第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用

1、第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用第5章 DC-DC變換技術(shù)5.1 概述5.2 DC-DC變換器的基本電路拓?fù)?.3 帶變壓器隔離的DC-DC變換器原理5.4 PWM控制器原理返回第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用5.1 概述 將一個(gè)不受控制的輸入直流電壓變換成為另一個(gè)受控的輸出直流電壓稱(chēng)之為DC-DC變換。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電子設(shè)備的要求是：性能更加可靠；功能不斷增加；使用更加方便；體積日益減小。這些使DC-DC變換技術(shù)變得更加重要。目前，DC-DC變換器在計(jì)算機(jī)、航空、航天、水下行器、通信及電視等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)，這些應(yīng)用也促進(jìn)了DC-DC變換技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。 實(shí)現(xiàn)DC-DC變換有兩種模

2、式，一種是線性調(diào)節(jié)模式(Linear Regulator)，另一種是開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)模式（Switching Regulator）。第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用1 1、兩種調(diào)節(jié)模式及比較、兩種調(diào)節(jié)模式及比較線性調(diào)節(jié)器模式如圖5-1a所示，在這種模式中晶體管工作在線性工作區(qū)，其輸出電壓為 。晶體管模型可以用可調(diào)電阻RT等效，其等效電路如圖5-1b所示。顯然晶體管功率損耗為 。開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)模式如圖5-2a所示，其等效電路和輸出電壓如圖5-2b、5-2c所示。假設(shè)：晶體管關(guān)斷時(shí)， ；晶體管導(dǎo)通時(shí) ；則該晶體管為理想開(kāi)關(guān)（Ideal switch），在理想開(kāi)關(guān)情況下，晶體管損耗為零。兩種模式的電源方塊圖如圖5-3a

3、和圖5-3b所示。第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用 圖5-1 a 線性調(diào)節(jié)器模式 b 等效電路圖5-2a開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)模式圖 5-2b等效電路圖 5-2c輸出電壓第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用 a 線性模式電源框圖b 開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS: Switch-mode power supply)框圖圖5-3線性電源和開(kāi)關(guān)電源框圖第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用 開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)模式與線性調(diào)節(jié)模式相比具有明顯的特點(diǎn)： 1、功耗小、效率高。在DC-DC變換中，電力半導(dǎo)體器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，工作頻率很高，目前這個(gè)工作頻率已達(dá)到數(shù)百甚至1000KHz，這使電力半導(dǎo)體器件功耗減少、效率大幅度提高。 2、體積小、重量輕。由于頻率提高，使

4、脈沖變壓器、濾波電感、電容的體積、重量大大減小，同時(shí)，由于效率提高，散熱器體積也減小。還由于DC-DC變換無(wú)笨重的工頻變壓器，所以DC-DC變換體積小、重量輕。 3、穩(wěn)壓范圍寬。目前DC-DC變換中基本使用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)脈寬來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓，對(duì)輸入電壓變化也可調(diào)節(jié)脈寬來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，所以穩(wěn)壓范圍寬。 由于電力半導(dǎo)體器件工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，它所產(chǎn)生的電流和電壓會(huì)通過(guò)各種耦合途徑，產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。目前，許多國(guó)家包括我國(guó)對(duì)電子產(chǎn)品的電磁兼容性和電磁干擾制定了許多強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，任何電子產(chǎn)品如果不符合標(biāo)準(zhǔn)不得進(jìn)入市場(chǎng)。第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用 2 DC-DC變換分類(lèi)： 1）按激勵(lì)方式

5、劃分。由于電力半導(dǎo)體器件需要激勵(lì)信號(hào)，按激勵(lì)方式劃分為它激式和自激式兩種方式，它激式DC-DC變換中有專(zhuān)業(yè)的電路產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)控制電力半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)；自激式變換中電力半導(dǎo)體器件是作為振蕩器的一部分（作為振蕩器的振蕩管）。2） 按調(diào)制方式劃分。目前在變換中常使用脈寬調(diào)制和頻率調(diào)制兩種方式，脈寬調(diào)制PWM（pulse width modulation）是電力半導(dǎo)體器件工作頻率保持不變，通過(guò)調(diào)整脈沖寬度達(dá)到調(diào)整輸出電壓。頻率調(diào)制PFM（pulse frequent modulation）是保持開(kāi)通時(shí)間不變，通過(guò)調(diào)節(jié)電力半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)工作頻率達(dá)到調(diào)整輸出電壓。頻率調(diào)制在DC-DC變換器設(shè)計(jì)中由于易產(chǎn)生諧

6、波干擾、且濾波器設(shè)計(jì)困難。脈寬調(diào)制與頻率調(diào)制相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，目前在DC-DC變換中占據(jù)主導(dǎo)地位。還有混合式，即在某種條件下使用脈寬調(diào)制（PWM），在另一條件下使用頻率調(diào)制（PFM）。3）按儲(chǔ)能電感與負(fù)載連接方式劃分?？煞譃榇?lián)型和并聯(lián)型兩種。儲(chǔ)能電感串聯(lián)在輸入輸出之間稱(chēng)之為串聯(lián)型；儲(chǔ)能電感并聯(lián)在輸出與輸入之間稱(chēng)之為并聯(lián)型。第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用4）按電力半導(dǎo)體器件在開(kāi)關(guān)過(guò)程中是否承受電壓、電流應(yīng)力劃分?？煞譃橛查_(kāi)關(guān)和軟開(kāi)關(guān)。所謂軟開(kāi)關(guān)是指電力半導(dǎo)體器件在開(kāi)關(guān)過(guò)程中承受零電壓（ZVS）或零電流（ZIS）。5）按輸入輸出電壓大小劃分?？煞譃榻祲盒秃蜕龎盒?。6）按輸入與輸出之間是否有電氣隔離

7、劃分。可分為隔離型和不隔離型。隔離型DC-DC變換器按電力半導(dǎo)體器件的個(gè)數(shù)可分為：?jiǎn)喂蹹C-DC變換器單端正激（Forward）、單端反激(Flyback)；雙管DC-DC變換器雙管正激(Double transistor forward converter)、雙管反激（Double transistor flyback converter）、推挽電路（Push-pull converter）和半橋電路（Half-bridge converter）等；四管DC-DC變換器即全橋DC-DC變換器（Full-bradge converter）。不隔離型主要有降壓式（Buck）變換器、升壓式（Boo

