電力電子技術(shù)第六章 開(kāi)關(guān)模式的DC-DC斬波器

1、6.1 概述概述 6.2直流斬波器的控制直流斬波器的控制 6.3 降壓斬波器（降壓斬波器（BUCK斬波器）斬波器） 6.4 升壓斬波器（升壓斬波器（BOOST斬波器）斬波器） 6.5升升/降壓斬波器（降壓斬波器（Buck-Boost斬波器）斬波器） 6.6 Ck 直流斬波器直流斬波器 6.7 全橋直流斬波器全橋直流斬波器 首首 頁(yè)頁(yè)6.8 直流斬波器的比較直流斬波器的比較 小結(jié)小結(jié) 下 頁(yè)返回 6.1 直流直流輸出輸出直流直流輸出輸出（可控）（可控）直流輸出直流輸出uctr二極管二極管整流器整流器電容電容濾波濾波器器直流斬直流斬波器波器電電 池池負(fù)負(fù) 載載單相或三單相或三相交流電相交流電$開(kāi)關(guān)

2、模式的直流斬波器廣泛用于直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)模式的直流斬波器廣泛用于直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和直流供電系統(tǒng)之中。和直流供電系統(tǒng)之中。$斬波器的輸入電壓通常是未經(jīng)調(diào)節(jié)的直流電壓。斬波器的輸入電壓通常是未經(jīng)調(diào)節(jié)的直流電壓。 J降降壓斬波器壓斬波器Buck斬波電路斬波電路J升壓斬波器升壓斬波器Boost斬波電路斬波電路J降壓降壓/升壓斬波器升壓斬波器Buck-Boost斬波電路斬波電路JCk斬波器斬波器J全橋斬波器全橋斬波器下 頁(yè)上 頁(yè)返 回下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 6.2 直直流流斬?cái)豒dR+-+-U0開(kāi)關(guān)模式的開(kāi)關(guān)模式的DC-DC斬?cái)夭ㄆ魇抢靡粋€(gè)或多個(gè)波器是利用一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)將某個(gè)直流電壓等開(kāi)關(guān)將某個(gè)直流電壓等

3、級(jí)轉(zhuǎn)換成另一個(gè)電壓等級(jí)轉(zhuǎn)換成另一個(gè)電壓等級(jí)。級(jí)。直流輸入電壓是給定的，通過(guò)開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)直流輸入電壓是給定的，通過(guò)開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷持續(xù)時(shí)間（斷持續(xù)時(shí)間（ton和和toff）的控制實(shí)現(xiàn)輸出電壓平均值。）的控制實(shí)現(xiàn)輸出電壓平均值。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 u00ttonU0UdtoffTs 輸出電壓輸出電壓u0的平均值的平均值U0取決于取決于ton和和toff?？刂?。控制輸出電壓的方法之一是輸出電壓的方法之一是保持開(kāi)關(guān)頻率為一個(gè)恒保持開(kāi)關(guān)頻率為一個(gè)恒定值，定值， l脈寬調(diào)脈寬調(diào)制技術(shù)制技術(shù) 開(kāi)關(guān)周期保持不變，然后再調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)周期保持不變，然后再調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通的持續(xù)時(shí)間，以此控制開(kāi)關(guān)導(dǎo)通的持續(xù)時(shí)間，

4、以此控制輸出電壓的平均值。輸出電壓的平均值。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 l占空比占空比 開(kāi)關(guān)在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中的導(dǎo)通開(kāi)關(guān)在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中的導(dǎo)通時(shí)間與整個(gè)開(kāi)關(guān)周期之比。時(shí)間與整個(gè)開(kāi)關(guān)周期之比。 放大器放大器比較器比較器U0 整定值整定值U0 實(shí)際值實(shí)際值重復(fù)波形輸入重復(fù)波形輸入開(kāi)關(guān)控開(kāi)關(guān)控制信號(hào)制信號(hào)uctr&在恒頻開(kāi)關(guān)模式下，開(kāi)關(guān)控制信號(hào)將電壓控制信號(hào)在恒頻開(kāi)關(guān)模式下，開(kāi)關(guān)控制信號(hào)將電壓控制信號(hào)uctr與一個(gè)重復(fù)波形進(jìn)行比較，然后將比較后的信號(hào)經(jīng)與一個(gè)重復(fù)波形進(jìn)行比較，然后將比較后的信號(hào)經(jīng)放大后作為開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，控制開(kāi)關(guān)的通斷。放大后作為開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，控制開(kāi)關(guān)的通斷。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 Us

5、t.m開(kāi)關(guān)控開(kāi)關(guān)控制信號(hào)制信號(hào)通通tonTs斷斷通通斷斷ustUctr ustuctrUctr0。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，并假定閉合的持時(shí)，并假定閉合的持續(xù)時(shí)間為續(xù)時(shí)間為ton，則電感，則電感電流通過(guò)開(kāi)關(guān)，并對(duì)電流通過(guò)開(kāi)關(guān)，并對(duì)二極管形成反偏。二極管形成反偏。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 R+Ud-+-U0+ uL -LiL CF電感上的電壓電感上的電壓uL=Ud -U0為正，這個(gè)電壓使為正，這個(gè)電壓使電感電流電感電流iL線性增加。線性增加。+Ud-+ uL -LiL CR+-U0E當(dāng)開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，當(dāng)開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，電感電流電感電流iL繼續(xù)保持流動(dòng)，繼續(xù)保持流動(dòng)，這個(gè)電流此時(shí)是經(jīng)過(guò)二極管這

6、個(gè)電流此時(shí)是經(jīng)過(guò)二極管形成通路，如圖所示，此時(shí)形成通路，如圖所示，此時(shí)的電感電壓的電感電壓uL=U0。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行波形每個(gè)周穩(wěn)態(tài)運(yùn)行波形每個(gè)周期的波形重復(fù)，電感期的波形重復(fù)，電感電壓電壓uL(t)在一個(gè)周期在一個(gè)周期內(nèi)的積分為零。考慮內(nèi)的積分為零。考慮到到Ts=ton+toff，該積分，該積分可表示為：可表示為： sonsonTtTtLLLdttudttudttu000)()()(ABt0Ud-U00tiLuLTsiL= I0tontoff-U0下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 )()(00onsondtTUtUU或或DTtUUsond0ABt0Ud-U00tiLuLTsiL= I0ton

