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1、 现代电源技术现代电源技术Modern power technologies2021/8/61第第2章章 DCDC变换器器 12345复合型复合型DCDC变换器器本章小本章小结6学学习指指导DC-DC变换器器换流及其特性分析流及其特性分析 DC-DC变换器的基本器的基本结构构基本内容本章本章习题2021/8/62DC-DC变换器（DC-DC converter）是指能将一定幅值的直流输入电压（或电流）变换成一定幅值的直流输出电压（或电流）的电力电子装置，主要应用于直流电压变换（升压、降压、升降压等）、开关稳压电源、直流电机驱动等场合。 当DC-DC变换器输入为电压源，并完成电压电压变换 时，称
2、之为DC-DC电压变换器当DC-DC变换器输入为电流源，并完成电流电流变换 时，称之为DC-DC电流变换器 （习惯上所称的DC-DC变换器常指DC-DC电压变换器 ）学学习指指导目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/63学学习指指导理论上，按其变换功能可将DC-DC变换器分为以下4种基本类型：u 降压型（减流型）DC-DC变换器， 简称buck变换器u 升压型（增流型）DC-DC变换器， 简称boost变换器u 升降压型（增减流型）DC-DC变换器， 简称buckbo
3、ost变换器u 降升压型（减增流型）DC-DC变换器， 简称boostbuck变换器目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/64学学习指指导工程上，依据DC-DC变换器是否需要电气隔离，又可将其分为： u 有变压器的隔离型DC-DC变换器u 无变压器的非隔离型DC-DC变换器 为讨论方便，本章所简称的buck变换器、boost变换器、buckboost变换器及boostbuck变换器，除特加说明外，一般均指无隔离变压器的非隔离型DC-DC变换器。由于非隔离型DC-DC变
4、换器是DC-DC变换器的基础，因此，本章首先着重讨论非隔离型DC-DC变换器的基本原理及其特性，下一章介绍隔离型DC-DC变换器的基本原理及其特性。 目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/65学学习指指导建议重点学习以下主要内容 DC-DC变换器基本电路构成的基本思路与换流分析 开关变换器中电感、电容元件的基本特性伏秒平衡 特性（电感元件）、 安秒平衡特性（电容元件），是定量分析开关变换器的基础 （学会应用该特性进行定量分析） 电流连续条件下的DC-DC变换器基本特性
5、分析，这是DC-DC变换器性能分析和参数设计的基础，主要包括：稳态增益、电感电流及电容电压脉动量、功率器件中的电压及电流关系等目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/662.1 DC-DC2.1 DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换
6、器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器如图所示，在变压器的一次绕组施加交流电压u1时，铁芯内磁通就变化，在二次绕组上就产生感应电压u2。如果设一、二次绕组匝数为w1、w2时，在二次绕组中产生的电压可用下式表达：u1u2w1w2如何改变直流电压？2021/8/672.1 DC-DC2.1 DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结
7、构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器如左图所示。通过串联可变电阻改变直流电压。R，则uL； R ，则uL 。在串联电阻中也流过与负载电阻电流相同的电流，将产生大的损耗。利用上述原理，使用开关器件，将直流电压转换成脉冲的形式，把这些脉冲组合在一起就得到了输出电压。无需加入电阻，降低损耗由于输出电压由一系列脉冲组成，波形看上去
8、就好像被周期性的斩切了一样。所以称为直流斩波器。2021/8/68工程上，一般将以开关管按一定控制规律调制且无变压器隔离的DC-DC变换器或输入输出频率相同的AC-AC变换器统称为斩波器波器（Chopper） 当 完 成 AC-AC变 换 时 ， 称 之 为 交交 流流 斩 波波 器器 （ AC Chopper）；而当完成DC-DC变换时，则称之为直直流流斩波器波器（DC Chopper）这种开关管按一定调制规律通断的控制为斩波控制波控制 2.1 DC-DC2.1 DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC
9、-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/692.1 DC-DC2.1 DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构斩波控制波控制按开关管调制规律的不同主要分为2种：u脉冲脉冲宽度度调制（制（PWM） 这种控制方式是指开关管调制信号制信号的周期固定不周期固定不变，而开关管导通信号通信号的宽
10、度可度可调u脉冲脉冲频率率调制（制（PFM） 这种控制方式是指开关管导通信号通信号的宽度固定不度固定不变，而开关管调制信号制信号的频率可率可调 在以上2种调制方式中，脉冲脉冲宽度度调制（制（PWM）控制方式是电力电子开关变换器最常用最常用的开关斩波控制方式，也是本章讨论所涉及的主要开关控制方式。目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC
11、-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6102.1 DC-DC2.1 DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构直流斩波器实际上是一类基本的DC-DC变换器，按其直流输入输出相关量的大小关系（升、降、升-降、降-升），这种基本的DC-DC变换器可分为： buck型型 DC-DC变换器器 boost 型型 DC-DC变换器器 buck-boost型型 DC-DC变换器器 boost-buck型型 DC-DC变换器器 以下分别讨论这类DC-DC变换器的基本结构。目目录学学习指指导2.1DC-DC变换
12、器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6112.1.1 buck2.1.1 buck型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构DC-DC电压变换原理电路及输入、输出波形 图3-1a为基本的DC-DC电压变换原理电路，从
13、图中可以看出：输入电压源Ui通过开关管VT与负载RL相串串联，当开关管VT导通通时，输出电压等于输入电压，UoUi；而当开关管VT关断关断时，输出电压等于零，Uo0。得到的基本电压变换电路的输出电压波形如图3-1c所示。显然，若令输出电压的平均值为Uo则UoUi ，可见，图3-1a所示的电压变换电路实现了降压型DC-DC变换器（buck电压变换器器）的基本变换功能目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变
14、换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/612DC-DC电流变换原理电路及输入、输出波形 2.1.1 buck2.1.1 buck型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构图3-1b为基本的DC-DC电流变换原理电路，从图中可以看出：输入电流源Ii通过开关管VT与负载RL相并并联，当开关管VT关关断断时，输出电流等于输入电流，即IoIi；而当开关管VT导通通时，输出电流等于零，即Io0。基本电流变换电路的输出电流
15、波形如图3-1d所示。显然，若令输出电流的平均值为Io，则IoIi 。可见，图3-1b所示的电流变换电路实现了降流型DC-DC变换器（buck电流流变换器器）的基本变换功能 目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器
16、器2021/8/6132.1.1 buck2.1.1 buck型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构 问题的提出 图3-1a、3-1b所示的原理电路分别实现了基本的buck型电压变换和buck型电流变换，但 buck型电压变换电路的输出出电压和buck型电流变换电路的输出出电流流均是脉动脉动的，如何进行改进？为了减小输出电压、输出电流的脉动幅度，可以考虑在电路中加入适当的滤波环节滤波环节（提示：电容电压不突变，可用于滤平电压脉动；电感中的电流不突变，可用于滤平电流脉动）目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器