8、st）變換器、升降壓式（Buck-Boost）變換器、Cuk變換器、Zeta變換器、Sepic變換器等。第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用3 3、 DC-DCDC-DC變換器的要求及主要技術(shù)指標(biāo)變換器的要求及主要技術(shù)指標(biāo) 1）輸入?yún)?shù)：輸入電壓及輸入電壓變化范圍；輸入電流及輸入電流變化范圍；2）輸出參數(shù)：輸出電壓及輸出電壓變化范圍；輸出電流及輸出電流變化范圍；輸出電壓穩(wěn)壓精度。輸出電壓穩(wěn)壓精度，包括兩個(gè)內(nèi)容:負(fù)載調(diào)整率，即負(fù)載效應(yīng)。指當(dāng)負(fù)載在0-100%額定電流范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓的變化量與輸出電壓額定值的比值。源效應(yīng)是指當(dāng)輸入電壓在規(guī)定范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓的變化量與輸出電壓額定值的比值。效率輸出

9、電壓紋波有效值和峰-峰值比功率（功率/重量）,是表征小型化的重要指標(biāo)。返回第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用5.2 DC-DC變換器的基本電路1 1 、BuckBuck電路電路 Buck電路又稱(chēng)為串聯(lián)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路，或降壓斬波電路。Buck變換器原理圖如圖5-5a所示。它有兩種基本工作模式，即電感電流連續(xù)模式CCM和電感電流斷續(xù)模式。電感電流連續(xù)是指輸出濾波電感電流總是大于零，電感電流斷續(xù)是指在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷期間有一段時(shí)間電感電流為零，這兩種狀態(tài)之間有一個(gè)臨界狀態(tài)，即在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷末期電感電流剛好為零。電感電流連續(xù)時(shí)，Buck變換器存在兩種開(kāi)關(guān)狀態(tài)；電感電流斷續(xù)時(shí)，Buck變換器存在三種開(kāi)關(guān)狀態(tài)；如圖5-5b

10、、c、d所示。 第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用圖5-5 Buck變換器原理圖及不同開(kāi)關(guān)狀態(tài)下的等效電路圖 第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用將圖5-6所示的方波信號(hào)加到功率半導(dǎo)體器件的控制極，功率半導(dǎo)體器件在控制信號(hào)激勵(lì)下，周期性的開(kāi)關(guān)。通過(guò)電感中的電流iL是否連續(xù)取決于開(kāi)關(guān)頻率、濾波電感和電容的數(shù)值。電感電流iL連續(xù)條件下其工作波形如圖5-6a所示。電路穩(wěn)定狀態(tài)下的工作分析如下：1）電感電流連續(xù)模式CCM（Continuous current mode）第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用圖5-6 Buck電路圖各點(diǎn)波形第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用開(kāi)關(guān)狀態(tài)1：Q導(dǎo)通t=0時(shí)刻，Q管被激勵(lì)導(dǎo)通，二極管D中的電流迅速轉(zhuǎn)

11、換到Q管。二極管D被截止，等效電路如圖5-5b所示，這時(shí)電感上的電壓為：若VO在這期間保持不變，則有：顯然即導(dǎo)通過(guò)程的電流變化：第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用開(kāi)關(guān)狀態(tài)2：Q關(guān)斷t=ton時(shí)刻，Q關(guān)斷，儲(chǔ)能電感中的電流不能突變，于是電感L兩端產(chǎn)生了與原來(lái)電壓極性相反的自感電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)使二極管D正向偏置，二極管D導(dǎo)通，儲(chǔ)能電感中儲(chǔ)存的能量通過(guò)二極管D向負(fù)載供電，二極管D的作用是續(xù)流，這就是二極管D被稱(chēng)為續(xù)流二極管的原因。等效電路如圖5-5c所示，這時(shí)電感上的電壓為：顯然即關(guān)斷過(guò)程的電流變化：第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用顯然，只有Q管導(dǎo)通期間（ton內(nèi)）電感L增加的電流等于Q管截止期間（toff時(shí)間內(nèi)

12、）減少的電流，這樣電路才能達(dá)到平衡，才能保證儲(chǔ)能電感L中一直有能量，才能不斷地向負(fù)載提供能量和功率。 考慮到 和 ，可得 因此，Buck電路輸出電壓平均值與占空比成正比，從0變到1，輸出電壓從0變到,且輸出電壓最大值不超過(guò)輸入電壓。第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用由于濾波電容上的電壓等于輸出電壓，電容兩端的電壓變化量實(shí)際上就是輸出電壓的紋波電壓 ， 的波形如圖5-6a所示。因?yàn)?，當(dāng) 時(shí)，C充電，輸出電壓vo升高；當(dāng) 時(shí)，C放電，輸出電壓vo下降，假設(shè)負(fù)載電流io的脈動(dòng)量很小而可以忽略，則 ，即電感的峰峰脈動(dòng)電流 即為電容C充放電電流。電容充電電荷量即電流曲線與橫軸所圍的面積 第5章DCDC變換技術(shù)

13、應(yīng)用 由式可知，降低紋波電壓，除與輸入輸出電壓有關(guān)外，增大儲(chǔ)能電感L和濾波電容C可以起到顯著效果，提高電力半導(dǎo)體器件的工作頻率也能收到同樣的效果。在已知 、Vd、Vo和f的情況下根據(jù)上述公式可以確定C和L的值。 設(shè)負(fù)載阻抗 ，則電感平均電流為：電感電流的最大值： 電感電流的最小值：第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用電感電流不能突變，只能近似的線性上升和下降，電感量越大電流的變化越平滑；電感量越小電流的變化越陡峭。當(dāng)電感量小到一定值時(shí)，在t=T時(shí)刻，電感L中儲(chǔ)藏的能量剛剛釋放完畢，這時(shí) ，此時(shí)的電感量被稱(chēng)為臨界電感，當(dāng)儲(chǔ)能電感L的電感量小于臨界電感時(shí)，電感中電流就發(fā)生斷續(xù)現(xiàn)象。LC即為臨界電感值，式中R