7、toff-U0 在電流連續(xù)模式下，在電流連續(xù)模式下，只要輸入電壓只要輸入電壓Ud保持不保持不變，輸出電壓變，輸出電壓U0與占空與占空比比D的關(guān)系即為線性關(guān)系，且與其它電路參數(shù)沒(méi)有關(guān)的關(guān)系即為線性關(guān)系，且與其它電路參數(shù)沒(méi)有關(guān)系。系。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 u0itonU0UdtofftssfT1Ufsua的頻譜的頻譜fU0U2fsU3fsfs2fs3fs上式可由上式可由uoi的平均值的平均值推得。假設(shè)電感電壓推得。假設(shè)電感電壓的平均值為零，在穩(wěn)的平均值為零，在穩(wěn)定運(yùn)行條件下的電感定運(yùn)行條件下的電感電壓平均值為：電壓平均值為： DTtUUsond000UTttUsoffond下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 00

8、UTttUsoffond經(jīng)移項(xiàng)后可得，經(jīng)移項(xiàng)后可得，U0 /Ud =ton /Ts=D若所有的電路器件都不存在損耗，則若所有的電路器件都不存在損耗，則Pd=P0因此因此Ud Id=U0 I0，整理后得：，整理后得： DUUIIdd100 電流連續(xù)模式下的降壓斬波器相當(dāng)于一個(gè)直流變電流連續(xù)模式下的降壓斬波器相當(dāng)于一個(gè)直流變壓器，匝數(shù)比可通過(guò)開(kāi)關(guān)占空比的控制調(diào)節(jié)。壓器，匝數(shù)比可通過(guò)開(kāi)關(guān)占空比的控制調(diào)節(jié)。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 6.3.2 開(kāi)關(guān)的連續(xù)與斷續(xù)導(dǎo)通邊界開(kāi)關(guān)的連續(xù)與斷續(xù)導(dǎo)通邊界Ud U0uLtiL.miL.iLB i0BtofftonssfT1F當(dāng)電感電流當(dāng)電感電流iL(t)下下降到零時(shí)，正好

9、對(duì)降到零時(shí)，正好對(duì)應(yīng)關(guān)斷周期的結(jié)束。應(yīng)關(guān)斷周期的結(jié)束。則有：則有： BdsdonmLLBIUULDTUULtiI000.)(2)(221下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 l斷續(xù)斷續(xù) 當(dāng)當(dāng)Ts、Ud、U0、L和和D的值給定的值給定時(shí)，如果輸出電流，或平均電時(shí)，如果輸出電流，或平均電感電流小于下式的感電流小于下式的ILB時(shí)，則時(shí)，則iL(t)將變得不連續(xù)。將變得不連續(xù)。BdsdonmLLBIUULDTUULtiI000.)(2)(221下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 Ud保持不變時(shí)的斷續(xù)導(dǎo)通模式保持不變時(shí)的斷續(xù)導(dǎo)通模式6.3.3 電流斷續(xù)導(dǎo)通模式電流斷續(xù)導(dǎo)通模式 因因U0 =DUd，在式，在式表示的臨界連續(xù)

10、導(dǎo)通模式下，平均電感電流為：表示的臨界連續(xù)導(dǎo)通模式下，平均電感電流為： BdsdonmLLBIUULDTUULtiI000.)(2)(221)1 (2DDLUTIdsLB下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 D00.51.0iLB=ioBUd為常數(shù)為常數(shù)LUTIdsB.maxL8由上式由上式 看出，在連續(xù)導(dǎo)通看出，在連續(xù)導(dǎo)通模式下，當(dāng)模式下，當(dāng)D=0.5處時(shí)，輸處時(shí)，輸出電流達(dá)到它的最大值：出電流達(dá)到它的最大值：)1 (2DDLUTIdsLBLUTIdsLB8max.由上兩式導(dǎo)出：由上兩式導(dǎo)出：)1 (4max.DDIILBLB下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 Ud U0uLtiL.miL.iLB i0Btofftonssf

11、T1F假定斬波器在給定的假定斬波器在給定的Ts、Ud、L和和D一組參數(shù)下處一組參數(shù)下處于圖中所示連續(xù)導(dǎo)通模式于圖中所示連續(xù)導(dǎo)通模式的臨界狀態(tài)，且所有這些的臨界狀態(tài)，且所有這些參數(shù)均保持不變，則當(dāng)輸參數(shù)均保持不變，則當(dāng)輸出負(fù)載減小時(shí)平均電感電出負(fù)載減小時(shí)平均電感電流將下降。流將下降。F此時(shí)此時(shí)U0將增加，同時(shí)出將增加，同時(shí)出現(xiàn)電感電流的斷續(xù)?，F(xiàn)電感電流的斷續(xù)。uLD DTsU0tiLiLmiLB= ioBD D1 1TsD D2 2TsTs下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 F在在D D2Ts的時(shí)間段內(nèi)，的時(shí)間段內(nèi)，電感電流、電感電壓均電感電流、電感電壓均為零，負(fù)載電阻所需的為零，負(fù)載電阻所需的功率由濾波電容提

12、供。功率由濾波電容提供。此時(shí)有：此時(shí)有： 0)()(100DssdTUDTUU經(jīng)整理后得：經(jīng)整理后得：10DDDUUdD+D D11.0 uLD DTsU0tiLiLmiLB= ioBD D1 1TsD D2 2TsTs下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 uLD DTsU0tiLiLmiLB= ioBD D1 1TsD D2 2TsTs由圖可知：由圖可知： smLTLUi10.D所以所以21.0DDiImL由上兩式可得到：由上兩式可得到：1100)(2DDDLTUIs下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 考慮到式考慮到式 的關(guān)系有：的關(guān)系有：10DDDUUd102DDLTUIsd將式將式 帶入上式后得：帶入上式后得： LUTI

13、dsLB8max.1max.04DDIILB最后可得：最后可得：DIILB max.014D下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 根據(jù)式根據(jù)式 和和 導(dǎo)出：導(dǎo)出：10DDDUUdDIILB max.014D)/(41max.0220LBdIIDDUU下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 1.00.750.500.25000.51.01.52.0D=1.00.30.1dUU0LUTIdsLB.max8LB.maxII0斷續(xù)運(yùn)行區(qū)斷續(xù)運(yùn)行區(qū)Ud為常數(shù)為常數(shù)G Ud保持恒定時(shí)，降壓斬波器在兩種模式下的運(yùn)保持恒定時(shí)，降壓斬波器在兩種模式下的運(yùn)行特性。行特性。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 Ud保持為常數(shù)時(shí)的斷續(xù)導(dǎo)通