17、的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6142.1.1 buck2.1.1 buck型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构 为抑制抑制输出出电压脉脉动，可在图3-1a所示的基本原理电路中加入输出出滤波元件波元件（如：电容C）如图3-2a所示 目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器
18、的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/615L2.1.1 buck2.1.1 buck型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构为抑制抑制输出出电流脉流脉动，可在图3-1b所示的基本原理电路中加入输出出滤波元件波元件（如
19、：电感L）如图3-2b所示目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6162.1.1 buck2.1.1 buck型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构问题的提出分析已加入滤波环节
20、的DC-DC电压电流变换器u输出出滤波元件波元件的加入必然使变换电路中开关管VT的电压、电流流应力增加力增加u图3-2a所示的DC-DC去脉动电压变换器电路中，由于UoUi，当开关管VT导通时，电容容C将造成将造成输入入输出出短路短路，以至于开关管VT流入很大的短路短路电流流而毁坏u图3-2b所示的DC-DC去脉动电流变换器电路中，由于IoIi，当开关管VT断开时，电感感L将感将感应出极高的出极高的电压，从而使开关管VT过电压而毁坏如何限制电压电流应力？为了限制开关管的电压、电流应力，可以考虑在电路中加入适当的缓冲环节缓冲环节（如缓冲电感，续流二极管，缓冲电容，箝位二极管）目目录学学习指指导2
21、.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/617L2.1.1 buck2.1.1 buck型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构在图3-2a所示的buck型DC-DC电压变换电路中为了限制限制开关管开
22、关管VT导通通时的的电流流应力力，则将缓冲冲电感感L串入串入开关管VT的支路中目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6182.1.1 buck2.1.1 buck型型 DC-DCDC-DC变换器的
23、基本结构变换器的基本结构在上述改进基础上，为了避免避免开关管VT关断关断时缓冲冲电感感L中中电流的突流的突变（减小电压应力），应再加入加入续流二极管流二极管VD（为电感释放储存的能量提供通路，减缓电感电流变化率）如图3-2c所示结构较为完善的buck型电压斩波器型电压斩波器 目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器
24、的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6192.1.1 buck2.1.1 buck型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构在图3-2b所示的buck型DC-DC电流变换电路中，为了限制限制开关管开关管VT关断关断时的的电压应力力，则将缓冲冲电容容C并入并入开关管VT的两端 C目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型D
25、C-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6202.1.1 buck2.1.1 buck型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构为了避免开关管避免开关管VT导通通时缓冲冲电容两端容两端电压的突的突变（减少电流应力），应加入加入钳位二极管位二极管VD（阻止电容放电）如图3-2d所示 结构较为完善的buck型电流斩波器型电流斩波器 目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Bu
26、ck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6212.1.1 buck2.1.1 buck型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构DC-DC变换电路中的储能元件能元件（电容、电感）有滤波波与能量能量缓冲冲两种基本功能：u滤波元件波元件常设置在变换器电路的输入或
27、入或输出出u能量能量缓冲元件冲元件常设置在变换器电路的中中间目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6222.1.1 buck2.1.1 buck型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基
28、本结构针对 图3-2c （图3-2d）所示的DC-DC电压（电流）变换电路u输入入侧为恒恒压（恒流）源（恒流）源，因此电路路输入入侧无需无需滤波波电容（容（电感）感）u电路的输出出侧则由于脉脉动而需要需要滤波。波。即图3-2c所示的电容C，图3-2d所示的电感L均起滤波作用。电压变换器与电流变换器是互补的结构目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Bo
29、ost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6232.1.1 buck2.1.1 buck型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构一般将上述所加入的 如图3-2 c）中的缓冲冲电感和感和续流二极流二极管管组成的成的电路路 或 如图3-2 d）中的缓冲冲电容和容和钳位二极管位二极管组成的成的电路路统称为缓冲冲电路路（或缓冲单元） 目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型
30、型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/624 2.1.2 boost2.1.2 boost型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构以上讨论了buck型变换器的构建，那么如何实现升压型（boost）的电压变换和升流型（boost）的电流变换呢？ 若考虑变换器输入、入、输出能量的不出能量的不变性性（忽略电路及元件的损耗），则
31、buck型电压变换器在完成降降压变换的同同时也完成了升流升流（boost）变换。同理buck型电流变换器在完成降流降流变换的同同时也完成了升升压（boost）变换。 boost型电压变换和buck型电流变换以及boost型电流变换和buck型电压变换存在功功能上的能上的对偶性偶性。若已知某种升（降）压电压变换器电路则相应的降（升）流电流变换器电路可以利用对偶原理偶原理求出 目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型D
32、C-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/625 2.1.2 boost2.1.2 boost型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构从图3-2c所示的buck型电压变换器电路出发，便可以导出boost型电流变换器电路 1)将将输入入电压源源转化化为电流源流源当变换器电路中开关管的开关管频率足够高时，图3-2c所示的buck型电压变换器电路中的输入电压源支路源支路可以用 并并联电容的容的电流源流源 （C
33、i、Ii） 支路支路取代取代，如图3-3b所示 目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/626 2.1.2 boost2.1.2 boost型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构
34、 2) 若令变换器电路中的开关管、二极管、电容、电感均为理想无损元件时，则图3-3b所示电路的输入功率等于输出功率即：Ui* IiUo*Io。由于该变换器电路的降压变换功能，使UoUi ，因此，IoIi boost型电流变换器电路 Uo Io目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换
35、器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/627 2.1.2 boost2.1.2 boost型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构 3)考虑到3-3b所示电路中滤波电感L的稳流作用以及该电路的电流电流变换功能，因此，输出滤波电容C是冗余元件，可以省略。 结构简化后的boost型电流变换器电路如图3-3d所示目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-