14、L為負(fù)載電阻。第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用2）電感電流斷續(xù)工作方式（Discontinuous current mode）圖5-6b給出了電感電流斷續(xù)時(shí)的工作波形，它有三種工作狀態(tài)：Q導(dǎo)通，電感電流iL從零增長(zhǎng)到 ；Q關(guān)斷，二極管D續(xù)流，iL從 降到零；Q和D均截止，在此期間iL保持為零，負(fù)載電流由輸出濾波電容供電。這三種工作狀態(tài)對(duì)應(yīng)三種不同的電路結(jié)構(gòu)，如圖5-2b、c、d所示。Q導(dǎo)通期間，電感電流從零開(kāi)始增長(zhǎng)，其增長(zhǎng)量為Q截止后，電感電流從最大值線性下降，在 時(shí)刻下降到零，其減小量為：第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用電感電流增長(zhǎng)量和電感電流減小量在穩(wěn)態(tài)時(shí)應(yīng)相等：電感電流連續(xù)時(shí)， ，電感電流斷續(xù)時(shí)，

15、。變換器輸出電流等于電感電流平均值：上式表明，電感電流斷續(xù)時(shí)， 不僅與占空比有關(guān)，而且與負(fù)載電流有關(guān)。1offonOonOdttLVtLVVTtTtTttttVVoffononoffonondO1dOdoffonLLVVVfLttiTQTI1221112dOVV第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用Buck電路MATLAB仿真Continuouspowerguiv+-Voltage Measurement1v+-Voltage MeasurementSeries RLC BranchScopeRPulseGeneratornode 10gmdsMosfetDiodeDC Voltage Sourcei+-

16、Current Measurement3i+-Current Measurement2i+-Current Measurement1i+-Current MeasurementC第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用BUCKBUCK變換器設(shè)計(jì)步驟變換器設(shè)計(jì)步驟 選擇續(xù)流二極管D。續(xù)流二極管選用快恢復(fù)二極管，其額定工作電流和反向耐壓必須滿足電路要求，并留一定的余量。 選擇開(kāi)關(guān)管工作頻率。最好工作頻率大于20KHZ，以避開(kāi)音頻噪聲。工作頻率提高可以減小L、C，但開(kāi)關(guān)損耗增大，因此效率減小。 開(kāi)關(guān)管可選方案：MOSFET、IGBT、GTR。 占空比選擇。為保證當(dāng)輸入電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，輸出電壓能夠穩(wěn)定，占空比一般選

17、0.7左右。 確定臨界電感。 ，電感選取一般為臨界電感的10倍。 確定電容。電容耐壓必須超過(guò)額定電壓；電容必須能夠傳送所需的電流有效值；電流有效值計(jì)算：電流波形為三角形，三角形高為 ，底寬為 ，因此電容電流有效值為： 根據(jù)紋波要求，確定電容容量。 確定連接導(dǎo)線。確定導(dǎo)線必須計(jì)算電流有效值（RMS）,電感電流有效值由下式給出： 由電流有效值確定導(dǎo)線截面積，由工作頻率確定穿透深度（當(dāng)導(dǎo)線為圓銅導(dǎo)線時(shí)，穿透深度為： ），然后確定線徑和導(dǎo)線根數(shù)。2Li2TfRLLC2)1 (32LiI2232/LLRMSLiIIf1 .66第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用2 2、 BoostBoost電路電路 Boost電

18、路如圖5-7a所示，等效電路如圖5-7b所示，工作波形圖如圖5-8所示。它是一升壓斬波電路，同Buck變換器一樣，Boost變換器也有電感電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作方式，電感電流連續(xù)時(shí)，存在兩種開(kāi)關(guān)狀態(tài)；電感電流斷續(xù)時(shí)，存在三種開(kāi)關(guān)狀態(tài)。電路穩(wěn)定狀態(tài)下的工作分析如下：第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:27-Jul-2000Sheet of File:D:licircuitlihong.ddbDrawn By:QDLCZVduciCioBoost電路圖iLQDLCZVduciCioiLQDLCZVduciCio

19、iLQDLCZVduciCioiLbQ導(dǎo)通Q關(guān)斷Q關(guān)斷時(shí)電感電流為零adc圖5-7 Boost電路及不同開(kāi)關(guān)狀況下等效電路第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用iLILmaxILminIiiLILmaxILminILminILmaxiQiDiCucUCttttttttttttILmaxILmaxILmaxiCuca 電感連流連續(xù)b 電感電流斷續(xù)000000000000IitontoffTtonTtoff-IOImax-IOVGEVGE-IOImax-IO圖5-8 Boost電路各點(diǎn)工作波形第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用 1) 電感電流連續(xù)模式CCM（Continuous current mode） 開(kāi)關(guān)狀態(tài)1

20、：Q導(dǎo)通 Q管導(dǎo)通，輸入電壓加到儲(chǔ)能電感L兩端，二極管D被反向截止，等效電路如圖5-7b所示，流過(guò)電感的電流： 開(kāi)關(guān)狀態(tài)2：Q截止 Q管截止，二極管正向偏置而導(dǎo)通，等效電路如圖5-7c所示電源功率和儲(chǔ)存在L中的能量通過(guò)二極管D輸送給負(fù)載和濾波電容C。此時(shí)流過(guò)電感的電流為：LVtidtdiLVdtdidtdiLVdonLLdLLdTLVtLVidondopenedL )(LVVtidtdiLVVdtdidtdiLVVOdoffLLOdLLOdTLVVtLVVidOoffdOclosedL)1 ()(第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用顯然，只有Q管導(dǎo)通期間（內(nèi)）儲(chǔ)能電感L增加的電流等于Q管截止期間（內(nèi)）減

21、少的電流，這樣電路才能達(dá)到平衡，才能保證儲(chǔ)能電感中一直有能量，才能不斷地向負(fù)載提供能量和功率。解得：表明Boost DC-DC變換器是一個(gè)升壓電路，當(dāng)占空比從零變到1時(shí)，輸出電壓從 變到任意大。設(shè)負(fù)載阻抗Z=RL，從能量守恒定律出發(fā)，輸出電流IO=VO/RL，電感平均電流即為輸入電流IL=Ii：dV1dOVVLdLddLdOLLOLdRVRVVRVVIRVIV222211第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用電感電流的最大值：電感電流的最小值：電感電流不能突變，只能近似的線性上升和下降，電感量越大電流的變化越平滑；電感量越小電流的變化越陡峭。當(dāng)電感量小到一定值時(shí)，在t=T時(shí)刻，電感L中儲(chǔ)藏的能量剛剛釋放完