14、模式保持為常數(shù)時(shí)的斷續(xù)導(dǎo)通模式 因因Ud =U0 /D，在連續(xù)導(dǎo)通模式的邊界處，平均電感，在連續(xù)導(dǎo)通模式的邊界處，平均電感電流可由式電流可由式BdsdonmLLBIUULDTUULtiI000.)(2)(221推得：推得：)1 (20DLUTIsLB保持保持U0為常數(shù)，在為常數(shù)，在D=0時(shí)時(shí)ILB為：為： LUTIsLB20max.下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 由式由式 和和)1 (20DLUTIsLBLUTIsLB20max.max.)1 (LBLBIDI推得：推得：當(dāng)斬波器的輸出電壓當(dāng)斬波器的輸出電壓U0保持不變時(shí)，由上式和保持不變時(shí)，由上式和10DDDUUd1100)(2DDDLTUIs及及得：得

15、： 2/10max.00/1/dLBdUUIIUUD下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 為常數(shù)為常數(shù)D1.00.750.500.25000.51.00.750.251.25FU0為常數(shù)、為常數(shù)、Ud /U0取不同值取不同值時(shí)，占空比時(shí)，占空比D隨隨I0 /ILB.max變化的變化的曲線。曲線。 連續(xù)運(yùn)行模式和斷續(xù)運(yùn)行模式的邊界則由式連續(xù)運(yùn)行模式和斷續(xù)運(yùn)行模式的邊界則由式ILB= (1-D)ILB.max確定。確定。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 6.3.4 輸出電壓的紋波輸出電壓的紋波 tttuL-U0000Ud u0D DQD DI1/2IL=I0Ts/2D DU0U0iLu0F設(shè)設(shè)iL中的所有紋波中的所有紋波分量都流

16、經(jīng)電容，分量都流經(jīng)電容，平均電流分量流經(jīng)平均電流分量流經(jīng)負(fù)載電阻。紋波電負(fù)載電阻。紋波電壓的峰壓的峰-峰值峰值DU0為：為：222110sLTICCQUDDD下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 +Ud-+ uL -LiL CR+-U0sLTDLUI)1 (0DF借助圖中在關(guān)斷借助圖中在關(guān)斷時(shí)間段時(shí)間段toff內(nèi)的關(guān)系內(nèi)的關(guān)系表示表示DIL的值：的值：222110sLTICCQUDDD由上式和由上式和 得：得：ssTDLUCTU)1 (800D下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 進(jìn)一步推得：進(jìn)一步推得： 22200)1 (2)1 (81DscsffDLCDTUU式中式中, fs=1/TsLCfc21 通過(guò)合適地選擇輸出端低通濾

17、波器的轉(zhuǎn)折頻率通過(guò)合適地選擇輸出端低通濾波器的轉(zhuǎn)折頻率fc就就可減小輸出電壓紋波，此處只要滿足可減小輸出電壓紋波，此處只要滿足fc0。電感電壓在一個(gè)開(kāi)關(guān)電感電壓在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)對(duì)時(shí)間的積分周期內(nèi)對(duì)時(shí)間的積分應(yīng)為零應(yīng)為零: 0)(0offdondtUUtU下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 假設(shè)電路不存在損耗，即假設(shè)電路不存在損耗，即Pd=P0，或，或Ud Id=U0 I0，由此可得：由此可得： )1 (0DIIdDtTUUoffsd110對(duì)式對(duì)式 等號(hào)兩端同除以等號(hào)兩端同除以Ts ，并經(jīng)重新整理后得：并經(jīng)重新整理后得：0)(0offdondtUUtU下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 6.4.2 連續(xù)和斷續(xù)導(dǎo)通模式的邊界連續(xù)

18、和斷續(xù)導(dǎo)通模式的邊界 0toniLttoffuLTsIL=ILBiL.m臨界狀態(tài)下的關(guān)臨界狀態(tài)下的關(guān)斷時(shí)間終點(diǎn)時(shí)刻，電斷時(shí)間終點(diǎn)時(shí)刻，電流流iL降為零。臨界狀降為零。臨界狀態(tài)的電感電流平均值態(tài)的電感電流平均值為：為： ondmLLBtLUiI2121.下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 DTTUUoffsd110因：因：所以所以 可表示為：可表示為：ondmLLBtLUiI2121.)1 (20DDLUTIsLB升壓斬波器的電路中升壓斬波器的電路中id=iL，根據(jù)上兩式，臨界導(dǎo)通，根據(jù)上兩式，臨界導(dǎo)通模式下的平均輸出電流為：模式下的平均輸出電流為：20)1 (2DDLUTIsoB下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 U0為常數(shù)

19、為常數(shù)D0IoBLUTIsLB.max801/31.00.750.500.25ILBLUTIsoB.max0074. 0當(dāng)當(dāng)D=0.5時(shí)，時(shí)，ILB達(dá)到最大值達(dá)到最大值ILB.max： LUTIsLB80max.應(yīng)用中，升壓斬波應(yīng)用中，升壓斬波器的輸出電壓器的輸出電壓U0保持保持不變，占空比不變，占空比D不斷不斷變化，輸入電壓不斷變化，輸入電壓不斷改變。改變。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 當(dāng)當(dāng)D=1/3=0.333時(shí)時(shí), IoB的最大值為：的最大值為： U0為常數(shù)為常數(shù)D0IoBLUTIsLB.max801/31.00.750.500.25ILBLUTIsoB.max0074. 0LUTLUTIssoB

20、00max.074. 0272IoB的最大值為：的最大值為： max.)1 (4LBLBIDDIILB的最大值為：的最大值為： max.2)1 (427oBoBIDDI下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 6.4.3 升壓斬波器的斷續(xù)導(dǎo)通模式升壓斬波器的斷續(xù)導(dǎo)通模式 0toniLttoffuLTsUd-U0UdFUd和和D保持不變時(shí)連保持不變時(shí)連續(xù)導(dǎo)通邊界處的波形續(xù)導(dǎo)通邊界處的波形 0iLtuLDTsUd-U0UdD D1TsD D2TsTsEUd和和D保持不變時(shí)斷保持不變時(shí)斷續(xù)導(dǎo)通邊界處的波形續(xù)導(dǎo)通邊界處的波形 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 0iLtuLDTsUd-U0UdD D1TsD D2TsTs令電感電壓在一個(gè)開(kāi)

