DCDC電路設(shè)計介紹學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1DCDC電路設(shè)計介紹電路設(shè)計介紹直流變換直流變換將直流電能(DC)轉(zhuǎn)換成另一固定電壓或電壓可調(diào)的直流電能。基本的直流變換電路：基本的直流變換電路：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、庫克變換電路 重點：重點：電路結(jié)構(gòu)、工作原理及主要數(shù)量關(guān)系 第1頁/共113頁直流變換直流變換將直流電能(DC)轉(zhuǎn)換成另一固定電壓或電壓可調(diào)的直流電能。直流變換電路直流變換電路完成直流變換的電路。直流變換器直流變換器實現(xiàn)直流變換的裝置。第2頁/共113頁3.1.1 3.1.1 直流變換的基本原理及直流變換的基本原理及PWMPWM概念概念 直流變換問題的提出直流變換問題的提出直流調(diào)速：需要可變的直流電

2、壓直流調(diào)速：需要可變的直流電壓直流供電電壓一定，而負(fù)載需要不同電壓直流供電電壓一定，而負(fù)載需要不同電壓直流升壓：太陽能電池輸出電壓較低，需要直流升壓：太陽能電池輸出電壓較低，需要 變換到較高電壓再變換為直流變換到較高電壓再變換為直流第3頁/共113頁3.1.1 3.1.1 直流變換的基本原理及直流變換的基本原理及PWMPWM概念概念 （1）開關(guān)管）開關(guān)管T導(dǎo)導(dǎo)通時，通時，R兩端電壓兩端電壓 uo=US開關(guān)管開關(guān)管僅兩種工作狀態(tài)僅兩種工作狀態(tài)：導(dǎo)導(dǎo)通通與斷開與斷開開關(guān)管開關(guān)管IGBT導(dǎo)導(dǎo)通通條件條件： UG0基本的直流變換電路基本的直流變換電路ioUSiSuoRT開關(guān)管開關(guān)管T導(dǎo)導(dǎo)通通等效電路等

3、效電路ioUSiSuoRT第4頁/共113頁3.1.1 直流變換的基本原理及直流變換的基本原理及PWM概念概念 （2）開關(guān)管）開關(guān)管T斷開斷開時時，R兩端電壓兩端電壓 uo=0開關(guān)管開關(guān)管僅兩種工作狀態(tài)僅兩種工作狀態(tài)：接通接通與斷開與斷開開關(guān)管開關(guān)管IGBT斷開控制：斷開控制： UG=0基本的直流變換電路基本的直流變換電路ioUSiSuoRT開關(guān)管開關(guān)管T斷開等效電路斷開等效電路ioUSiSuoRT第5頁/共113頁R兩端平均兩端平均電壓：電壓：SsonoUTtU 控制一周期中導(dǎo)通時間比例可控制輸出平均電壓開關(guān)管開關(guān)管IGBT控制電壓控制電壓R兩端電壓兩端電壓波形波形基本的直流變換電路基本的直

4、流變換電路ioUSiSuoRT第6頁/共113頁定義上述電路中定義上述電路中導(dǎo)通占空比導(dǎo)通占空比D為為: : offononsontttTtD 通過控制占空比控制輸出電壓R兩端兩端平均平均電壓：電壓：SsonoUTtU SDU導(dǎo)通占空比導(dǎo)通占空比占空比占空比導(dǎo)通比導(dǎo)通比第7頁/共113頁改變改變占空比占空比D D有三種基本方法：有三種基本方法：脈沖頻率調(diào)制脈沖頻率調(diào)制(PFM)(PFM) 維持維持ton不變，改變不變，改變TS。改變。改變TS就改變就改變了輸出電壓周期或頻了輸出電壓周期或頻率。率。tonTS1uttonTS2ut2211DTtTtDsonson第8頁/共113頁改變占空比改變占

5、空比D D有三種基本方法：有三種基本方法：脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度調(diào)制(PWM)(PWM)維持維持TS不變，改變不變，改變ton在這種方式中，輸出電在這種方式中，輸出電壓波形的周期不變，僅壓波形的周期不變，僅改變脈沖寬度。改變脈沖寬度。有利于濾波器的設(shè)計ton1TSutton2TSut第9頁/共113頁改變占空比改變占空比D D有三種基本方法：有三種基本方法：混合脈沖寬度調(diào)制混合脈沖寬度調(diào)制脈沖周期脈沖周期TS與寬度與寬度ton均均改變改變。廣義的脈沖寬度廣義的脈沖寬度調(diào)制技術(shù)包含上調(diào)制技術(shù)包含上述三種控制方式述三種控制方式ton1TSutton2TS2ut第10頁/共113頁1 1面積等效原理面

6、積等效原理PWMPWM應(yīng)用的理論基礎(chǔ)應(yīng)用的理論基礎(chǔ) 自動控制理論自動控制理論沖量相等而形狀不同的窄脈沖加沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖e(t)td(t)e(t)t50.2e(t)t0.210e(t)t0.120沖量=窄脈沖面積第11頁/共113頁實驗電路RLe(t)i(t)沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形i(t)=?沖量=1e(t)t50.2e(t)td(t)e(t)t0.210e(t)t0.120(a)(b)(c)(d)(d)(c)(b)(a)第12頁/共113頁比較RL電路對沖量相同而形狀