36、DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/628从图3-2d所示的buck型电流变换器电路出发，便可以导出boost型电压变换器 1）将将输入入电流源流源转化化为电压源源 当假设变换器电路中开关管的开关频率（单位时间内开关管的通断次数）足够高时，图3-2d所示的buck型电流变换器电路中的输入电流源支路流源支路可以用串串联电感的感的电压源（源（Li、Ui）支路支路取代，如图3-3a所示 2.1.2 boost2.1.2 bo
37、ost型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/629 2.1.2 boost2.1.2 boost型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构
38、变换器的基本结构2）若令变换器电路中的开关管、二极管、电容、电感均为理想无损元件时，则图3-3a所示电路的输入功率应等于其输出功率，即ui* iiuo*io 。由于该变换器电路的buck型变换功能，使IoIi ，因此，uoui boost型电压变换器电路 Io Uo目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构
39、构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6302.1.2 boost2.1.2 boost型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构3)考虑到3-3a所示电路中滤波电容C的稳压作用以及该电路的电压电压变换功能，因此，输出滤波电感L是冗余元件，可以省略。 结构简化后的boost型电压变换器电路如图3-3c所示。目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost
40、 -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6312.1.3boost-buck2.1.3boost-buck型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构 以上构建了buck型、boost型变换器电路，那么如何在buck型、boost型变换器电路基础上构建boost-buck （升-降）型或buck-boost （降-升）型变换器呢？ 只要将buck型、boost型变换器电路相互串串联并进行
41、适当化化简，即可构建boost-buck型或buck-boost型变换器 目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6322.1.3boost-buck2.1.3boost-buck型型 DC-DCD
42、C-DC变换器的基本结构变换器的基本结构构建boost-buck型电压变换器电路，可以考虑采用boost-buck串联结构 ：u输入入级采用图3-3c所示的boost型型电压变换器电路u输出出级采用图3-2c所示的buck型型电压变换器电路u将boost型电压变换器电路的输出出与buck型电压变换器电路的输入串入串联，串联时：输入级boost型电压变换器电路的输出出负载省略省略，而输出级buck型电压变换器电路的输入入电压源省略源省略，串联后的电压变换器电路如图3-4a所示 +目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构
43、构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/633 2.1.3boost-buck2.1.3boost-buck型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构图3-4a所示的boost-buck串联结构电路中，由于存在两只开关管和两只二极管两只开关管和两只二极管，因而有必要省略冗余元件省略冗余元件以使电路简
44、化 若假设两电路串联后的开关管VT1、VT2为同步同步斩波波开关管开关管，即开关管VT1、VT2同同时通、断通、断，则有可能使电路得以进一步简化 目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6342.1
45、.3boost-buck2.1.3boost-buck型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构 具体简化步骤 当开关管 VT1、VT2 导通时，所构成的两个独立的电流回路拓扑如图3-4b所示观察图3-4b所构成的两个独立的 电流回路 (开关管VT1、VT2导通)，并将VT1、VT2合并为VT1、2，所得等效电路如图3-4d所示目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结
46、构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6352.1.3boost-buck2.1.3boost-buck型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构当开关管VT1、VT2关断时，所构成的两个独立的电流回路拓扑如图3-4c所示观察图3-4c所构成的两个独立的电流回路(开关管VT1、VT2关断)，并将VD1、VD2合并为VD1、2，所得等效电路如图3-4e所示目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buc
47、k型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6362.1.3boost-buck2.1.3boost-buck型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构综合分析图3-4d、3-4e所示等效电路 ， 并使所得变换器电路的输入入输出有公共出有公共电位参位参考点考点，简
48、化后的基于boost-buck串联结构的boost-buck电压变换器电路如图3-4f所示 ( 需要注意：图3-4f所示的boost-buck电压变换器，虽然其电路结构得到了简化，但是变换器输入输出电压的极性则由原来的同向极性同向极性变为反向极反向极性性)由于是Slobodan Cuk 于1980年首次深入研究了boost-buck串联结构的变换器，因此，通常称boost-buck电压变换器为Cuk变换器变换器 目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构
49、2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6372.1.3boost-buck2.1.3boost-buck型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构针对Cuk变换器输入输出电压反向极性的不足，将Cuk变换器的输出环节或输出环节加以改造，可以得到输入入输出出电压同向极同向极性性的boost-buck型电压变换器，即所谓的Sepic变换器器和Zeta变换器器，如图3-
50、5所示 Sepic变换器和Zeta变换器特征uSepic变换器和Zeta变换器与Cuk变换器具有相同的相同的稳态电压增益增益 M=D/(1-D)uSepic变换器的输入入输出出电流流连续(较易滤波)uZeta变换器的输入入电流流则断断续Sepic变换器Zeta变换器目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构
51、构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/638 2.1.4buck2.1.4buckboosboost型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构 构建buckboost型电压变换器，可以考虑采用buckboost串联 :u输入级采用图3-2c所示的buck型电压变换器电路u输出级则采用图3-3c所示的boost型电压变换器电路u将buck型电压变换器电路的输出与boost型电压变换器电路的输入串联。串联时：输入级buck型电压变换器电路的输出负载省略，而输出级boost型电压变换器电路的输入电压源省略，两级变换
52、器串联后的电路如图3-6a所示 +目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/639 2.1.4buck2.1.4buckboostboost型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构