21、關(guān)周期的積分值為零：令電感電壓在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的積分值為零： 0)(10DsdsdTUUDTU移項(xiàng)整理后可得：移項(xiàng)整理后可得： 110DDDUUd因因Pd =P0，所以：，所以： DIIdDD110下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 0iLtuLDTsUd-U0UdD D1TsD D2TsTs斬波器的平均輸入電斬波器的平均輸入電流等于電感電流，其流等于電感電流，其表達(dá)式為：表達(dá)式為： )(21DDDTLUIsdd將上式代入到式將上式代入到式 中得：中得： DIIdDD110102DDLUTIds下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 LUTLUTIssoB00max.074. 0272110DDDUUd102DDLUTIds根據(jù)根

22、據(jù)得：得：2/1max.0001274oBddIIUUUUD下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 U0為常數(shù)為常數(shù)D0LUTIsLB.max801/31.00.750.500.25LUTIsoB.max0074. 01.2500.750.500.251.025. 00UUd5 . 00UUd8 . 00UUd電流斷電流斷續(xù)工作續(xù)工作區(qū)區(qū)在電流斷續(xù)模式下，在電流斷續(xù)模式下，如果在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期如果在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期都不對(duì)都不對(duì)U0進(jìn)行控制，進(jìn)行控制，那么電感中的能量為那么電感中的能量為 ： )(22122.sWLDTULisdmL下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 例例 在某一升壓斬波器中，欲采用占空比來(lái)調(diào)在某一升壓斬波器中，欲采用占

23、空比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓節(jié)輸出電壓U0，并使之維持在，并使之維持在48V。設(shè)斬波器輸入。設(shè)斬波器輸入電壓的波動(dòng)較大，波動(dòng)范圍為電壓的波動(dòng)較大，波動(dòng)范圍為1236V，負(fù)載所需，負(fù)載所需的最大輸出功率為的最大輸出功率為120W。為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，要。為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，要求斬波器總是以電流斷續(xù)的方式運(yùn)行。已知開(kāi)關(guān)頻求斬波器總是以電流斷續(xù)的方式運(yùn)行。已知開(kāi)關(guān)頻率為率為50kHz，同時(shí)假設(shè)所有電路器件均為理想器件，同時(shí)假設(shè)所有電路器件均為理想器件，電容電容C可認(rèn)為足夠大。試根據(jù)以上條件計(jì)算電感可認(rèn)為足夠大。試根據(jù)以上條件計(jì)算電感L的的值最大能達(dá)到多少？值最大能達(dá)到多少？ 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 解解 由給定條

24、件知：由給定條件知：U0=48V，Ts=20ms，I0.max=120W/48V=2.5A。根據(jù)題意，所求的最大電感。根據(jù)題意，所求的最大電感值就是要保證電流為斷續(xù)工作模式，為此，可先假值就是要保證電流為斷續(xù)工作模式，為此，可先假設(shè)電感電流處于連續(xù)導(dǎo)通的臨界狀態(tài)。設(shè)電感電流處于連續(xù)導(dǎo)通的臨界狀態(tài)。 U0為常數(shù)為常數(shù)D0IoBLUTIsLB.max801/31.00.750.500.25ILBLUTIsoB.max0074. 0由于斬波器輸入電壓由于斬波器輸入電壓Ud的波動(dòng)范圍為的波動(dòng)范圍為1236V，在臨界連續(xù)導(dǎo)通模式下，在臨界連續(xù)導(dǎo)通模式下，要求占空比要求占空比D在在0.750.25之間變化

25、。之間變化。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 U0為常數(shù)為常數(shù)D0IoBLUTIsLB.max801/31.00.750.500.25ILBLUTIsoB.max0074. 0在在0.750.25之間變化范之間變化范圍內(nèi)，將圍內(nèi)，將IoB的最小值的最小值D=0.75代入下式：代入下式： 20)1 (2DDLUTIsoB令所得值為輸出電流的最大臨界值令所得值為輸出電流的最大臨界值IoB.max=2.5A，因此，因此，所求電感值為：所求電感值為： HL9)75. 01 (75. 05 . 2248102026下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 6.4.4 器件的寄生效應(yīng)器件的寄生效應(yīng) 1.00dUU0D特特征征理理想想的的D1

26、1寄生效應(yīng)特征寄生效應(yīng)特征 升壓斬波器中，器件的升壓斬波器中，器件的寄生效應(yīng)與電路中電感、寄生效應(yīng)與電路中電感、電容、開(kāi)關(guān)以及二極管電容、開(kāi)關(guān)以及二極管的損耗有關(guān)。的損耗有關(guān)。變化時(shí)，因當(dāng)占空比的值較高時(shí)，開(kāi)關(guān)利用率偏低，變化時(shí)，因當(dāng)占空比的值較高時(shí)，開(kāi)關(guān)利用率偏低，使得實(shí)際的使得實(shí)際的U0 /Ud逐漸下降。逐漸下降。當(dāng)占空比逐漸向當(dāng)占空比逐漸向“1”下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 6.4.5 輸出電壓的紋波輸出電壓的紋波 tt(1-D)Tstoff00iDtonU0D DU0DTsD DQD DQID=I0設(shè)二極管電流設(shè)二極管電流iD的所有的所有紋波分量都從電容流過(guò)，紋波分量都從電容流過(guò)，平均電流從負(fù)載

27、電阻通平均電流從負(fù)載電阻通過(guò)，假設(shè)輸出電流保持過(guò)，假設(shè)輸出電流保持恒定，則電壓紋波的峰恒定，則電壓紋波的峰-峰值為：峰值為：CDTRUCDTICQUssDD000下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 令時(shí)間常數(shù)令時(shí)間常數(shù)t t =RC，并將電壓波動(dòng)用輸出電壓為基，并將電壓波動(dòng)用輸出電壓為基數(shù)的標(biāo)幺值來(lái)表示，則數(shù)的標(biāo)幺值來(lái)表示，則CDTRUCDTICQUssDD000可寫(xiě)為：可寫(xiě)為：tssTDRCDTUUD00tt(1-D)Tstoff00iDtonU0D DU0DTsD DQD DQID=I0下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 4Buck-Boost斬波器主要用于直流電源的調(diào)節(jié)，這斬波器主要用于直流電源的調(diào)節(jié)，這種斬波器具有負(fù)