7、不同沖量相同而形狀不同窄脈沖的響應(yīng)波形可知，輸出波形大致相同 進(jìn)一步說,響應(yīng)波形的低頻成份基本相同。上述原理可以稱為上述原理可以稱為面積等效原理面積等效原理。根據(jù)該原理，將。根據(jù)該原理，將平均值為平均值為up的一系列幅值相等而寬度不相等的的一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖加到包含慣性環(huán)節(jié)的負(fù)載上，將與施加脈沖加到包含慣性環(huán)節(jié)的負(fù)載上，將與施加幅值為幅值為up的恒定直流電壓所得結(jié)果基本相同，的恒定直流電壓所得結(jié)果基本相同，這樣一來就這樣一來就可用一列脈沖波形代替直流波形可用一列脈沖波形代替直流波形。第13頁/共113頁除了直流波形可用除了直流波形可用PWMPWM波形來代替外，波形來代替外，根據(jù)面

8、積等效原理可以進(jìn)一步推出，可以根據(jù)面積等效原理可以進(jìn)一步推出，可以在一在一段時間內(nèi)按一定規(guī)則生成段時間內(nèi)按一定規(guī)則生成PWMPWM波形來代替所需波形來代替所需的任何波形的任何波形如用正弦脈沖寬度調(diào)制波形來代替正弦波如用正弦脈沖寬度調(diào)制波形來代替正弦波SPWMSPWM第14頁/共113頁生成生成PWMPWM波形有多種方法，常見有波形有多種方法，常見有計算法計算法、調(diào)調(diào)制法制法等。等。計算法計算法是在每個時間段，利用計算機技術(shù)直接是在每個時間段，利用計算機技術(shù)直接計算出當(dāng)前所需要的脈沖寬度，進(jìn)而據(jù)此對電計算出當(dāng)前所需要的脈沖寬度，進(jìn)而據(jù)此對電力電子器件進(jìn)行開關(guān)控制而獲得力電子器件進(jìn)行開關(guān)控制而獲得

9、PWMPWM波形。波形。調(diào)制法調(diào)制法是利用高頻載波信號與期望信號相比較來是利用高頻載波信號與期望信號相比較來確定各脈沖寬度信息進(jìn)而生成確定各脈沖寬度信息進(jìn)而生成PWMPWM波形。波形。第15頁/共113頁調(diào)制法生成調(diào)制法生成PWMPWM波形典型框圖：波形典型框圖：u*R: 調(diào)制信號uC: 載波信號載波信號頻率遠(yuǎn)大于調(diào)制信號頻率第16頁/共113頁3.2.1 降壓斬波電路3.2.2 升壓斬波電路3.2.3 升降壓斬波電路3.2.4 庫克變換電路第17頁/共113頁基本的直流變換電路：基本的直流變換電路：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、庫克變換電路 介紹內(nèi)容： 1、電路結(jié)構(gòu)2、工作原理

10、3、主要波形4、基本數(shù)量關(guān)系第18頁/共113頁3.2.1 3.2.1 降壓變換電路降壓變換電路 降壓變換電路輸出電壓的平均值低于輸入直流降壓變換電路輸出電壓的平均值低于輸入直流電壓，又稱為電壓，又稱為BuckBuck型變換器。型變換器。 ? D、L、C作用降壓變換電路降壓變換電路IGBT實現(xiàn)實現(xiàn)USiSiLuoioRLCTDUSiSiLuoioRLCSD降壓變換電路結(jié)構(gòu)降壓變換電路結(jié)構(gòu)第19頁/共113頁1 1 降壓變換電路工作原理降壓變換電路工作原理（1）T導(dǎo)通情形電感電壓uL=US uo，在該電壓的作用下，電感電流iL線性增長 ，電感儲能增加電源能量向電感、負(fù)載傳遞USiSiLuoioR

11、LCTDT導(dǎo)通等效電路USiSiLuoioRLCTD第20頁/共113頁1 降壓變換電路工作原理降壓變換電路工作原理（2）T 斷開情形-電流連續(xù)電感電壓uL= uo，在該電壓的作用下，電感電流iL線性下降 ，電感儲能減少電感儲能向電容、負(fù)載轉(zhuǎn)移USiSiLuoioRLCTDT斷開等效電路（iL0)DUSiSiLuoioRLCT第21頁/共113頁1 1 降壓變換電路工作原理降壓變換電路工作原理（2）T 斷開情形-電流斷續(xù)電感電壓uL= 0，電容向負(fù)載供電電容儲能向負(fù)載轉(zhuǎn)移T一周期中導(dǎo)通時間愈長，向電感轉(zhuǎn)移的能量愈多，向負(fù)載轉(zhuǎn)移的能量也愈多，即輸出電壓愈高控制開關(guān)管導(dǎo)通占空比可控制輸出電壓USi

12、SiLuoioRLCTDT斷開等效電路（iL=0)iLDUSiSuoioRLCT第22頁/共113頁1 1 降壓變換電路工作原理降壓變換電路工作原理輸出電壓在0電源電壓之間可調(diào)降壓變換電路降壓變換電路特殊情形：T常斷開特殊情形：T常導(dǎo)通USiSiLuoioRLCTD穩(wěn)態(tài)：電感電壓uL= 0 負(fù)載電壓u0=0穩(wěn)態(tài)：電感電壓uL= 0 負(fù)載電壓u0=US第23頁/共113頁2 主要波形分析理論基礎(chǔ)電路理論基本方法分段線性分析 （重點是根據(jù)開關(guān)情況確定等效電路）假設(shè)條件：1、器件是理想的（不考慮開關(guān)時間、導(dǎo)通壓降等）2、輸出濾波電容較大，輸出電壓基本平直第24頁/共113頁電感電流連續(xù)情形： iL0