22、畢，這時(shí) ，此時(shí)的電感量被稱(chēng)為臨界電感，當(dāng)儲(chǔ)能電感L的電感量小于臨界電感時(shí)，電感中電流就發(fā)生斷續(xù)現(xiàn)象。LTVRViIIdLdLLL2122maxLTVRVIIIdLdLLL2122min0minLI02122LTVRVdLdfRLLLC2)1 (2第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用濾波電容上的電壓等于輸出電壓，電容兩端的電壓變化量實(shí)際上就是輸出電壓的紋波電壓， 的波形如圖5-8a所示。若忽略負(fù)載電流脈動(dòng)，則在導(dǎo)通期間電容泄放電荷量應(yīng)等于在關(guān)斷期間電容充電電荷量，反映了電容峰-峰電壓脈動(dòng)量：由此可知，降低紋波電壓，除與輸出電壓有關(guān)外，增大濾波電容C可以起到顯著效果，提高電力半導(dǎo)體器件的工作頻率也能收到同

23、樣的效果。CUTItIUCQOonOCCfRVCTICQULOOC第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用2）電感電流斷續(xù)工作方式（Discontinuous current mode）Boost變換器在電感電流斷續(xù)時(shí)有三種開(kāi)關(guān)狀態(tài)：Q導(dǎo)通，電感電流從零增長(zhǎng)到 ；Q關(guān)斷，二極管D續(xù)流，電感電流從 降到零；Q和D均截止，電感電流保持為零，負(fù)載由輸出濾波電容供電。這三種工作狀態(tài)的等效電路如圖5-7b、c、d所示。Q導(dǎo)通期間，電感電流從零開(kāi)始增長(zhǎng)，其增長(zhǎng)量為：Q截止后，電感電流從 線性下降，并在時(shí)刻下降到零，即：maxLImaxLIondLopenedLtLVIimax)(maxLIoffontttmax()Od

24、LclosedLoffVViItL第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用式中 ，電感電流斷續(xù)時(shí) 若t=toff時(shí)電流恰好等于零，兩邊各自相加除以2得 即臨界電感電感電流臨界連續(xù)時(shí)的平均值 offoffondOtttVVTtoff1offdOLtLVVImaxmaxdLonVItLLfVIdLmaxLfVIIIdLiLG221max第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用Continuouspowerguiv+-Voltage Measurement1v+-Voltage MeasurementSeries RLC BranchScopeRPulseGeneratornode 10gmdsMosfetDiodeDC Vo

25、ltage Sourcei+-Current Measurement3i+-Current Measurement2i+-Current Measurement1i+-Current MeasurementC第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用3 3 、Buck-BoostBuck-Boost電路電路 圖5-9a 為Buck-Boost電路原理圖，它即能夠工作在Buck型，又能夠工作在Boost型。它的輸入電壓極性與輸出電壓極性相反，輸入為正時(shí)輸出為負(fù)，在Buck和Boost變換器中存在一個(gè)能量從電源流入負(fù)載的期間，而在Buck-Boost變換器中，能量首先儲(chǔ)存在電感中，然后再由電感向負(fù)載釋放能量。 第

26、5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用123456ABCD654321DCBAT itleN um berR evisionSizeBD ate:13-A ug-2000Sheet of File:D :licircuitlihong.ddbD raw n B y:QDCZVduciCioBuck-Boost電路圖iLbQ導(dǎo)通Q關(guān)斷Q關(guān)斷時(shí)電感電流為零adcLiDiuLQDCZVducioiLLiDiuLQDCZVduciCioiLLiDiuLQDCZVduciCioiLLiDiuLCi圖5-9 Buck-Boost電路原理圖第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用 1、電感電流連續(xù)模式CCM（Continuous cu

27、rrent mode） 在電感電流連續(xù)條件下，工作于圖5-9b、c所示的兩種狀態(tài)。 狀態(tài)1：Q導(dǎo)通 Q管導(dǎo)通，二極管D反偏關(guān)斷，能量從輸入電源流入，并存儲(chǔ)在電感L中，L上的電壓上正下負(fù)，等于輸入電壓，此時(shí)負(fù)載電流由慮波電容C提供，等效電路如圖5-9b所示。 在ton期間內(nèi)電感電流的增量為：dtdiLVLdLfVTLVtLViddondopenedL )(第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用 狀態(tài)2：Q關(guān)斷 在t=ton時(shí)刻，Q關(guān)斷，由于電感中電流不能突變，L上呈現(xiàn)的感應(yīng)電勢(shì),當(dāng)該感應(yīng)電勢(shì)超過(guò)輸出電壓VO時(shí)，二極管導(dǎo)通，電感L上存儲(chǔ)的能量通過(guò)D向負(fù)載和電容C釋放，補(bǔ)充了電容C在ton期間損失的能量，負(fù)載電

28、壓極性與輸入電壓極性相反，等效電路如圖5-9c所示，波形如圖5-10a所示。 電流按線性規(guī)律直線下降，電感電流的減少量為 顯然，電路平衡時(shí)，才能保證儲(chǔ)能電感L中一直有能量，才能不斷地向負(fù)載提供能量和功率。因此電流在開(kāi)通和關(guān)斷期間變化相等，得輸出電壓平均值 改變占空比就能獲得所需的輸出電壓。dtdiLVLOLfVLVTtLViOOoffOclosedL)1)1 ()(dOVV1第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用當(dāng) 時(shí)， ；當(dāng) 時(shí)， ，為升壓型；當(dāng) 時(shí)， ，為降壓型。這樣，就可以得到高于或低于輸入電壓的任何輸出電壓。在要求輸出電壓一定的情況下，容許輸入電壓有較大的變化都能夠工作。假設(shè)電路中所有的器件為理想

29、開(kāi)關(guān)，即變換器無(wú)功率損耗，輸入功率等于輸出功率，負(fù)載阻抗 ：由于輸入平均電流與電感平均電流有以下關(guān)系5 . 0dOUU5 . 0dOUU5 . 0dOUULRZ LOdRVIV2LII 第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用因此有：電感電流的最大值： 電感電流的最小值：當(dāng)電感電流的最小值為零時(shí)，電感為臨界電感：電容上的峰-峰脈動(dòng)電壓求法同Boost電路一樣，可得：2222211LdLddLdOLLOLdRVRVVRVVIRVIVLTVRViIIdLdLLL2122maxLTVRVIIIdLdLLL2122minfRLLLTVRVLCdLd2102122OLOVCTRVQCfRVCRTVVLOLOO第5章D