28、極性輸出端，其輸出電壓的幅值可種斬波器具有負(fù)極性輸出端，其輸出電壓的幅值可以比輸入電壓高，也可以比輸入電壓低。以比輸入電壓高，也可以比輸入電壓低。4Buck-Boost斬波器可以由兩個(gè)基本的降壓和升壓斬波器可以由兩個(gè)基本的降壓和升壓斬波電路級(jí)聯(lián)而成，若兩個(gè)斬波器的占空比相同，斬波電路級(jí)聯(lián)而成，若兩個(gè)斬波器的占空比相同，則總的輸出電壓與輸入電壓之比即為這兩個(gè)基本斬則總的輸出電壓與輸入電壓之比即為這兩個(gè)基本斬波器輸出與輸入電壓之比的乘積。波器輸出與輸入電壓之比的乘積。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 -U0+Ud-LidiLCRi0+uL-由式由式DTTUUoffsd110和和DTtUUsond0可知，級(jí)聯(lián)后

29、的輸出電壓與輸入電壓之比為：可知，級(jí)聯(lián)后的輸出電壓與輸入電壓之比為：DDUUd110 隨著占空比隨著占空比D的變化，輸出電壓可以高于輸入電壓，的變化，輸出電壓可以高于輸入電壓，也可以低于輸入電壓。也可以低于輸入電壓。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 -U0+Ud-LidiLCRi0+uL-a當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電感當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電感從電源得到能量，此時(shí)從電源得到能量，此時(shí)二極管由于反偏而處于二極管由于反偏而處于截止?fàn)顟B(tài)；截止?fàn)顟B(tài)；在電感中的能量轉(zhuǎn)移到輸出負(fù)載之中，而電源此時(shí)并在電感中的能量轉(zhuǎn)移到輸出負(fù)載之中，而電源此時(shí)并不提供任何能量給負(fù)載。穩(wěn)態(tài)分析時(shí)，一般均假設(shè)輸不提供任何能量給負(fù)載。穩(wěn)態(tài)分析時(shí)，一般均假設(shè)輸

30、出電容足夠大，能使輸出電壓出電容足夠大，能使輸出電壓u0(t)維持在它的穩(wěn)定值維持在它的穩(wěn)定值U0附近，即可近似認(rèn)為附近，即可近似認(rèn)為u0(t) U0。a當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，儲(chǔ)存當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，儲(chǔ)存下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 6.5.1 連續(xù)導(dǎo)通模式連續(xù)導(dǎo)通模式 UdDTs=ton00iLuL(1-D)Ts=toff-U0IL=Id+I0tt+Ud-+ uL -RLiLC-U0+Ud-+ uL -RLiLC-U0+電感電流在電感電流在連續(xù)導(dǎo)通模式連續(xù)導(dǎo)通模式下的關(guān)波形下的關(guān)波形 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行條件下，電感電壓在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的積分穩(wěn)態(tài)運(yùn)行條件下，電感電壓在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的積分為零，因此有：為零，因此

31、有：0)1 ()(0ssdTDUDTU經(jīng)移項(xiàng)整理后得：經(jīng)移項(xiàng)整理后得：DDUUd10假定輸入功率假定輸入功率Pd等于輸出功率等于輸出功率P0，還可推導(dǎo)出：，還可推導(dǎo)出： DDIId10下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 6.5.2 Buck-Boost斬波器的連續(xù)和斬波器的連續(xù)和斷續(xù)導(dǎo)通邊界斷續(xù)導(dǎo)通邊界 IB=ILBuLiLtDTs(1-D)Ts-U00iL.m開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)間結(jié)束時(shí)，開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)間結(jié)束時(shí)，電感電流電感電流iL(t)為零。為零。平均電流為：平均電流為：DLUTiIdsmLLB221.穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電容電流的平均值為零穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電容電流的平均值為零:dLIII0-U0+Ud-LidiLCRi0+uL-

32、下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 平均電感電流為：平均電感電流為： )1 (20DLUTIsLB平均輸出電流為：平均輸出電流為： 20)1 (2DLUTIsoBD=0時(shí)時(shí)ILB的極大值為：的極大值為： LUTIsLB20max.D=0時(shí)時(shí)IoB的極大值為：的極大值為： LUTIsoB20max.下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 )1 (20DLUTIsLB20)1 (2DLUTIsoBLUTIsLB20max.LUTIsoB20max.可得：可得：根據(jù)根據(jù))1 (max.DIILBLB2max.)1 (DIIoBoB下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 U0為常數(shù)為常數(shù)1.00.750.500.25000.51.00.750.25DILB

33、 /ILB.maxIoB /Iob.maxLUTIIsOB.maxLB.max20輸出電壓輸出電壓U0保持恒保持恒定不變時(shí)，定不變時(shí)，ILB和和IoB隨隨D變化的曲線。變化的曲線。IB=ILBuLiLtDTs(1-D)Ts-U00iL.m下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 6.5.3 斷續(xù)導(dǎo)通模式斷續(xù)導(dǎo)通模式uLiLUd0tDTsD D2Ts-UdD D1Ts令電感電壓在一個(gè)開(kāi)關(guān)令電感電壓在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的積分值為零：周期的積分值為零： 0)(10DssdTUDTU經(jīng)整理后得：經(jīng)整理后得：10DDUUd根據(jù)輸入功率等于輸入功率的概念：根據(jù)輸入功率等于輸入功率的概念： DIId10D下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 uLiLU

34、d0tDTsD D2Ts-UdD D1Ts根據(jù)右圖可推出：根據(jù)右圖可推出： )(21DDDTLUIsdL因因U0為常數(shù)，根據(jù)前面為常數(shù)，根據(jù)前面各關(guān)系式，可得：各關(guān)系式，可得：max.00oBdIIUUD 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 1.00.750.500.25000.51.00.750.251.25U0為常數(shù)為常數(shù)LUTIs0B.max200.33UUd01.0UUd00 .04UUdoB.maxII0電流斷續(xù)工作區(qū)電流斷續(xù)工作區(qū)F在不同在不同U0 /Ud下下占空比占空比D隨電流比隨電流比I0 /IoB.max變化的曲變化的曲線。線。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 例例 已知某一已知某一Buck-Boost

35、斬波器的開(kāi)關(guān)頻率為斬波器的開(kāi)關(guān)頻率為20kHz，L=0.05mH，輸出電容足夠大，輸入電壓輸出電容足夠大，輸入電壓Ud =15V?，F(xiàn)欲將輸出電壓維持在。現(xiàn)欲將輸出電壓維持在10V，并給負(fù)載提供，并給負(fù)載提供10W的功率。試計(jì)算此時(shí)的占空比的功率。試計(jì)算此時(shí)的占空比D=? 根據(jù)已知條件可知，輸出電流根據(jù)已知條件可知，輸出電流I0=10/10=1A。由于導(dǎo)通模式還無(wú)法確定，可以先假定電流處于臨由于導(dǎo)通模式還無(wú)法確定，可以先假定電流處于臨DDUUd10界連續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)，因此，應(yīng)用式界連續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)，因此，應(yīng)用式可得：可得：151010dUUDD解解解得解得: D=0.4 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 將將D=0.