13、降壓電路T導(dǎo)通等效電路uG0T斷開等效電路uG=0第25頁/共113頁數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型:RuidtduCiuUdtdiLuCLCCCSLL初值條件初值條件?假設(shè)假設(shè)uC=Uo =常數(shù)常數(shù)iL線性增加線性增加uGtuLCsuU tiLiMimtiCtT導(dǎo)通等效電路導(dǎo)通等效電路+uo-+ uL -T導(dǎo)通波形第26頁/共113頁數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型:RuidtduCiudtdiLuCLCCCLL初值條件初值條件?假設(shè)假設(shè)uC= Uo =常數(shù)常數(shù)iL線性減少線性減少toffCuiLuGttonuLCSuU tiCtimtiMT斷開等效電路斷開等效電路+uo-+ uL -主要波形第27頁/共113頁(1)

14、平均輸出電壓平均輸出電壓Uo(2) 平均輸出電流平均輸出電流Io表現(xiàn)系統(tǒng)主要性能指標(biāo)的量：表現(xiàn)系統(tǒng)主要性能指標(biāo)的量：(3) 電感電流紋波電感電流紋波D DIL(4) 負(fù)載電壓紋波負(fù)載電壓紋波D DUO主要器件承受的電壓、電流等量可根據(jù)波形確定主要器件承受的電壓、電流等量可根據(jù)波形確定第28頁/共113頁uLuGCSuU iLiCimttttCutontoffiM(1) 平均輸出電壓平均輸出電壓Uo穩(wěn)態(tài)情況下，電感上一周期中的平均電壓為零。0*)(*)(offConCStutuU或或：0*)(*)(offoonoStUtUUSSSonoDUUTtU第29頁/共113頁uLuGCSuU iLiCi

15、mttttCutontoffiM(2) 輸出平均電流輸出平均電流IoRUDRUISOoIO(3) 電感電流紋波電感電流紋波D DILOSCSLLUUuUdtdiLuonOStLUUmMLiiIDonStULD1第30頁/共113頁uLuGCSuU iLiCimttttCutontoffiMIO(4) 電感電流極值電感電流極值iM、im?穩(wěn)態(tài)情況下，電容上一周期中的平均電流為零。電流連續(xù)時電流連續(xù)時:22MmMOiiiI電感平均電流=負(fù)載平均電流22LOmLOMIIiIIiDD第31頁/共113頁(5) 電容電壓紋波電容電壓紋波D DuCuGiLimtttontoffiMIOiCtDuCtuCU

16、ORUiRuidtduCiOLCLCCD2/2/)(1offonontttOLCmCMCdtIiCUUu2*2*21*1LsCITCuDD第32頁/共113頁（5）電容電壓紋波電容電壓紋波D DuC2*2*21*1LsCITCuDDonSstULDTC2)1 (*2*21*1onSStTULCD8)1 ( SonoffonSDTtttT注意：28)1 (SSTULCDDonSLtULDID1結(jié)論：1：增加LC, 電壓紋波減少2：開關(guān)頻率高，電壓紋波小3：D，電壓紋波達(dá)到峰值第33頁/共113頁5、電容電壓紋波電容電壓紋波D DuC28)1 (SSCTULCDDuD記：開關(guān)頻率電路TTfS1LC

17、fC21截止頻率濾波電路222)1 (DffUDDuCSC紋波系數(shù)紋波系數(shù)：OCCCUuUuDD222)1 (ffDC電壓紋波系數(shù)很小時,ffC第34頁/共113頁電感電流斷續(xù)情形：在一段時間內(nèi)iL=0降壓電路T導(dǎo)通等效電路uG0T斷開、D續(xù)流等效電路uG=0uG=0T斷開、D斷開等效電路第35頁/共113頁數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型:RuidtduCiuUdtdiLuCLCCCSLL初值條件初值條件假設(shè)假設(shè)uC=Uo =常數(shù)常數(shù)iL線性增加線性增加uGtuLCSuU tiLiMtiCtT導(dǎo)通等效電路導(dǎo)通等效電路+uo-+ uL -第36頁/共113頁數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型:RuidtduCiudtdiLuC

18、LCCCLL初值條件初值條件假設(shè)假設(shè)uC= Uo =常數(shù)常數(shù)iL線性減少線性減少ttttuLuGCSuU iLiCtontoffiMCutconT斷開、斷開、D續(xù)流等效電路續(xù)流等效電路+uo-+ uL -第37頁/共113頁數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型:RudtduCidtdiLuCCCLL0初值條件初值條件uC= Uo =常數(shù)常數(shù)iC維持不變維持不變CSuU uLuGiLiCttttCutontofftconiMT斷開、D斷開等效電路+uo-第38頁/共113頁（1）平均輸出電壓平均輸出電壓Uo穩(wěn)態(tài)情況下，電感上一周期中的平均電壓為零。0*)(*)(conConCStutuU或或：0*)(*)(cono