53、图3-6a所示的buckboost串联结构电路中，由于存在两只开关管和两只两只开关管和两只二极管二极管，因而有必要省略省略冗余元件冗余元件以简化电路同上分析，若假设两电路串联后的开关管VT1、VT2为同步同步斩波开关管波开关管，即开关管VT1、VT2同时通、断，则有可能使电路得以进一步简化 目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-D
54、C变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6402.1.4buck2.1.4buckboosboost型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构 具体简化步骤 首先将图3-6a中VT1、VT2之间的T型储能网络中的电容省略，并合并L1、L2为L12，如图3-6b所示合并后的VT1、VT2之间的储能电感L12仍能使串联后的两级电压变换器电路正常工作 目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost
55、型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6412.1.4buck2.1.4buckboosboost型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构当开关管VT1、VT2导通时，所构成的两个独立的电流回路拓扑如图3-6c所示 观察图3-6c所构成的两个独立的电流回路(开关管VT1、VT2导通)，并将VT1、VT2合并为VT12，
56、所得等效电路如图3-6d所示；VT12目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/642当开关管VT1、VT2关断时，所构成的两个独立的电流回路拓扑如图3-6e所示 观察图3-6e所构成的两个独立的电流
57、回路(开关管VT1、VT2关断)，并将VD1、VD2合并为VD12，所得等效电路如图3-6f所示 VD12C2目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2.1.4buck2.1.4buckboosboost型型 D
58、C-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构2021/8/6432.1.4buck2.1.4buckboosboost型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构综合分析图3-6d、3-6f所示等效电路，并使所得变换器电路的输入输出有公共公共电位参考点位参考点，因此，简化后的基于buck-boost串联结构的buck-boost电压变换器电路如图3-6g所示 (需要注意：图3-6g所示的buck-boost电压变换器，虽然其电路结构得到了简化，但是变换器输入输出电压的极性则由原来的同向极性同向极性变为反向极性反向极性)目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结
59、构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6442.1.4buck2.1.4buckboostboost型型 DC-DCDC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构对比图3-4f、3-6g所示的boost-buck型电压变换器和buck-boost型电压变换
60、器电路可以看出?u两者的输入输出电压极性均均为反向反向极性极性u相对于boost-buck型电压变换器电路，buck-boost型电压变换器电路结构构简单，并且其中的储能元能元件件也较少少ubuck-boost型电压变换器的输入和二极管输出电流均为断断续的脉的脉动电流流;而boost-buck型电压变换器中由于输入输出均有电感，因此变换器的器的输入入输出出电流一般情况流一般情况下均下均为连续电流流（轻载时电流可能断续）boost-buck型电压变换器buck-boost型电压变换器目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.1Buck型型DC-DC变换器的基器的基本本
61、结构构 2.1.2Boost型型DC-DC变换器的基器的基本本结构构 2.1.3 Boost -Buck型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.1.3 Buck - Boost型型DC-DC变换器的基本器的基本结构构2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6452.2 DC-DC2.2 DC-DC变换器换流及其特性分析变换器换流及其特性分析问题的提出 在讨论了如何根据输入输出的变换要求来构建DC-DC变换器的基本电路之后，那么在实际应用中如何根据具体的DC-DC变换器电路来分析其基本换流过程以及基本的输入输出关系呢？ (说
62、明：1.考虑到实际应用及电流变换器和电压变换器的对偶关系,以下主要研究DC-DC电压变换器器，分别简称为buck变换器、boost变换器、buck-boost变换器、boost-buck变换器 2.各DC-DC变换器的开关调制均采用PWM控制控制 ）？目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其
63、特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6462.2 DC-DC2.2 DC-DC变换器换流及其特性分析变换器换流及其特性分析为简化各类DC-DC变换器的基本特性分析，所讨论的变换器均为理想理想变换器器，且满足以下理想条件： 1)开关管、二极管瞬瞬间通断通断，且无通无通态和开关和开关损耗耗 2)电容、电感均为无无损耗的理想耗的理想储能元件能元件 3)线路阻抗路阻抗为零零 4)开关频率足够高，每个开关周期中的每个开关周期中的电感感电流、流、电容容电压近似不近似不变目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分
64、析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6472.2.12.2.1开关变换器中电容、电感的基本特性开关变换器中电容、电感的基本特性根据开关变换器的理想条件： 每个开关周期Ts中（ Ts= ton+toff ，其中：Ts为开关周期；ton为开关导通时间；toff为开关关断时间）,变换器中的电感电流、电容电压保持恒定，且无任何损耗 可得开关变换
65、器中电容、电感的基本特性： 提示：对于电容有iC=CduC/dt uC =(1/C) iCdt 对于电感有uL=LdiL/dt iL =(1/L) uLdt 目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6482.2.12.2.1开关变
66、换器中电容、电感的基本特性开关变换器中电容、电感的基本特性 (1)电感感电压的的伏秒平衡特性伏秒平衡特性 稳态条件条件下，理想开关变换器中的电感感电压必然周期性重必然周期性重复复，由于每个开关周期中每个开关周期中电感的感的储能能为零零，并且电感感电流流保持恒定保持恒定I=0，因此，每个开关周期中电感电压UL的的积分恒分恒为零零，即：即： 目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Bo
67、ost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6492.2.12.2.1开关变换器中电容、电感的基本特性开关变换器中电容、电感的基本特性 (2)电容容电流的流的安秒平衡特性安秒平衡特性 稳态条件条件下，理想开关变换器中的电容容电流必然周期性重流必然周期性重复复，而，而每个开关周期中每个开关周期中电容的容的储能能为零零，并且电容容电压保保持恒定持恒定U=0，因此，每个开关周期中电容电流IC的积分恒为零，即： 目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器
68、器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6502.2.2 buck2.2.2 buck变换器换流及其特性分析变换器换流及其特性分析 -2.2.2.1 buck-2.2.2.1 buck变换器的换流状态变换器的换流状态buck变换器的电路结构如图3-7a所示,根据其中开关管和二极管不同的通断组合，可形成不同的换流状态
69、，buck变换器不同换流状态时的换流电路如图3-7所示 图3-7b所示开关状态1时的换流电路开关管VT导通时，二极管VD承受反压而关断，此时，输入电源通过电感L向负载传输能量，因此Ii增加，从而使电感L中的磁能亦增加目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-
