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認(rèn)證類型：個(gè)人認(rèn)證

認(rèn)證主體：徐**（實(shí)名認(rèn)證）

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IP屬地：湖北 上傳時(shí)間：2022-04-21 格式：PPT 頁(yè)數(shù)：55 大小：2.10MB 積分：30 舉報(bào) 版權(quán)申訴

1、直流/直流變換器 主電路拓?fù)溟_關(guān)電源開關(guān)電源n基本構(gòu)成方框圖整整 流流濾濾 波波開關(guān)電源控制器開關(guān)電源控制器濾濾 波波整流及整流及濾波濾波AC/DC輸入回路輸入回路功率開功率開關(guān)器件關(guān)器件高頻高頻變壓器變壓器DC/DC功率變換器功率變換器UoutUinDC/DC變換器變換器直流/直流變換器拓?fù)? 直流/直流降壓變換器（Buck DC/DC 變換器） 2 直流/直流升壓變換器（Boost DC/DC 變換器） 3 直流升壓降壓變換器（Boost-Buck變換器或Cuk變換器） *4 兩象限、四象限直流/直流變換器 *5 多相、多重直流/直流變換器 6 帶隔離變壓器的直流/直流變換器 小結(jié)1.1

2、降壓變換器（Buck DC/DC 變換器） 1.1.1 電路結(jié)構(gòu)和調(diào)壓、降壓原理1.1.2 電感電流連續(xù)時(shí)工作特性1.1.3 電感電流斷流時(shí)工作特性降壓變換如何實(shí)現(xiàn)？降壓變換如何實(shí)現(xiàn)？1.1.1 電路結(jié)構(gòu)和調(diào)壓、降壓原理1.理想化處理 2.調(diào)壓原理分析3.控制方式分類 4.輸出電壓LC濾波分析1. 理想的電力電子電路理想的電力電子電路 為獲得開關(guān)型變換器的基本工作特性，簡(jiǎn)化分析，假定的理想條件是：（1）開關(guān)管T和二極管D從導(dǎo)通變?yōu)樽钄?，或從阻斷變?yōu)閷?dǎo)通的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間均為零；（暫不考慮開關(guān)頻率）（2）開關(guān)器件的通態(tài)電阻為零，電壓降為零。斷態(tài)電阻為無(wú)限大，漏電流為零；（暫不考慮功耗）（3）電路中的

3、電感和電容均為無(wú)損耗的理想儲(chǔ)能元件；（4）線路阻抗為零。電源輸出到變換器的功率等于變換器的輸出功率。（無(wú)功耗、無(wú)諧波干擾）OOSSIVIV2. 調(diào)壓、降壓原理調(diào)壓、降壓原理n對(duì)開關(guān)管T加驅(qū)動(dòng)信號(hào)VG ,開關(guān)周期為TVG0, T管導(dǎo)通SLDSEOiiiV;0LtUULtUUdittdtididtdiLUUUdtdiLUUUUonOSOSlonlllOSLlLOL/)(/)(;S11111開關(guān)管開關(guān)管T導(dǎo)通導(dǎo)通VG=0, T管阻斷LDEOii 0TDTTTonoff)( 1offOOOllLlOLtLUtLUdtLUiididtdiLUU2222-21lliionOSoffOtLUUtLU在穩(wěn)定穩(wěn)

4、定輸出工作期間：開開關(guān)關(guān)管管T截截止止DMUUUDUtttUSOSSoffononO或計(jì)算法二：輸出電壓諧波計(jì)算法計(jì)算法二：輸出電壓諧波計(jì)算法 10nnEOtnaCt)cos()( 221 212120sSSEOoODVDVVtdvCV)(變壓比為變壓比為M 2/SSSOVDVMVVn次諧波幅值次諧波幅值 222)sin()sin(nDnVnnVaSSn輸出電壓的直流平均值輸出電壓的直流平均值 2. 變壓比、導(dǎo)通比的定義TTDon/0/SMVVDTTonTDToff)( 1 變壓比與電路結(jié)構(gòu)和導(dǎo)通比變壓比與電路結(jié)構(gòu)和導(dǎo)通比D都有關(guān)系，它們之間都有關(guān)系，它們之間的關(guān)系可用多種方法推導(dǎo)。的關(guān)系可用