30、CDC變換技術(shù)應(yīng)用Q管截止時(shí)承受的反向電壓為：Q管開(kāi)通時(shí)，加于二極管D上的反向電壓為OdOdDVVVVV1OdOdQVVVVV1第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用2）電感電流斷續(xù)工作方式（Discontinuous current mode）圖5-10b給出了電感電流斷續(xù)工作時(shí)的主要波形，此時(shí)Book-Boost變換器有三種開(kāi)關(guān)狀態(tài)，Q導(dǎo)通，電感電流從零增長(zhǎng)到最大值；Q關(guān)斷，二極管續(xù)流，電感電流從最大值降到零；Q和D均截止，電感電流保持為零，負(fù)載由輸出濾波電容供電。這三種工作狀態(tài)的等效電路如圖5-9b、c、d所示。Q導(dǎo)通期間，電感電流從零開(kāi)始增長(zhǎng)，其增長(zhǎng)量為：Q截止后，電感電流線性下降，并在 時(shí)刻下降

31、到零，即：ondLopenedLtLVIimax)(offontttoffOLclosedLtLVIimax)(第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用因此有：式中 ，電感電流斷續(xù)時(shí)若t=toff時(shí)電流恰好等于零:兩邊各自相加后除以2得電感電流臨界連續(xù)時(shí)的平均值 offondOttVVTtoff1offOLtLVImaxmaxdLonVItLLfVIdLmaxLfVIIIdLiLG221max第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用BUCK-BOOST電路MATLAB仿真Continuouspowerguiv+-Voltage Measurement1v+-Voltage MeasurementSeries RLC Br

32、anchScopeRPulseGeneratornode 10gmdsMosfetDiodeDC Voltage Sourcei+-Current Measurement3i+-Current Measurement2i+-Current Measurement1i+-Current MeasurementC第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用4 4、 CukCuk電路電路由于Buck-Boost變換器的電感L在中間，其輸入和輸出電流的脈動(dòng)都很大。針對(duì)這一缺點(diǎn)，美國(guó)加州理工大學(xué)的Slobdan Cuk教授提出了單管Cuk變換器，該變換器使用了兩個(gè)電感，一個(gè)在輸入端，一個(gè)在輸出端，從而減小了電流脈動(dòng)。Cu

33、k變換器的電路形式如圖5-11a所示，在負(fù)載電流連續(xù)的條件下，工作波形圖如圖5-12a所示，其中L1、L2為儲(chǔ)能電感，Q為功率開(kāi)關(guān)管，D為續(xù)流二極管，C1為傳輸能量的耦合電容，C2為濾波電容。Cuk變換器能夠提供一個(gè)反極性、不隔離的輸出電壓，輸出電壓可高于或低于輸入電壓，而且其輸入電流和輸出電流都是連續(xù)的、非脈動(dòng)的，這些特點(diǎn)使Cuk變換器有著廣闊的應(yīng)用前景。第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:3-Sep-2000 Sheet of File:D:licircuitlihong.ddbDrawn By:QDL

34、C2ZVduciC2ioQ導(dǎo)通iL1bLCiC1121+-QDLC2ZVduciC2ioCuk電路圖iL1aLCiC1iD121+-QDLC2ZVduciC2ioQ關(guān)斷iL1cLCiD121+-QDLC2ZVducQ關(guān)斷時(shí)二極管電流為零dLC121+-圖5-11 Cuk變換器電路原理圖及等效電路第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用iL1IL1maxIL1minIiiL1IL2maxIL2miniL2iQ+iDvL1ttttttttttttIL1maxiL2iQ+iDa 電感連流連續(xù)b 電感電流斷續(xù)000000000000tontoffTtonTtoffVGEVGEiQIL1minVinVoVinVoIL

35、2maxIL2miniDVoVinVinVoIoIi+IoiQiDvL2圖5-12 CUK變換器工作波形第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用 模式1：Q導(dǎo)通 Q導(dǎo)通，L1儲(chǔ)能，C1電容上的電壓使D反偏置，電容通過(guò)負(fù)載Z和L2傳輸能量，負(fù)載獲得反極性電壓，L2、C2儲(chǔ)能。由電路可知，在這種電路結(jié)構(gòu)中，Q管和二極管D是同步工作的，Q導(dǎo)通，D截止；Q截止，D導(dǎo)通。 L1的電流增量為： 從輸出回路來(lái)看，在ton期間，C1供電，L2儲(chǔ)能，若C1的足夠大，可忽略C1上的壓降，則L2上的電壓為 ，L2中的電流以 的速率線性上升，在ton期間，L2的電流增量為： OCVV121)(LVVOCTLVtLVidondL11

36、1)(11222( )COCOLonVVVVitTLL 第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用模式2：Q關(guān)斷 在toff期間，Q截止，D導(dǎo)通，電容C1被充電，L1通過(guò)C1和D向C1充電儲(chǔ)能，同時(shí)L2向負(fù)載釋放能量，在這種電路結(jié)構(gòu)中，無(wú)論在ton期間還是在toff期間都從輸入向負(fù)載傳輸能量，只要電感L1、L2和電容C1足夠大，輸入輸出電流基本上是平滑的。在toff期間C1充電，在ton期間C1向負(fù)載放電，可見(jiàn)C1起著傳遞能量的作用。在toff期間，L1釋放能量，L1上的壓降 ，L1中的電流以 的速率線性下降，L1的電流減量為：1CdVV 11LVVCdoffCdLtLVVi111)(第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)

37、用從輸出回路來(lái)看，在toff期間，由于D導(dǎo)通，L2釋放能量，則L2上的電壓為-VO，L2中的電流以 的速率線性下降，在toff期間，L2的電流減量為：在穩(wěn)定狀態(tài)下，電感L1電流變化量應(yīng)相等 L2中電流變化量應(yīng)相等 TLVtLViOoffOL)1 ()(2222LVO211212OConOCoffOVVtLVVtLV12111111doffondCoffCdondVttVVtLVVtLV第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用若C1足夠大，在導(dǎo)通、截止期間上的電壓可認(rèn)為近似不變（只有很小的頂降），則有 假設(shè)電路中所有的器件為理想開(kāi)關(guān)，即變換器無(wú)功率損耗，輸入功率等于輸出功率，負(fù)載阻抗Z=RL，輸入平均電流Ii