36、4代入式代入式 可得可得:LUTIsoB20max.ALUTIsoB505. 021005. 020max.將將D=0.4和和IoB.max=5A 代入式代入式IoB=IoB.max(1-D)2得：得： ADIIoBoB8 . 1)4 . 01 (5)1 (22max.因?qū)嶋H輸出電流因?qū)嶋H輸出電流I0=1A，它小于，它小于IoB=1.8A，實(shí)際運(yùn)行電，實(shí)際運(yùn)行電流為斷續(xù)，以上臨界初始估算值不符合實(shí)際情況。流為斷續(xù)，以上臨界初始估算值不符合實(shí)際情況。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 max.00oBdIIUUD 在電流斷續(xù)模式下，應(yīng)用式在電流斷續(xù)模式下，應(yīng)用式 得實(shí)際所求的占空比為：得實(shí)際所求的占空比為：3

37、 . 00 . 50 . 11510max.00oBdIIUUD下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 6.5.4 斷續(xù)導(dǎo)通模式斷續(xù)導(dǎo)通模式0dUU0D特特征征理理想想的的D11寄生效應(yīng)特征寄生效應(yīng)特征器件的寄生特性對(duì)器件的寄生特性對(duì)斬波器的電壓轉(zhuǎn)換比斬波器的電壓轉(zhuǎn)換比和反饋調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性和反饋調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性有很大影響。有很大影響。生器件模型加到仿真程序中，以對(duì)斬波器有一個(gè)較生器件模型加到仿真程序中，以對(duì)斬波器有一個(gè)較為真實(shí)的穩(wěn)態(tài)特性分析。為真實(shí)的穩(wěn)態(tài)特性分析。在對(duì)斬波器進(jìn)行設(shè)在對(duì)斬波器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可將這樣的寄計(jì)時(shí)，可將這樣的寄下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 6.5.5 輸出電壓的紋波輸出電壓的紋波 u0tt(1-D)Ts00i

38、DU0D DU0DTsD DQD DQID=I0假設(shè)輸出電流保持恒定，則紋波電壓的峰假設(shè)輸出電流保持恒定，則紋波電壓的峰-峰值為：峰值為：CDTRUCDTICQUssDD000經(jīng)移項(xiàng)和整理后得：經(jīng)移項(xiàng)和整理后得：tssTDRCDTUUD00式中式中t t =RC為時(shí)間常數(shù)為時(shí)間常數(shù) 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 +Ud- uL2 +RL2iL2C2-U0+TiL1C1D+ uL1 -L1穩(wěn)定運(yùn)行條件下，由于電感電壓穩(wěn)定運(yùn)行條件下，由于電感電壓UL1和和UL2在一個(gè)在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的積分值為零，因此有：開(kāi)關(guān)周期的積分值為零，因此有：UC1=Ud +U0 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 斷斷斷斷通通通通Ud0tttt00

39、0iL2uL2iL1uL1(1-D)Ts - toffDTs =tonIL1IL2Ud-UC1=-U0UC1 -U0-U0UC1的幅值比的幅值比Ud和和U0都要高。都要高。設(shè)設(shè)C1足夠大，足夠大，以至在穩(wěn)態(tài)運(yùn)以至在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下可忽略電行下可忽略電容電壓的波動(dòng)，容電壓的波動(dòng)，即認(rèn)為即認(rèn)為電容電壓的瞬時(shí)值電容電壓的瞬時(shí)值uC1(t)近似等于它的平均值近似等于它的平均值UC1。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 Ud+ uCL -RDiL1C-U0+L2L1iL2+ uL1 - uL2 +當(dāng)開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)位當(dāng)開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)位置時(shí)，電感電流置時(shí)，電感電流iL1和和iL2均經(jīng)過(guò)二極管均經(jīng)過(guò)二極管形成各自的閉合回形成各自的閉合

40、回路，此時(shí)電源和電路，此時(shí)電源和電感感L1經(jīng)由二極管形成的閉合回路向電容經(jīng)由二極管形成的閉合回路向電容C1充電。因充電。因UC1高于輸入電壓高于輸入電壓Ud，所以電流，所以電流iL1會(huì)逐漸減小。與此會(huì)逐漸減小。與此同時(shí)，儲(chǔ)存在電感同時(shí)，儲(chǔ)存在電感L2中的能量則會(huì)轉(zhuǎn)移到負(fù)載上，中的能量則會(huì)轉(zhuǎn)移到負(fù)載上，電感電流電感電流iL2也將逐漸衰減。也將逐漸衰減。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 Ud-uCL +RDiL1C-U0+L2L1iL2+ uL1 - uL2 +當(dāng)開(kāi)關(guān)處于閉合位當(dāng)開(kāi)關(guān)處于閉合位置時(shí)，置時(shí)，UC1使二極使二極管反偏而使其關(guān)斷，管反偏而使其關(guān)斷，此時(shí)的電感電流此時(shí)的電感電流iL1和和iL2都會(huì)流經(jīng)都

41、會(huì)流經(jīng)開(kāi)關(guān)而形成各自的閉合回路。因開(kāi)關(guān)而形成各自的閉合回路。因UC1U0，C1可通過(guò)可通過(guò)開(kāi)關(guān)放電，將自身所儲(chǔ)存的能量輸出給負(fù)載和開(kāi)關(guān)放電，將自身所儲(chǔ)存的能量輸出給負(fù)載和L2中。這樣，中。這樣，iL2得到增加，此時(shí)電源也給電感得到增加，此時(shí)電源也給電感L1補(bǔ)償補(bǔ)償能量，使能量，使iL1增加。增加。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 假設(shè)電容電壓假設(shè)電容電壓UC1穩(wěn)定，根據(jù)電感穩(wěn)定，根據(jù)電感L1、L2在一個(gè)開(kāi)關(guān)在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期上的平均電壓為零的概念，于是得到：周期上的平均電壓為零的概念，于是得到： 0)1 ()(:11sCdsdTDUUDTUL經(jīng)整理后有經(jīng)整理后有:dCUDU1110)1 ()()(:0012ss