5、多種方法推導(dǎo)。導(dǎo)通比（占空比）：導(dǎo)通比（占空比）：變壓比變壓比 ：計(jì)算法三：用波形積分的方法求變壓比vEO的直流分量V0為:用傅立葉分解方法求變壓比和諧波分量用傅立葉分解方法求變壓比和諧波分量周期性函數(shù)可以分解為無(wú)限項(xiàng)三角級(jí)數(shù)傅立葉級(jí)數(shù)： 10nnntnbtnaCtF)sin()cos()(2020002111)()()()()(tdtFtdtFTdttFTCT)()cos()(1)cos()(2200tdtntFdttntFTaTn)()sin()(1)sin()(2200tdtntFdttntFTbTn用傅立葉分解方法求變壓比和諧波分量用傅立葉分解方法求變壓比和諧波分量周期性函數(shù)可以分解為

6、無(wú)限項(xiàng)三角級(jí)數(shù)傅立葉級(jí)數(shù)： 10nnntnbtnaCtF)sin()cos()(F(t)也可表達(dá)為： 10)cos()(nnntnCCtF2000211)()()(tdtFdttFTCT22nnnbaC3.3.控制方式控制方式改變開關(guān)管改變開關(guān)管T的導(dǎo)通時(shí)間，即改變導(dǎo)通占空比的導(dǎo)通時(shí)間，即改變導(dǎo)通占空比D ，即可改變變壓比即可改變變壓比M, 調(diào)節(jié)或控制輸出電壓調(diào)節(jié)或控制輸出電壓VO。(1) 脈沖寬度調(diào)制方式脈沖寬度調(diào)制方式 PWM (Pulse Width Modulation) 開關(guān)頻率不變，改變輸出脈沖電壓的寬度開關(guān)頻率不變，改變輸出脈沖電壓的寬度(2) 脈沖頻率調(diào)制方式脈沖頻率調(diào)制方式

7、PFM（Pulse Frequency Modulation） 脈寬脈寬 不變，改變開關(guān)頻率或周期。不變，改變開關(guān)頻率或周期。為什么實(shí)際應(yīng)用中廣泛為什么實(shí)際應(yīng)用中廣泛采用采用PWM方式？方式？問(wèn)題思考 2SSonSOUUTtDUU4.4.輸出電壓輸出電壓LC濾波濾波濾波電感的作用：濾波電感的作用：對(duì)交流高頻電壓電流呈高阻抗，對(duì)交流高頻電壓電流呈高阻抗，對(duì)直流暢通無(wú)阻對(duì)直流暢通無(wú)阻濾波電容的作用：濾波電容的作用：對(duì)直流電流阻抗為無(wú)窮大，對(duì)對(duì)直流電流阻抗為無(wú)窮大，對(duì)交流電流阻抗很小。交流電流阻抗很小。直流輸出電壓中含有各次諧波電壓，在直流輸出電壓中含有各次諧波電壓，在Buck開關(guān)電路的輸出開關(guān)電路

8、的輸出端與負(fù)載之間加接一個(gè)端與負(fù)載之間加接一個(gè)LC濾波電路，減少負(fù)載上的諧波電壓。濾波電路，減少負(fù)載上的諧波電壓。如何選取如何選取LC？問(wèn)題思考濾波器電抗對(duì)諧波的阻抗為：濾波器電抗對(duì)諧波的阻抗為： L濾波器電容對(duì)諧波的阻抗為：濾波器電容對(duì)諧波的阻抗為：1/C如果：如果：CL1q各諧波經(jīng)過(guò)濾波器后幾乎衰減為零。各諧波經(jīng)過(guò)濾波器后幾乎衰減為零。q直流量通過(guò)濾波器時(shí)其大小不受任何影響。直流量通過(guò)濾波器時(shí)其大小不受任何影響。濾波電容電容C在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的充、放電電荷為：在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的充、放電電荷為： fiTiQLsL8222120min0max008)1 (LCfVDCQVVV輸出電壓中紋波量輸

9、出電壓中紋波量 1.1.2 電感電流連續(xù)時(shí)工作特性電感電流連續(xù)時(shí)工作特性BuckBuck變換器有兩種可能的運(yùn)行狀況：變換器有兩種可能的運(yùn)行狀況：（1 1）電感電流連續(xù)模式）電感電流連續(xù)模式 CCM(Continuous Current Mode)CCM(Continuous Current Mode)： 指電感電流在整個(gè)開關(guān)周期中都不為零；指電感電流在整個(gè)開關(guān)周期中都不為零；（2 2）電感電流斷流模式）電感電流斷流模式 DCMDCM（Discontinuous Current ModeDiscontinuous Current Mode）：）：指在開關(guān)管指在開關(guān)管T T阻斷期間內(nèi)經(jīng)二極管續(xù)流的