38、即為電感L1平均電流IL11dOVV222222111LdLddLdOLLOLdRVRVVRVVIRVIV第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用電感L1電流的最大值： 電感L1電流的最小值： 臨界電感： 輸出平均電流即電感L2的平均電流：L2電感電流的最大值：12211max1212LTVRViIIdLdLLL12211min1212LTVRViIIdLdLLLfRLLLTVRVLCdLd2121211122LOLORVII2fLRVLTVRViIILdOLOLLL2222max221112)1 (2第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用電感電流的最小值：臨界電感：下面來(lái)看電容C2的峰-峰脈動(dòng)電壓。假設(shè)負(fù)載電流的脈動(dòng)

39、量很小而可以忽略，即電感的峰-峰脈動(dòng)電流即為電容充放電電流。fLRViIILdLLL222max221112LCLRfLLfLR212112222222CQVVCQCC8|22222TiTiQSLL22222288fCLVfCiCQVdLC第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用CUK電路MATLAB仿真Continuouspowerguiv+-Voltage Measurement3v+-Voltage Measurement2v+-Voltage Measurement1v+-Voltage MeasurementScopeRPulseGeneratornode 10gmdsMosfetL2L1Diod

40、eDC Voltage Sourcei+-Current Measurement3i+-Current Measurement2i+-Current Measurement1i+-Current MeasurementC2C1第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用返回第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用5.3 隔離的DC-DC變換器原理在實(shí)際應(yīng)用中，有許多場(chǎng)合需要輸出電壓和輸入電壓隔離，或需要多路輸出，此時(shí)需要高頻變壓器來(lái)完成這些功能。 1、 單端DC-DC變換器原理及設(shè)計(jì) 上一節(jié)介紹的四種基本類(lèi)型的變換器加上變壓器隔離后，可以引申出各種類(lèi)型的單端變換器：Buck型引申為Forward型（單端正激）變換器；Boos

41、t型引申為Fly-back型（單端反激）變換器 。第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用1）Fly-back（單端反激）變換器原理 Fly-back（單端反激）變換器原理圖如圖5-13所示。在工作過(guò)程中，變壓器起了儲(chǔ)能電感的作用，實(shí)際上是耦合電感，用普通導(dǎo)磁材料作鐵芯時(shí)，鐵芯必須留有氣隙，保證在最大負(fù)載電流時(shí)鐵芯不會(huì)飽和。Fly-back（單端反激）變換器由于電路簡(jiǎn)單，所用器件少，適于多路輸出場(chǎng)合應(yīng)用。123456ABCD654321DCBATitleNumberR evisionSizeBDate:20-M ar-2001Sheet of File:F:李 宏 電 路 圖 DISANTUDrawn B

42、y:VC CTQD1CRN1 N2ipisVO*圖5-13 Fly-back變換器原理第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用和BOOST變換器一樣，F(xiàn)ly-back（單端反激）變換器也有電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作方式，僅僅是連續(xù)和斷續(xù)的定義不同。BOOST變換器只有一個(gè)電感，F(xiàn)ly-back變換器是耦合電感，對(duì)原邊繞組的自感來(lái)講，它的電流不可能連續(xù)，因?yàn)楣β示w管斷開(kāi)后電流必然為零，這時(shí)必然在次級(jí)繞組的自感中引起電流，故對(duì)Fly-back變換器來(lái)講，電流連續(xù)是指變壓器兩個(gè)繞組的合成安匝在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中不為零，與此相反即為電流斷續(xù)。第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用開(kāi)關(guān)狀態(tài)1：Q導(dǎo)通等效電路如圖5-14a所示，在時(shí)，功

43、率晶體管的門(mén)極被激勵(lì)而導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓加到變壓器的初級(jí)繞組兩端，由于變壓器對(duì)應(yīng)的極性，次級(jí)繞組下正上負(fù)，二極管截止，次級(jí)繞組中沒(méi)有電流流過(guò)，負(fù)載電流由濾波電容提供。此時(shí)只有變壓器原邊繞組工作，變壓器相當(dāng)于一個(gè)電感，設(shè)繞組N1的電感量為L(zhǎng)1，繞組N2的電感量為L(zhǎng)2，則管導(dǎo)通期間流過(guò)初級(jí)繞組N1的電流為： 123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:20-Mar-2001Sheet of File:F:李宏電路圖DISANTUDrawn By:VINTQD1CRN1 N2VO*VINTQD1CRN1 N2VO*VINTQD1CRN1 N2VO*

44、abc圖5-14 Fly-back變換器不同開(kāi)關(guān)狀態(tài)的等效電路圖1( )INpVittL第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用t=ton時(shí)，電流ip達(dá)到最大值ipmax t=ton時(shí)，功率晶體管Q截止，如圖2-14b所示，原邊繞組開(kāi)路，次級(jí)繞組的電壓極性上正下負(fù)，二極管D導(dǎo)通，導(dǎo)通期間儲(chǔ)存在變壓器中的能量通過(guò)二極管向負(fù)載釋放，同時(shí)向電容充電。此時(shí)變壓器只有副邊繞組工作，Q管截止期間流過(guò)次級(jí)繞組的電流為：t=T時(shí)，副邊電流is達(dá)到最小值： 0minsIoffOsstLVII2maxmintLVItiOss2max)(max1INPonVItL第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用t=T時(shí)刻，Ismin=0表示導(dǎo)通期間儲(chǔ)

45、存的磁場(chǎng)能量剛好釋放完畢；Ismin0表示導(dǎo)通期間儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量還沒(méi)有釋放完；IsminW3，則去磁時(shí)間小于開(kāi)通時(shí)間 即開(kāi)關(guān)管的工作占空比 。 如果W1W3，Q管電壓大于2倍輸入電壓；W1W3，Q管電壓小于2倍輸入電壓。 為了充分提高占空比和減小Q兩端電壓，必須折衷選擇。一般選W1=W3，這時(shí) ， ，而Q管電壓等于2倍輸入電壓。 由于單端正激變換器（Forword）變換器實(shí)際上是一個(gè)隔離的BUCK變換器，因此其輸入和輸出關(guān)系為： 主要波形見(jiàn)圖5-18所示。onrontTtonrontTt5 . 0Tton5 . 0TtonoffonrttT5 . 0maxTtonINOVWWV12第5章DCD

46、C變換技術(shù)應(yīng)用VbeiLfiW3ttttt00000tontoffTuW1VININVWW31TriMiW1IO圖5-18 主要波形第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用Ansoft仿真第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用09.002.004.006.009.80m10.00m9.85m9.90m9.95m變壓器一次電流ip Lp1.I A-200.00m31.4010.0020.009.80m10.00m9.85m9.90m9.95m變壓器二次電流is -1.00 * ls.I A062.75m20.00m40.00m9.80m10.00m9.85m9.90m9.95m變壓器復(fù)位繞組電流iw3 Lp2.I A-9