70、DC变换器器2021/8/6512.2.2.1 buck2.2.2.1 buck变换器的换流状态变换器的换流状态图3-7c所示开关状态2 时的换流电路开关管VT关断，由于电感电流不能突变，从而使二极管VD导通，而续流电感L向负载释放能量，Ii减少图3-7d所示开关状态3时的换流电路与电流连续时情况不同，当电感L电流衰减到零以前，若开关管VT还未导通，则电感电流断续，此时，开关管VT、二极管VD全都关断，并仅由电容向负载提供能量 目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的
71、基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6522.2.2.1 buck2.2.2.1 buck变换器的换流状态变换器的换流状态电路工作状态的定义注意：所谓“电流的连续或断续”是指指变换器器缓冲元件冲元件中中电流的流的连续或断或断续。如图3-7 所示buck变换器中的缓冲元件为电感L，因此讨论buck变换器的电流连续或断续工作状态是针对其中的其中的电感感L而言而言的u当电感电流iL 0时，buck
72、变换器工作在电流连续状态u当一段时间中存在iL0，则buck变换器工作在电流断续状态u若只有一瞬时时刻存在iL0，则buck变换器工作在临界状态(临界状态是电流连续状态的一种特例) 目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6532
73、.2.2.1 buck2.2.2.1 buck变换器的换流状态变换器的换流状态图3-7b,图3-7c所示开关状开关状态1 、2对应的换流表示了buck变换器电流流连续时的工作过程图3-7b,图3-7c，图3-7d所示开关状开关状态1、2 、3对应的换流表示了buck变换器电流断流断续时的工作过程目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析
74、 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6542.2.2.1 buck2.2.2.1 buck变换器的换流状态变换器的换流状态buck变换器中电感电流连续电感电流连续时的相关波形如图3-7e所示 目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其
75、特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6552.2.2.1 buck2.2.2.1 buck变换器的换流状态变换器的换流状态buck变换器中电感感电流断流断续 时的相关波形如图3-7f所示 目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合
76、型DC-DC变换器器2021/8/6561稳态电压增益GVbuck变换器的稳态电压增益是指：稳态条件下，变换器输出平均电压Uo与输入平均电压Ui的比值，即GVUo/Ui由于buck变换器中的缓冲元件是电感L，因此对电感L利用 伏秒平衡特性伏秒平衡特性进行分析得出 式（3-3）令PWM占空比D= ton/ Ts，则从上式可求出buck变换器的电感电流连续时的稳态电压增益GV 目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特
77、性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器 2.2.2.2 2.2.2.2 电流连续时的电流连续时的buckbuck变换器变换器 基本特性分析基本特性分析2021/8/657由于D1，即buck变换器的稳态电压增益GV1，因此buck变换器具有降压变换特性由于buck变换器的稳态输出平均电压与占空比D成正比，因此，buck变换器的稳态输出平均电压可由占空比D控制 式（3-4） 2.2.2.2 2.2.2.2 电流连续时的电流连续时的buckbuck变换器变换器 基本
78、特性分析基本特性分析目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6582.稳态电感电流脉动量由于有限的电感和有限的开关频率稳态条件下，buck变换器的电感电流实际上是脉动的，如图3-7e所示当t0时，开关管VT导通，若电容C足够大，此
79、时，电容电压近似不变，而电感电流iL线性增加 2.2.2.2 2.2.2.2 电流连续时的电流连续时的buckbuck变换器变换器 基本特性分析基本特性分析目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/659当tD Tston时，电感电
80、流iL增加至最大值ILmax。根据电感的电压、电流关系即uL=LdiL/dtLiL/t，容易导出t0ton期间（开关管VT导通）的电流增量iL为 式（3-6） 2.2.2.2 2.2.2.2 电流连续时的电流连续时的buckbuck变换器变换器 基本特性分析基本特性分析目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器
81、换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/660当tton时，开关管VT关断若电感L、电容C足够大，此时，电容电压近似不变，而电感电流iL线性减小当tTs时，电感电流iL减小至最小值ILmin。ttonTs期间（开关管VT关断）的电流增量iL-为 式（3-7） 2.2.2.2 2.2.2.2 电流连续时的电流连续时的buckbuck变换器变换器 基本特性分析基本特性分析目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2
82、.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/661式（3-8）式（3-9）稳态时，iL+iL-iL且电容C的平均电流为零，因此，电感电流最大值ILmax、最小值ILmin分别为 2.2.2.2 2.2.2.2 电流连续时的电流连续时的buckbuck变换器变换器 基本特性分析基本特性分析目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开
83、关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/662 2稳态电流增益GIbuck变换器的稳态电流增益是指：稳态条件下，变换器输出平均电流Io与输入平均电流Ii的比值，即GIIo/Ii。由于讨论的是无损的理想变换器，因此，变换器的输入、输出功率平衡，即Ii Ui=Io Uo，这样，通过式（3-4）容易求出buck变换器电感电流连续时的的稳态电流增益GI为 式（3-5） 2
84、.2.2.2 2.2.2.2 电流连续时的电流连续时的buckbuck变换器变换器 基本特性分析基本特性分析目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/663从式（3-5）不难看出：由于D1，即buck变换器的稳态电流增益GI1，因此
85、，buck变换器具有增流变换特性因为buck变换器的稳态输出平均电流Io与占空比D成反比因此，buck变换器的稳态输出平均电流可由占空比D控制 2.2.2.2 2.2.2.2 电流连续时的电流连续时的buckbuck变换器变换器 基本特性分析基本特性分析目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及
86、其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6644开关管VT的电流、电压的定量关系 流过开关管VT的平均电流IS和buck变换器的输入平均电流Ii相等，即ISIiD Io； 流过开关管VT的最大电流ISmax和变换器电感电流最大值ILmax相等，即ISmaxILmax； 流过开关管VT的最小电流ISmin和变换器电感电流最小值ILmin相等，即ISminILmin； 开关管关断时所承受的正向正向电压等于变换器的输入电压 2.2.2.2 2.2.2.2 电流连续时的电流连续时的buckbuck变换器变换器 基本特性分析基本特性分析目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基
87、本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6655二极管VD的电流、电压定量关系 由于二极管VD与开关管VT互补通断，且ISD Io，流过二极管VD的平均电流ID满足： ID（1D）Io 流过二极管VD的最大电流IDmax和变换器电感电流最大值ILmax相等，即IDmaxIL
88、max； 流过二极管VD的最小电流IDmax和变换器电感电流最小值ILmin相等，即IDmax ILmin ； 二极管VD截止时所承受的反向反向电压等于变换器的输入电压 2.2.2.2 2.2.2.2 电流连续时的电流连续时的buckbuck变换器变换器 基本特性分析基本特性分析目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cu