42、CTDUDTUUL經(jīng)整理后有經(jīng)整理后有:011UDUC解釋解釋Ck斬波器原理的第一種方式斬波器原理的第一種方式 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 和和dCUDU111011UDUC兩式相等兩式相等因此，因此，DDUUd10設(shè)設(shè)Pd=P0，用，用Id表示表示 IL1、I0表示表示IL2，因此有：，因此有：DDIId10下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 假設(shè)電感電流假設(shè)電感電流iL1和和iL2均為平穩(wěn)電流。當(dāng)開(kāi)關(guān)處于斷均為平穩(wěn)電流。當(dāng)開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，傳遞到開(kāi)狀態(tài)時(shí)，傳遞到C1中的電荷等于中的電荷等于IL1(1-D)Ts；當(dāng)開(kāi)；當(dāng)開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài)時(shí)，電容的放電量則為關(guān)處于閉合狀態(tài)時(shí)，電容的放電量則為IL2DTs。穩(wěn)。穩(wěn)定運(yùn)

43、行條件下，一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中流動(dòng)的平均凈電荷定運(yùn)行條件下，一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中流動(dòng)的平均凈電荷為零，因此有：為零，因此有： 解釋解釋Ck斬波器原理的第二種方式斬波器原理的第二種方式 sLsLDTITDI21)1 (DDIIIIdLL1012下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 由于輸入功率等于輸出功率，還可得由于輸入功率等于輸出功率，還可得:DDUUd10采用采用Ck電路的優(yōu)點(diǎn)是輸入電流和輸出級(jí)的電流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸入電流和輸出級(jí)的電流中基本上不含有紋波，在中基本上不含有紋波，在Ck電路中就有可能完全電路中就有可能完全消除消除iL1和和iL2的紋波，從而能有效地降低外部濾波電的紋波，從而能有效地降低外部濾波電路的要求。路的

44、要求。Ck電路的缺點(diǎn)是電容電路的缺點(diǎn)是電容C1要足夠大，使之能完全要足夠大，使之能完全吸收紋波電流的能量。吸收紋波電流的能量。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 例例 設(shè)某一設(shè)某一Ck電路的開(kāi)關(guān)頻率為電路的開(kāi)關(guān)頻率為50kHz，L1=L2=1mH，C1=5 F。已知輸出電容已足夠大，使。已知輸出電容已足夠大，使輸出電壓能維持恒定?，F(xiàn)利用輸出電壓能維持恒定?，F(xiàn)利用Ck電路將輸入電壓為電路將輸入電壓為Ud=10V調(diào)節(jié)到輸出電壓為調(diào)節(jié)到輸出電壓為U0=5V，負(fù)載功率為，負(fù)載功率為5W，同時(shí)假設(shè)電路中的所有器件均為理想器件?，F(xiàn)分別同時(shí)假設(shè)電路中的所有器件均為理想器件?，F(xiàn)分別假設(shè)假設(shè)C1兩端電壓為恒定值，或假設(shè)電感電流

45、兩端電壓為恒定值，或假設(shè)電感電流iL1和和iL2為恒定值時(shí)，試分別計(jì)算兩種方法所得到的結(jié)果各為恒定值時(shí)，試分別計(jì)算兩種方法所得到的結(jié)果各為多少？并計(jì)算它們的偏差。為多少？并計(jì)算它們的偏差。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 解解 設(shè)電容電壓為恒定值，由式設(shè)電容電壓為恒定值，由式UC1=Ud +U0有：有： uC1(t)=UC1=10+5=15V假設(shè)電流連續(xù)，根據(jù)式假設(shè)電流連續(xù)，根據(jù)式 可得：可得： DDUUd10333. 01051DDD下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 根據(jù)式根據(jù)式 可得到在開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)時(shí)可得到在開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)時(shí)間段內(nèi)電流的波動(dòng)幅值分別為：間段內(nèi)電流的波動(dòng)幅值分別為： DTTUUoffsd110ATDLUUis

46、dCL067. 01020)333. 01 (101015)1 (63111DATDLUisL067. 01020)333. 01 (105)1 (63202Dz由于由于UC1 Ud =U0，在，在L1=L2的條件下，會(huì)出現(xiàn)的條件下，會(huì)出現(xiàn)D DiL1=D DiL2的情況。的情況。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 因因D DiL1Id(=IL1)，D DiL20導(dǎo)通器件：導(dǎo)通器件：i0I0tutrissf1T (TA+ ,TB-)(TA+ ,TB-)(TA- ,TB+)(DA- ,DB+)(TA- ,TB+)I0 utri時(shí)，時(shí)，TA+和和TB-觸發(fā)導(dǎo)通，否則觸發(fā)導(dǎo)通，否則TA-和和TB+觸發(fā)導(dǎo)通。觸發(fā)導(dǎo)

47、通。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 0t=0Utri.muctrtt1t1Ts /2utrissf1T F若任意選定一若任意選定一個(gè)圖示的時(shí)間起點(diǎn)，個(gè)圖示的時(shí)間起點(diǎn)，則對(duì)應(yīng)的占空比可則對(duì)應(yīng)的占空比可表示為：表示為：4/04/.ssmtritriTtTtUu式中，式中，Utri.m表示三角波的極值。在上圖中，當(dāng)表示三角波的極值。在上圖中，當(dāng)t=t1時(shí)，時(shí)，utri =uctr，根據(jù)上式可知：，根據(jù)上式可知： 4.1smtrictrTUut下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 開(kāi)關(guān)對(duì)開(kāi)關(guān)對(duì)1（TA+、TB-）的導(dǎo)通持續(xù)時(shí)間的導(dǎo)通持續(xù)時(shí)間ton為：為： 2/21sonTtt根據(jù)上式可導(dǎo)出開(kāi)關(guān)根據(jù)上式可導(dǎo)出開(kāi)關(guān)對(duì)對(duì)1的占空比為：

48、的占空比為：mtrictrsonUuTtD.1121開(kāi)關(guān)對(duì)開(kāi)關(guān)對(duì)2（TB+、TA-）的占空比為：的占空比為： D2=1D1 (TA- ,TB+)000000t=0Utri.muctrtt1t1Ts /2uANUdtuBNUdtu0=uAN-uBNU0Ud-U=dt工作器件：工作器件：導(dǎo)通器件：導(dǎo)通器件：(TA- ,TB+)i0I0(DA- ,DB+)(DA+ ,DB-)tI00導(dǎo)通器件：導(dǎo)通器件：i0I0tutrissf1T (TA+ ,TB-)(TA+ ,TB-)(TA- ,TB+)(DA- ,DB+)(TA- ,TB+)I00導(dǎo)通器件：導(dǎo)通器件：i0I0tutrissf1T (TA+ ,T