10、電感電流已降為零。阻斷期間內(nèi)經(jīng)二極管續(xù)流的電感電流已降為零。二者的臨界：二者的臨界：稱為電感電流臨界連續(xù)狀態(tài)：稱為電感電流臨界連續(xù)狀態(tài)：指開關(guān)管阻斷期結(jié)束時(shí)，電感電流剛好降為零。指開關(guān)管阻斷期結(jié)束時(shí)，電感電流剛好降為零。1.1.電流連續(xù)時(shí)只有兩種開關(guān)狀態(tài)電流連續(xù)時(shí)只有兩種開關(guān)狀態(tài) OSLSVVdtdiLdtdiL DLfVVTDLVVTLVViOSOSonOSL 11)()(DLfVTDLVTLViOOoffOL OLVdtdiL(2) 開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)2：T管阻斷管阻斷, D管導(dǎo)通管導(dǎo)通(1) 開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)1：T管導(dǎo)通管導(dǎo)通,D管阻斷管阻斷電流連續(xù)模式跟哪些因素有關(guān)電流連續(xù)模式跟哪些因素

11、有關(guān)?電感電壓與電感電流方向?yàn)榉顷P(guān)聯(lián)，所以有“-”負(fù)號(hào)問(wèn)題思考1.1.3 電感電流斷流時(shí)工作特性電感電流斷流時(shí)工作特性1. 三種開關(guān)狀態(tài)和變壓比2. 臨界負(fù)載電流3. BUCK變換器輸出電壓外特性l存在第三種狀態(tài)存在第三種狀態(tài) :T、D都截止。都截止。l變壓比變壓比1. 三種開關(guān)狀態(tài)和變壓比三種開關(guān)狀態(tài)和變壓比開關(guān)管T開通時(shí)）（ 111111LtUULtUUdittdtididtdiLUUUdtdiLUUUUonOSOSlonlllOSLlLOL/)(/)(;S開關(guān)管開關(guān)管T關(guān)短，續(xù)流管關(guān)短，續(xù)流管D導(dǎo)通導(dǎo)通12222-offOOOllLlOLtLUtLUdtLUiididtdiLUU21ll

12、iionOSoffOtLUUtLU12112111DDDMUUUDDDUtttUSOSSoffononO或電路穩(wěn)定輸出時(shí)一般情況下，一般情況下，D2不如不如D1表示方便，用表示方便，用D1表示表示M的推導(dǎo)如下：的推導(dǎo)如下：LOOSonLoffonMoffoniORUTTDLUUTDDTtLUttTIttTSIl12111212121面積LOOSRUDLUUTDD12121不連續(xù)續(xù)流情況下聯(lián)立解得：又：令1811218122212121122112111121DMDDDDDDMDDDDMTRLRUDLUUTDDLLLLLLOOS參教材P8圖1-5，關(guān)系曲線圖與M連續(xù)續(xù)流情況下不連續(xù)續(xù)流情況下21

13、12118112DDDMDML斷續(xù)和連續(xù)臨界點(diǎn)的確定，續(xù)流斷續(xù)，續(xù)流連續(xù)臨界條件202020212121llliIiIiI,LLLOofflTRLDRUTDLUtLUiI2222212201020整理得：時(shí)，續(xù)流是連續(xù)的當(dāng)臨界電感COOOOonCOOonOOOOLCLLDfPUPUtTLPUtTUUIUTDTRDL122222122222TicdtiCUUCUUULTUCClcCOiOOO81118120上的紋波電壓：電容電容選擇：2)(LMINLMAXOIII，選COOOOonCLLDfPUPUtTL122122D選擇：選擇：OMAXFIMAXDRIIUU開關(guān)管開關(guān)管T選擇：選擇：ICUU6

14、2.Buck變換電路的特點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：n1、連續(xù)續(xù)流工作時(shí)，都有電流對(duì)負(fù)載補(bǔ)能，因此，輸出、連續(xù)續(xù)流工作時(shí)，都有電流對(duì)負(fù)載補(bǔ)能，因此，輸出電壓脈動(dòng)小，帶負(fù)載能力強(qiáng)；電壓脈動(dòng)小，帶負(fù)載能力強(qiáng)；n2、續(xù)流二極管的反偏電壓等于輸入電壓，對(duì)開關(guān)管反向、續(xù)流二極管的反偏電壓等于輸入電壓，對(duì)開關(guān)管反向耐壓和續(xù)流管耐壓要求不高；耐壓和續(xù)流管耐壓要求不高；n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：n1、Ii工作是不連續(xù)的，對(duì)電源不利，對(duì)濾波電路有要求；工作是不連續(xù)的，對(duì)電源不利，對(duì)濾波電路有要求；n2、開關(guān)管、開關(guān)管T與負(fù)載串接，如與負(fù)載串接，如T擊穿，負(fù)載電壓加大，存在擊穿，負(fù)載電壓加大，存在安全隱患，需要保護(hù)電路；安全隱患，需要保

