第三章02-升壓型直流變換

第三節(jié)升壓型開關(guān)直流穩(wěn)壓電源將一個(gè)直流電壓Ui轉(zhuǎn)換成另一個(gè)直流電壓U0，且Ui<U0該電路工作在周期狀態(tài):T=ton+toffVT—高頻晶體開關(guān)管，工作在：導(dǎo)通飽和狀態(tài)、截止?fàn)顟B(tài)VD—續(xù)流二極管，當(dāng)開關(guān)管VT截時(shí)，VD提供一個(gè)稱為“續(xù)流”電流的通路L—儲(chǔ)能電感C—濾波電容RL—等效負(fù)載電阻Ui—輸入直流電壓，該電壓大小不穩(wěn)定或者有紋波U0—輸出直流電壓，紋波小，穩(wěn)定。第三章直流變換器一、工作原理1.在VT導(dǎo)通期間ton（見圖2）VT導(dǎo)通飽和，VD受反壓而截止UVT＝1V左右

uL＝ui此時(shí)，電源向電感提供能量，電感儲(chǔ)能；電容C向負(fù)載RL提供能量，該電路的帶負(fù)載的能力比降壓型的弱導(dǎo)通期的電流流向：iL直線上升，

ton期間，流過電感電流的增加量：電感L中磁場(chǎng)儲(chǔ)能:iL=iVT2.在VT截止期間toffVT截止，VD導(dǎo)通電源Ui和電感L都向負(fù)載RL供電，同時(shí)電容儲(chǔ)能。UVD＝1V左右Uo＝Ui＋ULUL＝Uo-UiiL直線下降，toff期間iL的減小量：UVD＝1V左右Uo＝Ui＋ULUL＝Uo-Ui由于：T>toff；所以Uo>Ui二、輸入、輸出電壓的關(guān)系式三、升壓系數(shù)當(dāng)輸入電壓變化時(shí)，可以通過閉合的反饋控制回路自動(dòng)地調(diào)整占空比D來使輸出電壓u0維持不變。為了維持輸出電壓u0穩(wěn)定不變，反饋控制回路可以采用以下三種調(diào)制方式：

1.脈沖寬度調(diào)制PWM：方波的周期T保持不變，改變脈沖寬度ton來穩(wěn)定輸出電壓。2.脈沖頻率調(diào)制PFM：保持方波的寬度ton不變，改變脈沖頻率（即周期T）以穩(wěn)定輸出電壓。

3.混合調(diào)制方式：靠同時(shí)改變方波的寬度ton和脈沖周期T（頻率）來維持輸出電壓。反饋控制電路的作用：

1、驅(qū)動(dòng)大功率開關(guān)管：按需要的脈沖寬度，高頻開關(guān)工作，使主電路正常運(yùn)行。

2、按照主電路所需輸出量的大小，調(diào)節(jié)占空比，使主電路輸出合適的輸出電壓，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。四、升壓型開關(guān)電源的效率不考慮VT和VD的開關(guān)損耗，把電感和電容看成理想器件VT的導(dǎo)通飽和壓降UVT＝1VVD的導(dǎo)通飽和壓降UVD＝1VVD在toff期間的導(dǎo)通損耗功率為IiUVD，在一個(gè)周期內(nèi)的平均導(dǎo)通損耗功率為：VT在ton期間的導(dǎo)通損耗功率為IiUVT，在一個(gè)周期內(nèi)的平均導(dǎo)通損耗功率為：將(2)式代入(1)式得將(4)式代入(3)式得設(shè)Ui=280V,則五、儲(chǔ)能電感L電感量的計(jì)算：該電路有三種工作狀態(tài)：(電感電流)連續(xù)工作狀態(tài)（CCM）（電感電流）臨界工作狀態(tài)（Critical)（電感電流）不連續(xù)工作狀態(tài)（DCM）流過儲(chǔ)能電感的電流iL剛剛不出現(xiàn)間斷時(shí)所需的儲(chǔ)能電感量為最小電感量，即臨界狀態(tài)時(shí)的電感量。

當(dāng)電路進(jìn)入平衡狀態(tài)之后儲(chǔ)能電感在toff期間所釋放的電荷總量為：負(fù)載在一個(gè)周期內(nèi)獲得電荷總量為：根據(jù)電荷守恒定律，兩者應(yīng)相等，即由此便可得到儲(chǔ)能電感電流的平均值與負(fù)載電流平均值的關(guān)系為：把（1）式代入（2）式得：因?yàn)閷ⅲ?）式代入（3）式得：將（5）式變成：將（6）式代入（7）式得：注：升壓、降壓型等開關(guān)電路，其原理是針對(duì)瞬時(shí)電壓考慮的。當(dāng)用脈沖頻率調(diào)制時(shí)，我們采用上面（5）式計(jì)算臨界電感量，當(dāng)輸入的電壓是有脈動(dòng)的電壓值，取出輸入電壓的最大值Uimax和最小值Uimin，算出臨界狀態(tài)的電感量的最大值L臨界max和最小值L臨界min。若要求電路工作在不連續(xù)狀態(tài)，選略小于L臨界min量。對(duì)待不同的輸入電壓是靠輸出反饋回來的控制電路控制占空比得到同一輸出電壓值。若要工作在一般連續(xù)工作狀態(tài)，電感要選略大于L臨界max的電感量。六、功率晶體管T的選擇：1.流過晶體管的最大集電極電流icp>iLp2.晶體管集一射極間所需承受的最大峰值電壓ucep>u03.開關(guān)頻率與電路的工作頻率一樣