19、onoStUtUUSconononoUtttUuLuGCSuU iLiCttttCutontoffiMtcon注意：tcon與電路參數(shù)、ton有關(guān)第39頁/共113頁（1）平均輸出電壓平均輸出電壓UoSconononoUtttUuLuGCSuU iLiCttttCutontoffiMtconSoUDDDU211SonTtD 1SconTtD 2記電壓變換比：211DDDUUSo第40頁/共113頁(2) 輸出平均電流輸出平均電流IoRUIOo(3) 電感電流紋波電感電流紋波D DILOSCSLLUUuUdtdiLuonOStLUUMLiI DuLuGCSuU iLiCttttCutontoff

20、iMtconIO電流斷續(xù)時電流斷續(xù)時:2MoiI 第41頁/共113頁uLuGCSuU iLuCttttCutontoffiMtcon(4) 電容電壓紋波電容電壓紋波D DuCOLCLCCIiRuidtduCiD21)(1ttOLCmCMCdtIiCUUuMoMsoMCiIiTDDIiCuD)(*)(*21*121IOCuDtt2t1注意：SMoMTDDiIitt)(2112第42頁/共113頁(4) 電容電壓紋波電容電壓紋波D DuCMoMsoMCiIiTDDIiCuD)(*)(*21*1212221)(*21RLTDLUDDCuSSCDSSonOSMTDLUDDDtLUUi1212*RUD

21、DDTDLUDDDIiSSSOM2111212*注意：=？第43頁/共113頁D2與系統(tǒng)參數(shù)關(guān)系與系統(tǒng)參數(shù)關(guān)系uLuGCSuU iLiCttttCutontoffiMtconRUIOoonOSMtLUUi電感平均電流電感平均電流=負(fù)載平均電流負(fù)載平均電流SoSScononMLTDDDLUUTttiI121)(2*2電感平均電流電感平均電流IL:RUTDDDLUUOSoS121)(22111DDkDDUUSo電壓變換比第44頁/共113頁D2與系統(tǒng)參數(shù)關(guān)系與系統(tǒng)參數(shù)關(guān)系2111DDkDDUUSo電壓變換比211DDDUUSo注意到：212DDkDSRTLk2注意242112kDDD2121112

22、11/411242DkkDDDDDDUUSo最后有：第45頁/共113頁電流臨界連續(xù)電流臨界連續(xù): : 電感電流僅瞬間為零電感電流僅瞬間為零uLuGCSuU iLuCttttCutontoffiMtconIOCuDtt2t1RUIOoonOSMtLUUi電流臨界連續(xù)時電流臨界連續(xù)時:2MoiI onOSOotLUURUI2SSSSDTLDUURDU2STRLD21電流臨界連續(xù)時電流臨界連續(xù)時:第46頁/共113頁STRLD21電流臨界連續(xù)時電流臨界連續(xù)時:電感電流連續(xù)條件電感電流連續(xù)條件:STRLD21電感電流臨界連續(xù)條件電感電流臨界連續(xù)條件: :STRLD21電感電流斷續(xù)條件電感電流斷續(xù)條件

23、:STRLD21第47頁/共113頁優(yōu)點優(yōu)點1 1、電路簡單、電路簡單2 2、控制特性好、控制特性好3 3、負(fù)載側(cè)電流波動小、負(fù)載側(cè)電流波動小缺點缺點1 1、電源側(cè)電流波動大、電源側(cè)電流波動大2 2、只能降壓、不能生壓、只能降壓、不能生壓第48頁/共113頁1 1 升壓變換電路結(jié)構(gòu)與工作原理升壓變換電路結(jié)構(gòu)與工作原理工作原理工作原理: :T導(dǎo)通時導(dǎo)通時, uL=US , 電感電流線性增加電感電流線性增加, ,電感儲能增加電感儲能增加, ,電源向電感轉(zhuǎn)移電能。電源向電感轉(zhuǎn)移電能。T斷開時斷開時, , uL=US - uC, 電感電流減少電感電流減少, ,電感電感儲能減少儲能減少, , 電感儲能向

24、負(fù)載轉(zhuǎn)移電能。電感儲能向負(fù)載轉(zhuǎn)移電能。升壓變換電路結(jié)構(gòu)升壓變換電路結(jié)構(gòu)升壓變換電路升壓變換電路IGBTIGBT實現(xiàn)實現(xiàn)第49頁/共113頁1 1 升壓變換電路結(jié)構(gòu)與工作原理升壓變換電路結(jié)構(gòu)與工作原理工作原理工作原理: :穩(wěn)態(tài)情況下穩(wěn)態(tài)情況下,T,T斷開時斷開時, , 電電感電流減少感電流減少, ,uL=US - uC US 升壓變換電路升壓變換電路升壓變換電路升壓變換電路IGBTIGBT實現(xiàn)實現(xiàn)第50頁/共113頁假設(shè)條件：1、器件是理想的（不考慮開關(guān)時間、導(dǎo)通壓降等）2、輸出濾波電容較大，輸出電壓基本平直. .電感電流連電感電流連續(xù)續(xù). .電感電流斷電感電流斷續(xù)續(xù)兩種情形兩種情形: :升壓變

