL2t-uOim1im2iM2又：因因Io=L2平均电流，有平均电流，有：3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流断续情形电感电流断续情形(2) 电流临界连续条件电流临界连续条件电流临界连续时：电流临界连续时：im1=-im2电流临界电流临界连续条件连续条件#1、#2两
46、式相加（#1）（#2）3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流断续情形电感电流断续情形(2) 电流临界连续条件电流临界连续条件电流临界连续条件：电流临界连续条件：电流连续条件电流连续条件: :电流断续条件电流断续条件: :库克变换电路库克变换电路库克变换电路小结库克变换电路小结库克变换电路库克变换电路优点优点1 1、既能升压、也能降压、既能升压、也能降压2 2、电源侧、负载侧电流波动小、电源侧、负载侧电流波动小缺点缺点1 1、电路稍复杂（多用一电感、一电容）、电路稍复杂（多用一电感、一电容）2 2、电容、电容C C2 2充放电电流波动大充放电电流波动大返回3.3.1 3.3.1 多相多重
47、斩波电路多相多重斩波电路 把几个结构相同的基本斩波器适当组合，把几个结构相同的基本斩波器适当组合，可以构成复合型斩波电路可以构成复合型斩波电路3.33.3复合斩波电路复合斩波电路 多相多重斩波电路多相多重斩波电路返回3.3.1 3.3.1 多相多重斩波电路多相多重斩波电路 多相多重斩波电路多相多重斩波电路如果在一个周期如果在一个周期TS中，电源侧电流中，电源侧电流iS 脉动脉动n次，次，则称为则称为n相斩波器。相斩波器。假设复合型斩波假设复合型斩波器中每个开关管器中每个开关管通断周期都是通断周期都是T TS S如果在一个周期如果在一个周期TS中，负载电流中，负载电流io脉动脉动m次，次，则称为
48、则称为m重斩波器。重斩波器。3.3.1 3.3.1 多相多重斩波电路多相多重斩波电路 多相多重斩波电路多相多重斩波电路个开关器件个开关器件T T1 1、T T2 2、T T3 3依序通、断各一依序通、断各一次，它们导通时间的起点相差次，它们导通时间的起点相差TS /3/3，个个开关管导通时间开关管导通时间t tonon相同相同，占空比占空比D D相同相同. .控制方案控制方案: :3.3.1 3.3.1 多相多重斩波电路多相多重斩波电路 T T1 1、D D1 1构成一个降压斩波器，只要构成一个降压斩波器，只要T T1 1截止时，截止时，i1不断流，即电感电流连续，则不断流，即电感电流连续，则
49、T T1 1输出电压输出电压u1的直流平均值的直流平均值U1是是U1= US ton /Ts=DUS。u1同理，同理，T2、T3输出直流平均值输出直流平均值U2= U3= U1=DUS。 3.3.1 3.3.1 多相多重斩波电路多相多重斩波电路 u1输出电压输出电压uo的直流平均值的直流平均值: Uo=U1= U2= U3=DUS 输出电流输出电流Io: 返回3.4 3.4 变压器隔离的直流变压器隔离的直流直流变换器直流变换器 3.4.1 3.4.1 正激变换器正激变换器 如果将变压器插如果将变压器插入在入在P-PP-P位置，位置，即得正激变换器即得正激变换器主电路主电路。 降压变换电路降压变
50、换电路正激变换器正激变换器问题:电源与负载不隔离?返回能量消耗法磁能量消耗法磁场复位方案场复位方案 开关管导通时，电源能量经开关管导通时，电源能量经变压器传递到负载侧。开关管截止时变压器原变压器传递到负载侧。开关管截止时变压器原边电流经边电流经D D3 3、DWDW续流，磁场能量主要消耗在稳续流，磁场能量主要消耗在稳压管压管DWDW上。开关管承受的最高电压为上。开关管承受的最高电压为V VS SV VDWDW，V VDWDW为稳压管为稳压管DWDW的稳压值。的稳压值。 正激变换器正激变换器能量转移法磁场能量转移法磁场复位方案复位方案 开关管导通时，电源能量经变压器传递到开关管导通时，电源能量经
51、变压器传递到负载侧。开关管截止时，由于电感电流不能突负载侧。开关管截止时，由于电感电流不能突变，线圈变，线圈NN1 1会产生下正上负的感应电势会产生下正上负的感应电势e e1 1。同同时线圈时线圈NN3 3也会产生感应电势，当也会产生感应电势，当e e3 3= V= VS S时，时，D D3 3导通。磁场储能转移到电源导通。磁场储能转移到电源V VS S中，中，开关管上承受的最高电压为：开关管上承受的最高电压为： D3正激变换器正激变换器3.4.2 3.4.2 反激变换器反激变换器 反激变换器电路原理图 和升降压变换器相比较可知，反激变换器用变压器代替了升降压变换器中的储能电感。因此，这里的变压器除了起输入电隔离作用外，还起储能电感的作用。 改进？3.4.2 3.4.2 反激变换器反激变换器 反激变换器反激变换器实用电路实用电路 负载侧有滤波电感,可降低输出电压纹波. 返回反激变换器:IGBT关断时磁场储能转移到负载侧.反激变换器优点: 转移到负载侧的能量由原边电压、等效电感、IGBT开通时间决定，与负载无关。 很适合于高压小功率变换电路。