47、45.00300.04-500.00-250.0009.80m10.00m9.85m9.90m9.95m變壓器一次繞組電壓 Lp1.V V-5.001.25k250.00500.00750.001.00k9.80m10.00m9.85m9.90m9.95m功率管ds電壓 MOS1.V V第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用 3) 3) 單端變換器的磁復(fù)位技術(shù)單端變換器的磁復(fù)位技術(shù) 使用單端隔離變壓器之后，變壓器磁芯如何在每個(gè)脈動(dòng)工作磁通之后都能恢復(fù)到磁通起始值，這是產(chǎn)生的新問(wèn)題，稱(chēng)為去磁復(fù)位問(wèn)題。因?yàn)榫€圈通過(guò)的是單向脈動(dòng)激磁電流，如果沒(méi)有每個(gè)周期都作用的去磁環(huán)節(jié)，剩磁通的累加可能導(dǎo)致出現(xiàn)飽和。這時(shí)開(kāi)關(guān)導(dǎo)

48、通時(shí)電流很大；斷開(kāi)時(shí)，過(guò)電壓很高，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)器件的損壞。 剩余磁通實(shí)質(zhì)是磁芯中仍殘存有能量，如何使此能量轉(zhuǎn)移到別處，就是磁芯復(fù)位的任務(wù)。具體的磁芯復(fù)位線路可以分成兩種： 一種是把鐵芯殘存能量自然的轉(zhuǎn)移，在為了復(fù)位所加的電子元件上消耗掉，或者把殘存能量反饋到輸入端或輸出端；另一種是通過(guò)外加能量的方法強(qiáng)迫鐵芯的磁狀態(tài)復(fù)位。具體使用那種方法，可視功率的大小、所使用的磁芯磁滯特性而定。最典型的兩種磁芯磁滯特性曲線如圖5-19所示。第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用HBBr-Br0HBBr-Br0圖5-19 典型的兩種磁芯磁滯特性曲線第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用 在磁場(chǎng)強(qiáng)度H為零時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的多少是由鐵芯材料決定

49、。圖5-19a的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br比圖5-19b小，圖5-19a一般是鐵氧體、鐵粉磁芯和非晶合金磁芯，圖5-19b一般為無(wú)氣隙的晶粒取向鎳鐵合金鐵芯。 對(duì)于剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br較小的鐵芯，一般使用轉(zhuǎn)移損耗法。轉(zhuǎn)移損耗法有線路簡(jiǎn)單、可靠性高的特點(diǎn)。對(duì)于剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br較高的鐵芯，一般使用強(qiáng)迫復(fù)位法。強(qiáng)迫復(fù)位法線路較為復(fù)雜。 簡(jiǎn)單的損耗法磁芯復(fù)位電路是由一只穩(wěn)壓管和二極管組成，穩(wěn)壓管和二極管與變壓器原邊繞組或和變壓器副邊繞組并聯(lián)，磁芯中殘存能量由于穩(wěn)壓管反向擊穿導(dǎo)通而損耗，它具有兩種功能，既可以限制功率開(kāi)關(guān)管過(guò)電壓又可以消除磁芯殘存能量。在實(shí)際應(yīng)用中由于變壓器從原邊到副邊的漏電感（寄生電感）存在，

50、這個(gè)電感中也有存儲(chǔ)的能量，因此一般把穩(wěn)壓管和二極管與變壓器原邊繞組并聯(lián)連結(jié)。這種電路只適用于小功率變換器中，如圖5-20所示。 第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:1-Apr-2001 Sheet of File:F:李宏電路圖lihong.ddbDrawn By:T1DZD1QD2D3C1L1VVINOC2*圖5-20將變壓器鐵芯的儲(chǔ)能反饋到變換器的輸出端 第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用大功率去磁電路一般使用將變壓器鐵芯的儲(chǔ)能反饋到輸入電源或變換器輸出端。使用這種復(fù)位方法，變壓器鐵芯的儲(chǔ)能幾乎沒(méi)有損耗（或者說(shuō)

51、損耗較?。┳儞Q器變換效率是很高的。圖5-17的復(fù)位繞組就是將變壓器鐵芯的儲(chǔ)能反饋到輸入電源，圖5-20將變壓器鐵芯的儲(chǔ)能反饋到變換器的輸出端。在圖5-20中，穩(wěn)壓管接在變壓器的原邊，如上所述，它有兩種功能，由于消耗在穩(wěn)壓管的能量很小，在這里主要是起箝位作用，鐵芯的儲(chǔ)能通過(guò)連結(jié)在變壓器的副邊二極管D3反饋到變換器輸出端，一般將D3與電容C連結(jié)，如果將D3與高阻抗的電感連結(jié)會(huì)在變壓器的原邊繞組和副邊繞組出現(xiàn)一個(gè)很高的電壓尖峰脈沖。第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:1-Apr-2001 Sheet of Fil

52、e:F:李宏電路圖lihong.ddbDrawn By:T1DZD1QD2D3C1L1VVINOC2*DZD1QD2D3L1VVINOC2*NNs -NrrT圖5-21 恒流源復(fù)位第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用當(dāng)變壓器鐵芯中的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br較大時(shí)使用圖5-21進(jìn)行復(fù)位。由于在變換器輸出端均有濾波電感，可以把它看作恒流源，因此使用恒流源和附加繞組Nr復(fù)位。在變壓器副邊中增加一個(gè)中間抽頭形成繞組Nr，通過(guò)D3與電感連結(jié)即可。在單端變換器中，引起開(kāi)關(guān)引力高的主要原因是開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)漏感引起的開(kāi)關(guān)管集電極和發(fā)射極之間電壓突然升高，抑制開(kāi)關(guān)管應(yīng)力的方法有兩個(gè)，一是減小漏電感，二是耗散過(guò)電壓的能量，或者是能

53、量反饋到電源中。減小漏電感主要靠工藝，耗散過(guò)電壓的能量要依靠與電感并聯(lián)的R、C緩沖器，或與開(kāi)關(guān)并聯(lián)的R、C緩沖器。能量反饋回電源要依靠附加的線圈和定向二極管。第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用2 2、推挽式、推挽式DC-DCDC-DC變換器（變換器（PUSH-PULLPUSH-PULL）推挽式（PUSH-PULL）DC-DC變換器由推挽逆變器和輸出整流濾波電路構(gòu)成，因此推挽DC-DC變換器是屬于DC-AC-DC變換器。變壓器兩個(gè)原邊繞組匝數(shù)相等為W11=W12=W1,副邊繞組匝數(shù)為W2。1)推挽逆變器Q1和Q2 180o互補(bǔ)導(dǎo)通工作圖5-23a、b是和 180o互補(bǔ)導(dǎo)通工作時(shí)的波形。當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)，電源