25、換電路升壓變換電路IGBTIGBT實現(xiàn)實現(xiàn)第51頁/共113頁等效電路等效電路: : 根據(jù)開關(guān)器件根據(jù)開關(guān)器件的通斷狀況來確定的通斷狀況來確定IGBTIGBT器件的通斷由其柵極器件的通斷由其柵極控制信號決定控制信號決定升壓變換電路升壓變換電路T T斷開等效電路斷開等效電路UG=0T T導(dǎo)通等效電路導(dǎo)通等效電路UG0第52頁/共113頁iLimtuLSUtCSuU uGttontoffiMiCt升壓變換電路升壓變換電路T T導(dǎo)通等效電路導(dǎo)通等效電路T T斷開等效電路斷開等效電路第53頁/共113頁升壓變換電路升壓變換電路T T斷開斷開DD續(xù)流等效電路續(xù)流等效電路UG=0T T斷開斷開DD斷開等效

26、電路斷開等效電路UG=0T T導(dǎo)通等效電路導(dǎo)通等效電路UG0第54頁/共113頁uLSUtiLtuGttontoffiMiCtCSuU tconT T導(dǎo)通等效電路導(dǎo)通等效電路T T斷開斷開DD續(xù)流等效電路續(xù)流等效電路T T斷開斷開DD斷開等效電路斷開等效電路第55頁/共113頁(1) (1) 平均輸出電壓平均輸出電壓Uo穩(wěn)態(tài)情況下，電感上一周期中的平均電壓為零。0*)(*)(offCSonStuUtU或：或：0*)(*)(offoSonStUUtUSSoffSoUDUtTU11uLuGSUiLiCimttttCSuU tontoffiMTS升壓變換電路升壓變換電路第56頁/共113頁(2) 平

27、均輸出電流平均輸出電流IoRUDRUISOo11(3) 電感電流紋波電感電流紋波D DILSLLUdtdiLuonStLUmMLiiID升壓變換電路升壓變換電路uLuGSUiLiCimttttCSuU tontoffiMTS第57頁/共113頁(4) 電容電壓紋波電容電壓紋波D DuC升壓變換電路升壓變換電路uLuGSUiLiCimttttCSuU tontoffiMTS考慮Ioim情形:IoDontOCdtICu0)(1onotIC1SSCDTDUCRuD11第58頁/共113頁(1) 平均輸出電壓平均輸出電壓Uo穩(wěn)態(tài)情況下，電感上一周期中的平均電壓為零。0*)(*)(conCSonStuU

28、tU或：或：0*)(*)(conoSonStUUtUSSconcononoUDDDUtttU221SconSonTtDTtDD21注:uLSUtiLtuGttontoffiMiCtCSuU tcon第59頁/共113頁(2) 平均輸出電流平均輸出電流IoRUDDDRUISOo221(3) 電感電流紋波電感電流紋波D DILSLLUdtdiLuonStLUMLiI DuLSUtiLtuGttontoffiMiCtCSuU tcon電感電流平均值電感電流平均值I L)(*221DDiIML輸出電流輸出電流Io22DiIMo第60頁/共113頁uLSUtiLtuGttontoffiMiCtCSuU

29、tconD2與系統(tǒng)參數(shù)的關(guān)系與系統(tǒng)參數(shù)的關(guān)系SSMLTDDDLUDDiI)(2)(*221121輸入功率=輸出功率，有：RUIUIUoOOLS2222121121)(2SSSUDDDRTDDDLU2/4112112kDDkD其中：SRTLk2第61頁/共113頁(4) 電容電壓紋波電容電壓紋波D DuCuLSUtiLtuGttontoffiMiCtCSuU tconIoDwonontttOLCdtIiCu)(1wt)(211oMwCIitCuD注意:onSMtLUi22DiIMosMoMwTDiIit2SSCUTDDDLCu*)2/1 (2122221D第62頁/共113頁uLuGSUiLiD

30、ttttCSuU tontoffiM(5) 電感電流臨界連續(xù)條件電感電流臨界連續(xù)條件RUIOoonSMtLUi電流臨界連續(xù)時電流臨界連續(xù)時:)1 (2DiIMo)1 (2DtLURUIonSOoSSSTDDLURDU)1 (2)1 (STRLDD2)1 (2電流臨界連續(xù)時電流臨界連續(xù)時:電感電流僅瞬間為零電感電流僅瞬間為零第63頁/共113頁(5) 電感電流臨界連續(xù)條件電感電流臨界連續(xù)條件STRLDD2)1 (2電流臨界連續(xù)時電流臨界連續(xù)時:電流連續(xù)時電流連續(xù)時:)1 (2DiiImMo)1 (2DiIMo電流連續(xù)條件電流連續(xù)條件:STRLDD2)1 (2電流斷續(xù)條件電流斷續(xù)條件:STRLDD

31、2)1 (2第64頁/共113頁優(yōu)點優(yōu)點1 1、電路簡單、電路簡單2 2、電源側(cè)電流波動小、電源側(cè)電流波動小缺點缺點1 1、負(fù)載側(cè)電流波動大、負(fù)載側(cè)電流波動大2 2、只能升壓、不能降壓、只能升壓、不能降壓升壓變換電升壓變換電路不宜在輸路不宜在輸出端開路情出端開路情況下工作況下工作!第65頁/共113頁1 1 升降壓變換電路結(jié)構(gòu)與工作原理升降壓變換電路結(jié)構(gòu)與工作原理T T導(dǎo)通時導(dǎo)通時, , uL=US , , 電感電流線性增加電感電流線性增加, ,電電感儲能增加感儲能增加, ,電源向電感轉(zhuǎn)移電能。電源向電感轉(zhuǎn)移電能。T T斷開時斷開時, , uL= - uC, , 電感電流減少電感電流減少, ,