89、k变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/666 6稳态输出电压脉动量由于有限的输出电容和有限的开关频率，因此，稳态条件下，buck变换器的输出电压uo存在脉动，如图3-7e所示根据电容电压与电容电荷量之间的正比关系，输出出电压脉脉动量量Uo应与与电容容电荷脉荷脉动量量Q成正比成正比，即UoQ/C。求取输出电压脉动量Uo，关键在于求取电容电荷脉动量Q，而电容容电荷量的脉荷量的脉动是由是由电容充容充放放电所致所致 2.2.2.2 2.2.2.2 电流连续时的电流连续时的buckbuck变换器变换器 基本特性分析基本特性分析目目录学学习指指导2.1D
90、C-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/667根据buck变换器的电路结构，当电感电流iLIo时，输出电容充电，反之则放电。由于电容容电荷量是荷量是电容容电流流对时间的的积分分，而稳态时电容的平均容的平均电流流为零零，分析易得电容电荷变化量为： Q(iL/
91、2)/2( Ts/2)iL/（8fs）综合以上分析，由于开关频率fs1/Ts且iLiL-iL，考虑式（3-7） buck变换器的稳态输出电压脉动量Uo： 2.2.2.2 2.2.2.2 电流连续时的电流连续时的buckbuck变换器变换器 基本特性分析基本特性分析目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及
92、其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/668 1稳态电压增益GV令buck变换器中的二极管续流时间为toff1，则在iL0的时间段对电感L利用伏秒平衡特性伏秒平衡特性进行分析，不难得出 式（3-11）令二极管续流占空比D1= toff1/Ts，则从式（3-11）可求出buck变换器电感电流断续时的稳态电压增益GV为 式（3-12）目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其
93、特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器 2.2.2.3 * 2.2.2.3 * 电流断续时的电流断续时的buckbuck变换器变换器 基本特性分析基本特性分析2021/8/6692.2.3 boost2.2.3 boost变换器换流及其特性分析变换器换流及其特性分析 -2.2.3.1 boost-2.2.3.1 boost变换器的换流状态变换器的换流状态boost变换器的电路结构如图3-8a所示，根据其中的开关管和二极管不同通断组合时，可形成不同的换流状态，boost变
94、换器不同换流状态时的换流电路如图3-8所示 图3-8b所示开关状态1时的换流电路开关管VT导通时，二极管VD承受反压而关断，此时，输入电源通过电感L储能，因此IL增加，从而使电感L中的磁能亦增加，这时的负载仅靠输出电容C的储能供电目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合
95、型复合型DC-DC变换器器2021/8/670图3-8c所示开关状态2时的换流电路开关管VT关断时，由于电感电流不能突变，此时二极管VD导通，且电源Ui和电感L通过二极管VD同时向负载供电，并对输出电容充电，IL减少图3-8d所示开关状态3时的换流电路与电流连续时的情况不同，当电感L电流衰减到零以前，若开关管VT还未导通，则电感电流断续，此时，开关管VT、二极管VD全都关断，并仅由电容向负载提供能量目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2
96、Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2.2.3.1 boost2.2.3.1 boost变换器的换流状态变换器的换流状态2021/8/671boost变换器电路工作状态定义同buck变换器电路 （电流连续，电流断续，临界状态）boost变换器中的缓冲元件是电感L，因此讨论boost变换器的电流连续或断续工作状态也是针对其中的其中的电感感L而言的开关状开关状态1、2对应的换流表示了boost变换器电流流连续时的工作过程开关状开关状态1、
97、2、3对应的换流表示了boost变换器电流流断断续时的工作过程 2.2.3.1 boost2.2.3.1 boost变换器的换流状态变换器的换流状态目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/672boost变换器中电感电流连续电流连
98、续时的相关波形如图3-8e所示 目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2.2.3.1 boost2.2.3.1 boost变换器的换流状态变换器的换流状态2021/8/673boost变换器中电感电流断流断续时的相关波形如图3-8f所示2.2
99、.3.1 boost2.2.3.1 boost变换器的换流状态变换器的换流状态目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/674 1稳态电压增益GVboost变换器的稳态电压增益指：稳态条件下，变换器输出平均电压Uo与输入平均电压Ui
100、的比值，即GVUo/Ui。由于boost变换器中的缓冲元件是电感L，对电感L利用伏秒平衡特性进行分析得 式（3-19） 目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2.2.3.2 2.2.3.2 电流连续时的电流连续时的boostboost变换器变
101、换器 基本特性分析基本特性分析2021/8/675令PWM占空比D= ton/ Ts，则从式（3-19）可求出boost变换器的电感电流连续时的稳态电压增益GV为 式（3-20）由于D1，即boost变换器的稳态电压增益GV1，因此boost变换器具有升压特性，并且变换器的稳态输出平均电压（1D）成反比 2.2.3.2 2.2.3.2 电流连续时的电流连续时的boostboost变换器变换器 基本特性分析基本特性分析目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基
102、本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/676 2稳态电流增益GIboost变换器的稳态电流增益是指：稳态条件下，变换器输出电流平均Io与输入平均电流Ii的比值，即GIIo/Ii。由于讨论的是无损的理想变换器，变换器的输入输出功率平衡，即Ii Ui=Io Uo，这样，由式（3-20）易求出boost变换器电感电流连续时的的稳态电流增益GI为 由于D1，即boost变换器的稳态电流增益GI1，因此，boost
103、变换器具有减流特性，并且变换器的稳态输出平均电流Io与（1D）成正比。式（3-21）2.2.3.2 2.2.3.2 电流连续时的电流连续时的boostboost变换器变换器 基本特性分析基本特性分析目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器202
104、1/8/677 2.稳态电感电流脉动量由于有限的电感和有限的开关频率，在稳态条件下，boost变换器的电感电流实际是脉动的如图3-8e所示当t0时，开关管VT导通，若电感L、电容C足够大，此时，电容电压近似不变，而电感电流iL线性增加目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3
105、复合型复合型DC-DC变换器器2.2.3.2 2.2.3.2 电流连续时的电流连续时的boostboost变换器变换器 基本特性分析基本特性分析2021/8/678当tD Tston时，电感电流iL增加至最大值ILmaxt0ton期间（开关管VT导通期间）的电流增量iL为 式（3-22）2.2.3.2 2.2.3.2 电流连续时的电流连续时的boostboost变换器变换器 基本特性分析基本特性分析目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2
106、Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/679当tton时开关管VT关断，若电感L、电容C足够大，电容电压近似不变，而电感电流iL线性减小当tTs时，电感电流iL减小至最小值ILminttonTs期间（开关管VT关断期间）的电流增量iL-为 式（3-23）目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本
107、特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2.2.3.2 2.2.3.2 电流连续时的电流连续时的boostboost变换器变换器 基本特性分析基本特性分析2021/8/680稳态时，iLiL-iL，因此，电感电流最大值ILmax、最小值ILmin分别为 （3-24） （3-25）2.2.3.2 2.2.3.2 电流连续时的电流连续时的boostboost变换器变换器 基本特性分析基本特性分析目目录学学习指指导2.