54、電壓Vin加在W11上，當(dāng)Q2導(dǎo)通時(shí)，電源電壓Vin加在W12上，因此繞組W2中的電勢(shì)為一個(gè)寬度為180o的交變方波，幅值 。Q1關(guān)斷時(shí)，它的集電極和發(fā)射極之間電壓為同理，Q2關(guān)斷時(shí)，它的集電極和發(fā)射極之間電壓為inVWW12inCEQVV21inCEQVV22第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:5-Apr-2001 Sheet of File:F:李宏電路圖lihong.ddbDrawn By:QQDDTrVin1212W11W12W2vo圖5-22推挽式逆變器主電路第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用Q1Q2vo

55、iRdttttinVWW12LdinRVWW122TTa 1800方波，電阻負(fù)載Q1Q2voiRdttttinVWW122TTb 1800方波，電感負(fù)載T43T4TQ1Q2voiRdttttinVWW122TTc 小于1800方波，電阻負(fù)載ontLdinRVWW12Q1Q2voiLttttinVWW122TTc 小于1800方波，電感負(fù)載ont圖5-23 推挽式（PUSH-PULL）逆變器主要波形第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用輸出端接電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流波形和電壓波形相同；輸出端接電感負(fù)載時(shí)，若電感量為L(zhǎng)，則電感電流iL波形為三角波，電流以VO/L斜率上升，也以VO/L斜率下降。電流最大值為 ，f

56、s為逆變器開(kāi)關(guān)頻率。（ ）期間，Q1導(dǎo)通，輸出電壓VO為正，iL為正，電源能量向負(fù)載傳送；（ ）期間， iL為正，VO變負(fù)，負(fù)載向電源回饋能量，此時(shí)D2續(xù)流；（ ）期間，Q2導(dǎo)通，iL變負(fù)， VO為負(fù)，電源能量向負(fù)載傳送；（ ）期間，iL為負(fù)，VO為正，負(fù)載向電源回饋能量，此時(shí)D1續(xù)流。顯然，純電阻負(fù)載時(shí)只有開(kāi)關(guān)管中有電流流過(guò)，感性負(fù)載時(shí)開(kāi)關(guān)管和二極管中都有電流流過(guò)。sOOLfVTLV222,4TT43,2TTTT,434, 0T第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用Q1和Q2 導(dǎo)通小于180o工作如果Q1和Q2導(dǎo)通時(shí)間減少，則輸出電壓為寬度小于180o的方波，若輸出端接電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流波形和電壓波形

57、相同；輸出端接電感負(fù)載時(shí)，若電感量為L(zhǎng)，則電感電流iL波形為三角波，Q1 導(dǎo)通，電流上升；Q1關(guān)斷，電感電流iL經(jīng)D2續(xù)流，電流以斜率下降。D2續(xù)流，使Vin加在W12上，在W2繞組上，電壓極性反向，如圖中陰影部分所示。如果Q1和Q2 導(dǎo)通時(shí)間分別大于T/4，則在感性負(fù)載時(shí)，輸出電壓VO為180o的交變方波，不再受Q1和Q2 導(dǎo)通時(shí)間的影響。第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用Ansoft仿真推挽逆變器180度工作方式第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用-5.00600.00200.00400.009.90m10.00m9.92m9.94m9.96m9.98m功率管mos1的ds電壓 MOS1.V V電阻負(fù)載，占

58、空比50%，匝比1：1：1第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用電阻負(fù)載，占空比20%，匝比1：1：1第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用感性負(fù)載，占空比20%，匝比1：1：1第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用感性負(fù)載，占空比30%，匝比1：1：1第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用2 2）推挽）推挽DC-DCDC-DC變換器變換器圖5-24是推挽式DC-DC變換器的主電路，整流二極管DR1和DR2的左側(cè)是逆變電路，右側(cè)是整流、濾波電路。輸出整流電路有三種基本類(lèi)型：全波整流電路、全橋整流電路和倍流整流電路。全波整流電路適用于輸出電壓較低的場(chǎng)合，可以減小整流電路中的通態(tài)損耗，全橋整流電路適用于輸出電壓較高的場(chǎng)合，可以降低整流管的電壓額

59、定值。圖中為全波整流電路，Lf是輸出濾波電感，Cf是輸出濾波電容。推挽直流變換器可看成是兩個(gè)Forword變換器的組合，這兩個(gè)Forword變換器的開(kāi)關(guān)管輪流導(dǎo)通，故變壓器鐵芯是交變磁化的。全波整流電路變壓器副邊有兩個(gè)繞組，他們的匝數(shù)相等，圖中還接有續(xù)流管DFW，但也可不接。 第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用圖5-24推挽式DC-DC變換器主電路第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用 圖5-25是推挽直流變換器的主要波形。在Q1或Q2導(dǎo)通期間，變壓器副邊繞組中感應(yīng)電勢(shì)為vw2，電壓脈沖寬度決定于Q1或Q2的導(dǎo)通時(shí)間ton，幅值為 ，為一交流電。該電壓經(jīng)整流管整成一個(gè)直流方波電壓。濾波電感電流在電流連續(xù)時(shí)為三角波

60、，圖中給出了流過(guò)DR1、DR2和DFW的電流波形。 設(shè)Q1或Q2的導(dǎo)通時(shí)間為ton，則 電感電流連續(xù)時(shí)輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為： 可以看出，若輸入是恒定的沒(méi)有紋波，則輸出同樣也是恒定的沒(méi)有紋波。對(duì)于多路輸出的開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，這一點(diǎn)是特別重要的。這也是為什么把降低輸出電壓紋波的重點(diǎn)和精力都放在降低輸入電壓紋波的原因所在。inVWW12第5章DCDC變換技術(shù)應(yīng)用tQ1Q2tinVWW12)(2221WWvvtinVWW12DFWvtLfitt1DRi2DRitQ1Q2tinVWW12)(2221WWvvtinVWW12DFWvtLfittt1DRi2DRiDFWiabtQ1Q2tinVWW12