晶體管的飽和壓降要小七、續(xù)流二極管VD的選擇：1.流過二極管的最大電流為：2.ton期，VD截止，受反向電壓u0，選擇uRM>u0正向?qū)▔航敌『头聪蚧謴?fù)時(shí)間tm短的二極管作為續(xù)流二極管。八、升壓型電路的優(yōu)缺點(diǎn)：

1、這種電路和交流電網(wǎng)之間直接連接，沒有電的隔離。2、其帶負(fù)載的能力比降壓型的弱。升壓型電路在晶體管導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓不加在負(fù)載上，只由電容對(duì)負(fù)載供電；降壓型電路在晶體管截止時(shí)，輸入電壓不加在負(fù)載上，由電感和電容同時(shí)對(duì)負(fù)載供電。無論是升壓型電路，還是降壓型電路，都是靠改變占空比D來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的，由于由硬件實(shí)現(xiàn)的占空比D的變化范圍有限，輸出電壓與輸入電壓不會(huì)差別太大。故常用于穩(wěn)壓。例題1已知：升壓型開關(guān)穩(wěn)壓器，輸入U(xiǎn)i為40V，輸出Uo為48V，輸出功率8w。求：1）升壓系數(shù)，輸出電流，負(fù)載電阻。2）設(shè)開關(guān)頻率為40K，求導(dǎo)通期和截止期。3）求臨界狀態(tài)下的電感量。

4）若要工作在連續(xù)狀態(tài)，求電感量的取值范圍。

5）晶體管在一個(gè)周期內(nèi)所受電壓，并畫出其電壓波形。解：1）2）3）4）L>5）導(dǎo)通期ton，UVT＝0截止期toff，UVT＝UL＋Ui＝U0=48V6）二極管：imax最大電壓三極管：最大電壓最大C極電流例題2升壓型開關(guān)穩(wěn)壓器，若輸入是三相橋式整流成的直流電壓（三相交流電的有效值為380V），經(jīng)升壓開關(guān)穩(wěn)壓后，輸出的電壓為600V，功率為6KW，設(shè)開關(guān)頻率為40KHz。求：1）畫出整流后電壓的波形，求出整流后電壓的峰值和谷值。2）求輸出電流和負(fù)載電阻。3）求導(dǎo)通期ton和截止期toff。4）問占空比D在哪個(gè)變化范圍內(nèi)變化?5）求臨界狀態(tài)下電感量的Lmax和Lmin(脈寬調(diào)制)

。一、工作原理1.輪換導(dǎo)電情況：.VD1,VD2,VD3,VD4,VD5,VD6,組成三相橋式整流電路VD1,VD2,VD3共陽極，連到e點(diǎn)；VD4,VD5,VD6共陰極，連到d點(diǎn)。，a點(diǎn)電位最高，VD4導(dǎo)通，，b點(diǎn)電位最高，VD5導(dǎo)通，

，c點(diǎn)電位最高，VD6導(dǎo)通，每個(gè)二極管導(dǎo)電120o，d點(diǎn)電位為的波頂連線。（1）VD4,VD5,VD6共陰極二極管的導(dǎo)電規(guī)律：那個(gè)二極管的陽極電位最高，其對(duì)應(yīng)的二極管導(dǎo)通。（2）共陽極二極管的導(dǎo)電規(guī)律為：VD1,VD2,VD3那個(gè)二極管的陰極電位最低，其對(duì)應(yīng)的二極管導(dǎo)電。（120o期間），c點(diǎn)電位最低，VD3導(dǎo)通，（120o期間），a點(diǎn)電位最低，VD1導(dǎo)通，b點(diǎn)電位最高，VD2導(dǎo)通是二極管的自然換流點(diǎn)。故一周內(nèi)，為的負(fù)的波頂連線2整流電壓波形：以變壓器中點(diǎn)接地，a,b,c三點(diǎn)的電位波形就是三相相電壓波形：

0～wta：最高，VD6導(dǎo)通；最低，VD2導(dǎo)通；電流流向：c—VD6—d—感性負(fù)載—e—VD2—b整流后的輸出電壓：

wta~wtc’:VD2，VD4導(dǎo)通，

wtc’~wtb:VD3,VD4導(dǎo)通

wtb~wta’，VD3導(dǎo)通wta’~wtc:VD1,VD5導(dǎo)通wtc~wtb’:VD1導(dǎo)通，wtb’~wta:輸出電壓波形圖線電壓波形的波頂連線解：1）Ui(峰值）=547.2Ui(谷值）=364.8

2）求輸出電流和負(fù)載電阻。3）求交流電有效值為380V時(shí)的導(dǎo)通期ton和截止期toff的變化范圍。4）問占空比D在哪個(gè)變化范圍內(nèi)變化?5）求臨界狀態(tài)下電感量的Lmax和Lmin(脈寬調(diào)制)。例題2升壓型開關(guān)穩(wěn)壓器，若輸入是三相橋式整流成的直流電壓（三相交流電的有效值為380