32、電感儲電感儲能減少能減少, , 電感儲能向負(fù)載轉(zhuǎn)移電能。電感儲能向負(fù)載轉(zhuǎn)移電能。工作原理工作原理: : 控制控制T T通斷來控制電源向負(fù)載轉(zhuǎn)移電能通斷來控制電源向負(fù)載轉(zhuǎn)移電能升降壓變換電路結(jié)構(gòu)升降壓變換電路結(jié)構(gòu)升降壓變換電路升降壓變換電路IGBT實現(xiàn)實現(xiàn)第66頁/共113頁1 1 升降壓變換電路結(jié)構(gòu)與工作原理升降壓變換電路結(jié)構(gòu)與工作原理工作原理工作原理: :特殊情況特殊情況: : T T長期斷開時長期斷開時, ,輸出電壓輸出電壓uO=0。T T導(dǎo)通時間較長時導(dǎo)通時間較長時, ,電感電流將趨于無限大電感電流將趨于無限大, ,此時斷開此時斷開T T, ,將有無窮大能量轉(zhuǎn)移到負(fù)載將有無窮大能量轉(zhuǎn)移到

33、負(fù)載, ,輸出輸出電壓電壓uO也將趨于無限大也將趨于無限大。升降壓變換電路升降壓變換電路升降壓變換電路結(jié)構(gòu)升降壓變換電路結(jié)構(gòu)升降壓變換電路升降壓變換電路IGBT實現(xiàn)實現(xiàn)第67頁/共113頁. .電感電流連續(xù)電感電流連續(xù). .電感電流斷續(xù)電感電流斷續(xù)兩種情形兩種情形: :假設(shè)條件：1、器件是理想的（不考慮開關(guān)時間、導(dǎo)通壓降等）2、輸出濾波電容較大，輸出電壓基本平直升降壓變換電路升降壓變換電路第68頁/共113頁升降壓變換電路升降壓變換電路T T斷開、斷開、D D續(xù)流等效電路續(xù)流等效電路UG=0T T導(dǎo)通等效電路導(dǎo)通等效電路UG0電感電流連續(xù)電感電流連續(xù)iL0第69頁/共113頁uLSUtuGtt

34、ontoffiCtiMiLtim-uC升降壓變換電路升降壓變換電路T T導(dǎo)通等效電路導(dǎo)通等效電路T T斷開、斷開、D D續(xù)流等效電路續(xù)流等效電路第70頁/共113頁升降壓變換電路升降壓變換電路T T斷開、斷開、D D續(xù)流等效電路續(xù)流等效電路UG=0T T導(dǎo)通等效電路導(dǎo)通等效電路UG0電感電流斷續(xù)電感電流斷續(xù):存在存在iL=0時間段時間段T T斷開、斷開、D D斷開等效電路斷開等效電路UG=0第71頁/共113頁uLSUtiLtuGttoniCtiMtoff-uCtconT T斷開、斷開、D D續(xù)流等效電路續(xù)流等效電路T T導(dǎo)通等效電路導(dǎo)通等效電路T T斷開、斷開、D D斷開等效電路斷開等效電路

35、第72頁/共113頁升降壓變換電路升降壓變換電路uLuGSUiLiCtttttontoffiMim-uC(1) 平均輸出電壓平均輸出電壓Uo穩(wěn)態(tài)情況下，電感上一周期中的平均電壓為零。0*)(*)(offConStutU或或：0*)(*)(offoonStUtUSSoffonoUDDUttU1第73頁/共113頁升降壓變換電路升降壓變換電路uLuGSUiLiCtttttontoffiMim-uC(2) 平均輸出電流平均輸出電流IoRUDDRUISOo1(3) 電感電流紋波電感電流紋波D DILSLLUdtdiLuonStLUmMLiiIDT導(dǎo)通期間：第74頁/共113頁升降壓變換電路升降壓變換電

36、路uLuGSUiLiCtttttontoffiMim-uC(4)電容電壓紋波電容電壓紋波D DuC考慮Ioim情形:DontOCdtICu0)(1onotIC1SSCTDDURCu211DIoRUIOo第75頁/共113頁升降壓變換電路升降壓變換電路(1) 平均輸出電壓平均輸出電壓Uo穩(wěn)態(tài)情況下，電感上一周期中的平均電壓為零。0*)(*)(conConStutU或或：0*)(*)(conoonStUtUSScononoUDDUttU21uLuGSUiLiCtttttontoffiM-uCtcon第76頁/共113頁升降壓變換電路升降壓變換電路(2) 平均輸出電流平均輸出電流IoRUDDRUIS

37、Oo21(3) 電感電流紋波電感電流紋波D DILonStLUMLiIDSLLUdtdiLuT導(dǎo)通期間：uLuGSUiLiCtttttontoffiM-uCtcon第77頁/共113頁(4)電容電壓紋波電容電壓紋波D DuC|Io|uLuGSUiLiCtttttontoffiM-uCtconDwonontttOLCdtIiCu)(1)(211oMwCIitCuD注意:onSMtLUi22DiIMosMoMwTDiIit2SSCUTDDDLCu*) 2/1 (2122221Dtw第78頁/共113頁(5)電流臨界連續(xù)條件電流臨界連續(xù)條件uLuGSUiLiDttttCutontoffiMRUIOo