15、護(hù)電路；3. Buck變換器輸出電壓外特性變換器輸出電壓外特性變換器的變壓比（或輸出電壓）與占空比和負(fù)載電流的函數(shù)關(guān)系稱為外特性。電感電流連續(xù)時(shí)，變壓比等于占空比，輸出電壓與負(fù)載電流無(wú)關(guān)?？刂铺匦允蔷€性的。在電感電流斷流的情況下，控制特性是非線性的。外特性從線形到非線形的轉(zhuǎn)折點(diǎn)由臨界負(fù)載電流確定。設(shè)Buck DC/DC變換器如下圖。電源電壓Vs=147220V，額定負(fù)載電流11A，最小負(fù)載電流1.1A，開關(guān)頻率20KHz。要求輸出電壓Vo=110V；紋波小于1%。要求最小負(fù)載時(shí)電感電流不斷流。計(jì)算輸出濾波電感L和電容C，并選取開關(guān)管T和二極管D。例12. 直流-直流升壓變換器（Boost變換器

16、）2.1 電路結(jié)構(gòu)和升壓原理電路結(jié)構(gòu)和升壓原理2.2 電感電流連續(xù)時(shí)工作特性電感電流連續(xù)時(shí)工作特性2.3 電感電流斷流時(shí)工作特性電感電流斷流時(shí)工作特性2.2.1 電路結(jié)構(gòu)和升壓原理2.2.2 電流連續(xù)時(shí)的工作特性q兩種開關(guān)狀態(tài)q變壓比和電壓、電流基本關(guān)系1.兩種開關(guān)狀態(tài)SonDTTlVG0, T管導(dǎo)通管導(dǎo)通,D阻斷阻斷 1.兩種開關(guān)狀態(tài)SonSoffTDTTT)1 ( lVG=0, T管阻斷管阻斷TTDonTTDoff)( 1LSL didtVSLsViD TLLSoL didtVV0(1)SLsVViD TL0/1/(1)SMVVD2. 變壓比和電壓、電流基本關(guān)系l理想理想Boost變換器的

17、變壓比變換器的變壓比T導(dǎo)通導(dǎo)通,D截止截止T 阻斷，阻斷，D導(dǎo)通導(dǎo)通2. 變壓比和電壓、電流基本關(guān)系假定負(fù)載電流平均值為IO001TSDIIIID輸入電流和電感電流的電流平均值均為：輸入電流和電感電流的電流平均值均為： 通過(guò)二極管的電流通過(guò)二極管的電流ID等于負(fù)載電流等于負(fù)載電流IO （電容的平均電流為零）（電容的平均電流為零） 通過(guò)開關(guān)管通過(guò)開關(guān)管T的電流平均值為：的電流平均值為：l工作電流的平均值表達(dá)式工作電流的平均值表達(dá)式011IDUUIIISOOLS2. 變壓比和電壓、電流基本關(guān)系電感電流的脈動(dòng)量為：00(1)(1)SLLLSSVIIIDTLVD DTD DVLLfmaxmaxmax0

18、012(1)12TDLSLIIIIiID DVDLf通過(guò)開關(guān)管通過(guò)開關(guān)管T和和D的電流最大值與電感電流的最大值相等：的電流最大值與電感電流的最大值相等：l工作電流的其他表達(dá)式工作電流的其他表達(dá)式000min0max0011ICfDDTICTonICCQVVVs 輸出電壓脈動(dòng)等于開關(guān)管輸出電壓脈動(dòng)等于開關(guān)管T導(dǎo)通期間電容導(dǎo)通期間電容C的電壓變化量，的電壓變化量， V0可近似地由下式確定可近似地由下式確定l理想理想Boost變換器輸出電壓紋波的大小變換器輸出電壓紋波的大小 T T和和DD所承受的最大電壓理想情況下均與輸出電壓相等。所承受的最大電壓理想情況下均與輸出電壓相等。l理想理想Boost變換器開關(guān)器件所承受的最大電壓變換器開關(guān)器件所承受的最大電壓2.3 電感電流斷流時(shí)工作特性l三種開關(guān)狀態(tài)和變壓比三種開關(guān)狀態(tài)和變壓比l臨界負(fù)載電流臨界負(fù)載電流lBoost變換器輸出電壓外特性變換器輸出電壓外特性1.三種開關(guān)狀態(tài)與變壓比lVG0, T管導(dǎo)通管導(dǎo)通,D截止截止 ssLLDTLVIimax1.三種開關(guān)狀態(tài)與變壓比lVG=0, T管阻斷，管阻斷，D導(dǎo)通導(dǎo)通soffssooffsoLTTDTDLVVTLVVi/111.三種開關(guān)狀態(tài)與變壓比lVG=0