108、1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/681 4开关管VT的电流、电压的定量关系 流过开关管VT的平均电流IS为 ISIiIoD Io/(1D) 流过开关管VT的最大电流ISmax和变换器电感电流最大值ILmax相等，即ISmax ILmax 流过开
109、关管VT的最小电流ISmin和变换器电感电流最小值ILmin相等，即ISmin ILmin 开关管关断时所承受的正向电压等于变换器的输出电压 2.2.3.2 2.2.3.2 电流连续时的电流连续时的boostboost变换器变换器 基本特性分析基本特性分析目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流
110、及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/682 5二极管VD的电流、电压的定量关系 稳态时，由于输出电容的平均电流为零，因此，流过二极管VD的平均电流ID为IDIo 流过二极管VD的最大电流IDmax和变换器电感电流最大值ILmax相等，即IDmaxILmax 流过二极管VD的最小电流IDmin和变换器电感电流最小值ILmin相等，即IDminILmin 二极管VD截止时所承受的反向电压等于变换器的输出电压目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感
111、感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2.2.3.2 2.2.3.2 电流连续时的电流连续时的boostboost变换器变换器 基本特性分析基本特性分析2021/8/683 6稳态输出电压脉动量由于有限的输出电容和有限的开关频率，因此稳态条件下，boost变换器的输出电压uo存在脉动，如图3-8e所示输出电压脉动量Uo等于开关管VT导通期间电容C的电压变化量。根据电容容电压与与电容容电荷量之荷量之间的正
112、比关系的正比关系，输出电压脉动量Uo与电容电荷脉动量Q之间也成的正比，即UoQ/C。因此boost变换器的输出电压脉动量Uo可近似求取如下 式（3-26）其中 fs 为开关频率2.2.3.2 2.2.3.2 电流连续时的电流连续时的boostboost变换器变换器 基本特性分析基本特性分析目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.
113、2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6842.2.4 cuk2.2.4 cuk变换器换流及其特性分析变换器换流及其特性分析 -2.2.4.1 cuk-2.2.4.1 cuk变换器的换流状态变换器的换流状态cuk变换器的电路结构如图3-9a所示，根据其中的开关管和二极管不同通断组合时，可形成不同的换流状态，cuk变换器不同换流状态时的等值电路如图3-9所示如图3-9b所示开关状态1时的换流电路当开关管VT导通时二极管VD因承受反压UC1而关断，此时，输入电源通过电感L1储能，因此iL1增加，从而使电感L1中的磁能亦增加。同时电容C1
114、向电感L2和电容C2充电，并向负载供电，从而使电感L2中的磁能亦增加b)b)目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6852.2.4.1 cuk2.2.4.1 cuk变换器的换流状态变换器的换流状态如图3-9c所示开关状态2时的换
115、流电路当开关管VT关断时，由于电流连续即iL1iL20，因此二极管VD导通，且电源Ui和电感L1通过二极管VD同时向电容C1充电，电感L1中的磁能减少。与此同时，电感L2通过二极管VD向电容C2充电，并同时向负载供电，使电感L2中的磁能减少如图3-9d所示开关状态3时的换流电路与电流连续时的情况不同，当iL1iL2衰减到零以前，若开关管VT还未导通则开关管VT、二极管VD全都关断，并仅由电容向负载提供能量目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.
116、2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6862.2.4.1 cuk2.2.4.1 cuk变换器的换流状态变换器的换流状态电路换流状态的定义u当iL1iL20时，cuk变换器工作在电流连续状态u当一段时间中存在iL1iL20，则cuk变换器工作在电流断续状态u若只有一瞬时时刻存在iL1iL20，则cuk变换器工作在临界状态临界状态是电流连续状态的一种特例 注意：由于图3-9所示的cuk变换器有两个的缓冲电感元件L1、L
117、2，因此讨论cuk变换器的电流连续或断续工作状态是针对其中电感L1、L2的电流之和（iL1iL2）而言的。目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6872.2.4.1 cuk2.2.4.1 cuk变换器的换流状态变换器的换流状态开
118、关状态1、2对应的换流表示了cuk变换器电流流连续时的工作过程(即iL1iL20。当其中的开关管VT导通时，二极管VD能瞬时关断，而当其中的开关管VT关断时，二极管VD能瞬时导通 )开关状态1、2、3对应的换流表示了cuk变换器电流断流断续时的工作过程 目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及
119、其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6882.2.4.1 cuk2.2.4.1 cuk变换器的换流状态变换器的换流状态cuk变换器中电感感电流流连续时的相关波形如图3-9e所示目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器
120、2021/8/6892.2.4.1 cuk2.2.4.1 cuk变换器的换流状态变换器的换流状态cuk变换器中电感感电流断流断续时的相关波形如图3-9f所示目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6902.2.4.2 2.2.4.