38、onSMtLUi電流臨界連續(xù)時電流臨界連續(xù)時:)1 (2DiIMo)1 (2DtLURUIonSOoSSSTDDLURDDU)1 (2)1 (STRLD2)1 (2電流臨界連續(xù)時電流臨界連續(xù)時:電感電流僅瞬間為零電感電流僅瞬間為零第79頁/共113頁(5)電流臨界連續(xù)條件電流臨界連續(xù)條件電流連續(xù)時電流連續(xù)時:)1 (2DiiImMo電流連續(xù)條件電流連續(xù)條件:STRLD2)1 (2)1 (2DiIMouLuGSUiLiCtttttontoffiMim-uCSTRLD2)1 (2電流臨界連續(xù)時電流臨界連續(xù)時:電流斷續(xù)條件電流斷續(xù)條件:STRLD2)1 (2第80頁/共113頁優(yōu)點優(yōu)點1 1、電路簡

39、單、電路簡單2 2、既能升壓、也能降壓、既能升壓、也能降壓缺點缺點1 1、電源側(cè)、負(fù)載側(cè)電流波動大、電源側(cè)、負(fù)載側(cè)電流波動大D2與電路參數(shù)關(guān)系請自行推導(dǎo)第81頁/共113頁優(yōu)點優(yōu)點: : 降壓、負(fù)載電流波動小降壓、負(fù)載電流波動小缺點：不能升壓、電源電流波動大缺點：不能升壓、電源電流波動大優(yōu)點優(yōu)點: : 升壓、電源電流波動小升壓、電源電流波動小缺點：不能降壓、負(fù)載電流波動大缺點：不能降壓、負(fù)載電流波動大優(yōu)點優(yōu)點: : 能升壓、降壓能升壓、降壓缺點：負(fù)載電流、電源電流波動大缺點：負(fù)載電流、電源電流波動大升降壓變換電路升降壓變換電路降壓變換電路降壓變換電路升壓變換電路升壓變換電路第82頁/共113頁

40、期望電路期望電路：能同時實現(xiàn)升壓、降壓：能同時實現(xiàn)升壓、降壓 能同時使電源電流、負(fù)載電流波動小能同時使電源電流、負(fù)載電流波動小庫克變換電路庫克變換電路第83頁/共113頁1 1 工作原理工作原理: :T T導(dǎo)通時導(dǎo)通時, , uL=US , , 電感電流線性增加電感電流線性增加, ,電感儲電感儲能增加能增加, ,電源向電感轉(zhuǎn)移電能。同時電容電源向電感轉(zhuǎn)移電能。同時電容C1上儲能向負(fù)載轉(zhuǎn)移。上儲能向負(fù)載轉(zhuǎn)移。T T斷開時斷開時, , 電感電流減少電感電流減少, ,電感儲能減少電感儲能減少, , 電感電感儲能向儲能向C1 、負(fù)載轉(zhuǎn)移電能。、負(fù)載轉(zhuǎn)移電能?？刂瓶刂芓 T通斷來控制電源向負(fù)載轉(zhuǎn)移電能通

41、斷來控制電源向負(fù)載轉(zhuǎn)移電能第84頁/共113頁1 1 工作原理工作原理: :特殊情況特殊情況: : T T長期斷開時長期斷開時, ,輸出電壓輸出電壓uO=0。T T導(dǎo)通時間較長時導(dǎo)通時間較長時, ,電感電流將趨于無限大電感電流將趨于無限大, ,此此時斷開時斷開T T, ,將有無窮大能量轉(zhuǎn)移到負(fù)載將有無窮大能量轉(zhuǎn)移到負(fù)載, ,輸出電壓輸出電壓uO也將趨于無限大也將趨于無限大。升降壓變換電路升降壓變換電路控制控制T T通斷來控制電源向負(fù)載轉(zhuǎn)移電能通斷來控制電源向負(fù)載轉(zhuǎn)移電能第85頁/共113頁. .電感電感L L2 2電流連續(xù)電流連續(xù). .電感電感L L2 2電流斷續(xù)電流斷續(xù)兩種情形兩種情形: :

42、假設(shè)條件：1、器件是理想的（不考慮開關(guān)時間、導(dǎo)通壓降等）2、濾波電容較大，輸出電壓基本平直庫克變換電路庫克變換電路第86頁/共113頁庫克變換電路庫克變換電路T T導(dǎo)通、導(dǎo)通、D D斷開等效電路斷開等效電路UG0T T斷開、斷開、D D續(xù)流等效電路續(xù)流等效電路UG=0第87頁/共113頁uL1SUtuGttontoffiL1tiM1im1uL2OCuu1tUS-uC1-uOiL2t庫克變換電路庫克變換電路T T導(dǎo)通、導(dǎo)通、D D斷開等效電路斷開等效電路T T斷開、斷開、D D續(xù)流等效電路續(xù)流等效電路第88頁/共113頁庫克變換電路庫克變換電路T T斷開、斷開、D D續(xù)流等效電路續(xù)流等效電路UG