49、B-)(TA+ ,TB-)(TA- ,TB+)(DA- ,DB+)(TA- ,TB+)I00導(dǎo)通器件：導(dǎo)通器件：i0I0tutrissf1T (TA+ ,TB-)(TA+ ,TB-)(TA- ,TB+)(DA- ,DB+)(TA- ,TB+)I00i0I0tssf1T (TA+ ,TB-)(TA+ ,TB-)(TA- ,DB-)I0utri，觸發(fā)，觸發(fā)TA+ 若若-uctrutri，觸發(fā)，觸發(fā)TB+ 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)TA+的占空比的占空比D1由式由式 確定。確定。 mtrictrUuD.1121開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)TB+的占空比的占空比D2由式由式D2=1D1確定。確定。ctrmtridduU

50、UUDU.10) 12(輸出電壓為：輸出電壓為： 在單極性在單極性PWM開(kāi)關(guān)模式下，平均輸出電壓開(kāi)關(guān)模式下，平均輸出電壓U0與雙與雙極性極性PWM開(kāi)關(guān)模式的輸出電壓表達(dá)式是一樣的，且開(kāi)關(guān)模式的輸出電壓表達(dá)式是一樣的，且都是與都是與uctr呈線性關(guān)系。呈線性關(guān)系。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 例例 在全橋直流斬波器中，已知輸出電壓在全橋直流斬波器中，已知輸出電壓Ud為常為常數(shù)，現(xiàn)欲通過(guò)改變占空比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。若以平數(shù)，現(xiàn)欲通過(guò)改變占空比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。若以平均輸出電壓均輸出電壓U0為變量，在單極性和雙極性為變量，在單極性和雙極性PWM兩種兩種開(kāi)關(guān)模式下，試計(jì)算輸出電壓中的紋波電壓有效值開(kāi)關(guān)模式下，試計(jì)

51、算輸出電壓中的紋波電壓有效值Ur =?解解 雙極性雙極性PWM開(kāi)關(guān)模式：開(kāi)關(guān)模式：0u0=uAN-uBNU0Ud-U=dt工作器件：工作器件：(TA- ,TB+)(TA+ ,TB-)(TA- ,TB+)下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 輸出電壓輸出電壓u0的波形不受的波形不受uctr /Utri.m比值的影響，輸出比值的影響，輸出電壓的有效值為：電壓的有效值為： U0.rms = Ud 0u0=uAN-uBNU0Ud-U=dt工作器件：工作器件：(TA- ,TB+)(TA+ ,TB-)(TA- ,TB+)輸出電壓的平均值輸出電壓的平均值U0可直接由下式求得。可直接由下式求得。dddBNANUDUDUDUUU

52、) 12(1210下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 根據(jù)有效值的定義和式根據(jù)有效值的定義和式U0.rms = Ud 、U0=(2D1-1)Ud的的關(guān)系，輸出電壓的紋波為：關(guān)系，輸出電壓的紋波為：21121202. 0.2) 12(1DDUDUUUUddrmsrmsrj 隨著隨著D1從從0逐漸逐漸增加到增加到1，U0也會(huì)由也會(huì)由-Ud逐漸過(guò)渡到逐漸過(guò)渡到Ud。00-0.5-1.01.0(b)0.51.00.750.500.25(a)dr.rmsUUd0UU下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 單極性單極性PWM開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)模式：模式：000000t=0Utri.muctrtt1t1Ts /2uANUdtuBNtu0=uAN-uBN

53、U0Udt工作器件：工作器件：(TA- ,TB-)i0I0(DA+ ,DB-)tI00i0I0tssf1T (TA+ ,TB-)(TA+ ,TB-)(TA- ,DB-)I00時(shí)輸出電壓時(shí)輸出電壓u0的波形和式的波形和式輸出電壓的有效值為：輸出電壓的有效值為：ddmtrictrsdrmsUDUUuTUtU) 12(412.21. 0下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 可得單極性可得單極性PWM開(kāi)關(guān)模式下輸出電壓中紋波電壓開(kāi)關(guān)模式下輸出電壓中紋波電壓的有效值為：的有效值為： ctrmtridduUUUDU.10) 12(ddmtrictrsdrmsUDUUuTUtU) 12(412.21. 0根據(jù)根據(jù)drmsrm

54、srUDDUUU246211202. 0.式中，式中，uctr 0，0.5D11下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 W當(dāng)當(dāng)uctr /Utri.m比值由比值由0過(guò)渡到過(guò)渡到1時(shí)，時(shí)，D1由由0.5過(guò)渡到過(guò)渡到1.0。 W單極性單極性PWM的輸出的輸出電壓中所含有的紋波電壓中所含有的紋波分量要小于雙極性分量要小于雙極性PWM輸出的紋波。輸出的紋波。 00-0.5-1.01.0(b)0.51.00.750.500.25(a)dr.rmsUUd0UU下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 6.8 直直流流斬?cái)?降壓、升壓、降壓、升壓、Buck-Boost和和Ck斬波器的基本結(jié)斬波器的基本結(jié)構(gòu)都能保證在一個(gè)方向上的能量傳遞。構(gòu)都能保證在

55、一個(gè)方向上的能量傳遞。 全橋斬波器在兩個(gè)方向上傳輸能量，可用于直全橋斬波器在兩個(gè)方向上傳輸能量，可用于直流流交流的轉(zhuǎn)換，作為逆變器使用。交流的轉(zhuǎn)換，作為逆變器使用。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 平均電流為額定電流值平均電流為額定電流值I0，即是最大設(shè)計(jì)值。電，即是最大設(shè)計(jì)值。電感中的紋波電流忽略不計(jì)，即感中的紋波電流忽略不計(jì)，即iL(t)=IL。輸出電壓輸出電壓u0已達(dá)到額定電壓值已達(dá)到額定電壓值U0，即是最大設(shè)計(jì)，即是最大設(shè)計(jì)值。輸出電壓中不含有紋波電壓，因而可認(rèn)為值。輸出電壓中不含有紋波電壓，因而可認(rèn)為u0(t)=U0m。允許輸入電壓允許輸入電壓Ud變化，因此，必須使用占空比的變化，因此，必須使用占空比的控制，以使輸出電壓控制，以使輸出電壓U0維持不變。維持不變。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 T 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行條件下，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行條件下，設(shè)開(kāi)關(guān)器件的峰值電設(shè)開(kāi)關(guān)器件的峰值電壓和峰值