121、2 电流连续时的电流连续时的cukcuk变换器基本特性变换器基本特性电流连续时的cuk变换器基本特性是指cuk变换器中缓冲元件电感感L1、L2的的电流之和流之和总大于零大于零（iL1iL20）时的变换器基本特性1稳态电压增益GVcuk变换器的稳态电压增益是指：稳态条件下，变换器输出平均电压Uo与输入平均电压Ui的比值，即GVUo/Ui。cuk变换器中有两个缓冲电感元件L1、L2对电感L1、L2分别利用伏秒平衡特性进行分析得出 （3-37） （3-38）目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器
122、中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6912.2.4.2 2.2.4.2 电流连续时的电流连续时的cukcuk变换器基本特性变换器基本特性 令PWM占空比D= ton/ Ts，则由式（3-37）、（3-38）可求出cuk变换器的电感电流连续时的稳态电压增益GV为 （3-39）当1/2D1时，即cuk变换器的稳态电压增益GV1，则cuk变换器具有升压特性当0D1/2时，
123、即cuk变换器的稳态电压增益GV1，则cuk变换器具有降压特性综上所述，cuk变换器是升降升降压变换器器，并且其输入、输出电压具有相反的极性目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6922.2.4.2 2.2.4.2 电流连续时的
124、电流连续时的cukcuk变换器基本特性变换器基本特性 2稳态电流增益GIcuk变换器的稳态电流增益是指：稳态条件下，变换器输出电流平均Io与输入平均电流Ii的比值，即GIIo/Ii。由于讨论的是无损的理想变换器，因此，变换器的输入输出功率平衡即Ii Ui=Io Uo，这样，由式（3-39）易求出cuk变换器电感电流连续时的的稳态电流增益GI为 （3-40）目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分
125、析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6932.2.4.2 2.2.4.2 电流连续时的电流连续时的cukcuk变换器基本特性变换器基本特性由上式可分析出cuk变换器具有增、减流特性，增、减流特性，即当1/2D1时，即cuk变换器的稳态电流增益GI1，则cuk变换器具有增流特性目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.
126、2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6942.2.4.2 2.2.4.2 电流连续时的电流连续时的cukcuk变换器基本特性变换器基本特性 2.稳态电感电流脉动量由于有限的有限的电感和有限的开关感和有限的开关频率率，稳态条件下cuk变换器电感L1、L2中的电流是脉动的，如图3-9e所示目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开
127、关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6952.2.4.2 2.2.4.2 电流连续时的电流连续时的cukcuk变换器基本特性变换器基本特性在ttonTs期间，开关管VT关断，二极管VD导通，此时若电感L1、L2和开关频率足够大，则cuk变换器电感L1、L2中的电流均线性减少，即电感L1、L2中的电流减少量分别为IL1、IL2目目录学学习指指导2.1DC-D
128、C变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6962.2.4.2 2.2.4.2 电流连续时的电流连续时的cukcuk变换器基本特性变换器基本特性稳态时，IL1IL1IL1、IL2IL2IL1 ，因此电感L1、L2电流最大值IL1max、IL2max最小值IL1mi
129、n、IL2min分别为（3-43）目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6972.2.4.2 2.2.4.2 电流连续时的电流连续时的cukcuk变换器基本特性变换器基本特性 4开关管VT的电流、电压的定量关系流过开关管VT的最
130、大电流 ISmax和变换器电感电流最大 值ILmax相等，即ISmaxILmax流过开关管VT的最小电流ISmin和变换器电感电流最 小值ILmin相等，即ISminILmin开关管关断时所承受的正向电压等于变换器的输出电压与输入电压之和目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2
131、.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6982.2.4.2 2.2.4.2 电流连续时的电流连续时的cukcuk变换器基本特性变换器基本特性 5二极管VD的电流、电压的定量关系 流过二极管VD的最大电流IDmax和变换器电感电流最大值ILmax相等，即IDmaxILmax 流过二极管VD的最小电流IDmax和变换器电感电流最小值ILmin相等，即IDmaxILmin 二极管VD截止时所承受的反向电压等于变换器的输出电压和输入电压之和目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容
132、、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6992.2.4.2 2.2.4.2 电流连续时的电流连续时的cukcuk变换器基本特性变换器基本特性 6稳态输出电压脉动量由于有限的输出电容和有限的开关频率，因此，稳态条件下，cuk变换器的输出电压uo存在脉动输出出电压脉脉动量量Uo等于开关管VT通、断时电容容C的的电压变化量化量 。根据电容容电压与与电容容电荷量之荷量之间的正的正比关系比
133、关系，输出电压脉动量Uo与电容电荷脉动量Q之间也成的正比，即 UoQ/C具体分析可参见buck变换器相关分析 目目录学学习指指导2.1DC-DC变换器的基本器的基本结构构 2.2 DC-DC变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.1开关开关变换器中器中电容、容、电感感的基本特性的基本特性 2.2.2Buck变换器器换流及其特性流及其特性分析分析 2.2.3Boost变换器器换流及其特流及其特性分析性分析 2.2.4Cuk变换器器换流及其特性流及其特性分析分析2.3复合型复合型DC-DC变换器器2021/8/6100本章小本章小结 DCDC变换器是电力电子开关变换器的基础，也是实际应用最广的变换器之一。本章从四种基本的DCDC变换器（boost buck buck-boost cuk）出发，详细阐述了DCDC变换器电路构造的基本思路及其工作原理，并且定量描述了基本DCDC变换器的相关特性，如：输入输出的稳态关系、电压和电流的动态脉动量、功率器件中的电流和电压等，尤其还讨论了电流断续条件下的变换器特性，从而为DCDC变换器的设计打下基础2021/8/6101本章小本章小结 在基本DCDC变换器的基础上，本章介绍了两象限和四象限DCDC变换器以及多重多相DCDC变换器，这一内容体现了基本DCDC变换器组合设计，是对基本DCDC变换器性能的改进和拓展2021/8/6102