43、=0T T斷開、斷開、D D斷開等效電路斷開等效電路UG=0T T導(dǎo)通、導(dǎo)通、D D斷開等效電路斷開等效電路UG0第89頁/共113頁uL1SUtuGttontofftiL1iM1uL2OCUu1t-uOUS-uC1iL2ttconT T導(dǎo)通、導(dǎo)通、D D斷開等效電路斷開等效電路T T斷開、斷開、D D續(xù)流等效電路續(xù)流等效電路T T斷開、斷開、D D斷開等效電路斷開等效電路第90頁/共113頁uL1SUtuGttontoffiL1tiM1uL2OCuu1t-uOiL2tUS-uC1tconT T導(dǎo)通、導(dǎo)通、D D斷開等效電路斷開等效電路T T斷開、斷開、D D續(xù)流等效電路續(xù)流等效電路T T斷開

44、、斷開、D D斷開等效電路斷開等效電路第91頁/共113頁庫克變換電路庫克變換電路(1) 平均輸出電壓平均輸出電壓Uo穩(wěn)態(tài)情況下，電感上一周期中的平均電壓為零。0*)(*)(1offCSonStUUtU0*)(*)(1offoonoCtUtUUSSoffonoUDDUttU1uL1uGSUiL1iL2tttttontoffiM1im1US-uC1uL2OCuu1t-uO第92頁/共113頁庫克變換電路庫克變換電路SoCUUU1SCUDU111(1) 平均輸出電壓平均輸出電壓UoSSoffonoUDDUttU1C1平均電壓滿足平均電壓滿足:穩(wěn)態(tài)時穩(wěn)態(tài)時C1電壓電壓高于電源電壓高于電源電壓第93頁

45、/共113頁庫克變換電路庫克變換電路(3) 電感電流紋波電感電流紋波D DiLSLLUdtdiLu222onStLU2222mMLiiIDuL1uGSUiL1iL2tttttontoffiM1im1-uOuL2SUt-uOIO(2) 輸出平均電流輸出平均電流IORUDDRUISOo1第94頁/共113頁庫克變換電路庫克變換電路(4) 輸出電壓紋波輸出電壓紋波D DuOuL1uGSUiL1iL2tttttontoffiM1im1-uOuL2SUt-uOIORUiRuidtduCiOLCLCC222222DD2/2/222)(1offonontttOLCOdtIiCuu2*2*21*122LsOI

46、TCuDDSSUCLDT2228第95頁/共113頁庫克變換電路庫克變換電路(1) 輸出平均電壓輸出平均電壓UOuL1uGSUiL1iL2tttttontoffiM1US-uC1uL2OCUu1t-uOtcon穩(wěn)態(tài)情況下，電感上一周期中的平均電壓為零。0*)(*)(1conCSonStUUtU0*)(*)(1conoonoCtUtUUSScononoUDDUttU21第96頁/共113頁(2) 電流臨界連續(xù)條件電流臨界連續(xù)條件因輸入輸出功率平衡，有因輸入輸出功率平衡，有：RUIUIUOOOLS21uL1uGSUiL1iL2tttttontoffiM1US-uC1uL2OCuu1t-uOim1i

47、m2iM2電流臨界連續(xù)時電流臨界連續(xù)時:im1=-im2庫克變換電路庫克變換電路第97頁/共113頁(2) 電流臨界連續(xù)條件電流臨界連續(xù)條件uL1uGSUiL1iL2tttttontoffiM1US-uC1uL2OCuu1t-uOim1im2iM22111MmLiiI因為：onSmMtLUii111SoUDDU1RUDDtLUiUSonSmS/)1()2(211SonSmURDDtLUi2211)1 (2因輸入輸出功率平衡，有因輸入輸出功率平衡，有：RUIUIUOOOLS21第98頁/共113頁(2) 電流臨界連續(xù)條件電流臨界連續(xù)條件uL1uGSUiL1iL2tttttontoffiM1US-

48、uC1uL2OCuu1t-uOim1im2iM2又：onSmMtLUii222SOoURDDRUI)1 ( RUiiOMm222SonSmURDDtLUi)1 (222因因Io=L2平均電流，有平均電流，有：222MmoiiI第99頁/共113頁(2) 電流臨界連續(xù)條件電流臨界連續(xù)條件電流臨界連續(xù)時：電流臨界連續(xù)時：im1=-im2)(212121LLRTLLDS電流臨界電流臨界連續(xù)條件連續(xù)條件)11 (1)11(221DDRUDDLLtUSonS#1、#2兩式相加SonSmURDDtLUi2211)1 (2（#1）SonSmURDDtLUi)1 (222（#2）第100頁/共113頁(2) 電流臨界連續(xù)條件電流臨界連續(xù)條件)(212121LLRTLLDS電流臨界連續(xù)條件：電流臨界連續(xù)條件：電流連續(xù)條件電流連續(xù)條件: :)(212121LLRTLLDS電流斷續(xù)條件電流斷續(xù)條件: :)(212121LLRTLLDS庫克變換電路庫克變換電路第101頁/共113頁庫克變換電路庫克變換電路優(yōu)點優(yōu)點1 1、既能升壓、也能降壓、既能升壓、也能降壓2 2、電源側(cè)、負(fù)載側(cè)電流波動小、電源側(cè)、負(fù)載側(cè)電流波動小缺點缺點1 1、電路稍復(fù)雜（多用一電感、一電容）、電路稍復(fù)雜（多用一電感、一電容）2 2、電容、電容C C2 2充放電電流波動大充放電電流波動大第1