第三章DCDC變換器1

電力電子技術(shù)

PowerElectronicTechnology第三章DC-DC變換器如圖所示，在變壓器的一次繞組施加交流電壓u1時(shí)，鐵芯內(nèi)磁通就變化，在二次繞組上就產(chǎn)生感應(yīng)電壓u2。如果設(shè)一、二次繞組匝數(shù)為w1、w2時(shí)，在二次繞組中產(chǎn)生的電壓可用下式表達(dá)：u1u2w1w2Φ如何改變直流電壓？第三章DC-DC變換器如下圖所示，通過(guò)串聯(lián)可變電阻改變直流電壓。R↑，則uL↓；R↓，則uL↑。在串聯(lián)電阻中也流過(guò)與負(fù)載電阻電流相同的電流，將產(chǎn)生大的損耗。利用上述原理，使用開(kāi)關(guān)器件，將直流電壓轉(zhuǎn)換成脈沖的形式，把這些脈沖組合在一起就得到了輸出電壓。無(wú)需加入電阻，降低損耗由于輸出電壓由一系列脈沖組成，波形看上去就好像被周期性的斬切了一樣。所以稱(chēng)為直流斬波器。第三章DC-DC變換器DC-DC變換器（DCConverter）將一定幅值的直流電變換成另一幅值的直流電的電力電子裝置。主要應(yīng)用于直流電壓變換（升壓、降壓、升降壓等）、開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)等場(chǎng)合。第三章DC-DC變換器理論上，按其變換功能可將DC-DC變換器分為以下4種基本類(lèi)型：1）降壓型DC-DC變換器，簡(jiǎn)稱(chēng)Buck變換器；2）升壓型DC-DC變換器，簡(jiǎn)稱(chēng)Boost變換器；3）升-降壓型DC-DC變換器，簡(jiǎn)稱(chēng)Boost－Buck變換器；4）降-升壓型DC-DC變換器，簡(jiǎn)稱(chēng)Buck－Boost變換器；工程上，依據(jù)輸入、輸出間是否有電氣隔離：有變壓器隔離型DC-DC變換器；無(wú)變壓器隔離型DC-DC變換器一般所說(shuō)幾種基本類(lèi)型的DC-DC變換器均指無(wú)變壓器隔離的3.1DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)工程上，一般將以開(kāi)關(guān)管按一定控制規(guī)律調(diào)制且無(wú)變壓器隔離的DC-DC變換器或輸入輸出頻率相同的AC-AC變換器統(tǒng)稱(chēng)為斬波器（Chopper）直流斬波器（DCChopper）交流斬波器（ACChopper）這種開(kāi)關(guān)管按一定調(diào)制規(guī)律通斷的控制為斬波控制1）脈沖寬度調(diào)制（PWM）

這種控制方式是指開(kāi)關(guān)管調(diào)制信號(hào)的周期固定不變，而開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通信號(hào)的寬度可調(diào)2）脈沖頻率調(diào)制（PFM）

這種控制方式是指開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通信號(hào)的寬度固定不變，而開(kāi)關(guān)管調(diào)制信號(hào)的頻率可調(diào)3.1DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)直流斬波器實(shí)際上是一類(lèi)基本的DC-DC變換器，按其直流輸入輸出相關(guān)量的大小關(guān)系（升、降、升-降、降-升），這種基本的DC-DC變換器可分為：

buck型DC-DC變換器

boost型DC-DC變換器

buck-boost型DC-DC變換器

boost-buck型DC-DC變換器3.1.1Buck型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)DC-DC變換器主要完成電壓變換或電流變換功能，那么如何完成這一變換呢？輸出電壓等于電源電壓輸出電壓等于零U0輸出電壓的平均值U0≤Ui實(shí)現(xiàn)了Buck型DC-DC變換器的基本功能3.1.1Buck型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)輸出電壓、電流脈動(dòng)的抑制電壓型DC-DC變換器電流型DC-DC變換器U0I0如何抑制電流、電壓的脈動(dòng)？3.1.1Buck型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)

為抑制輸出電壓脈動(dòng)，可在Buck型DC-DC變換器的基本原理電路中加入輸出濾波元件（如：電容C）L為抑制輸出電流脈動(dòng)，可在圖3-1b所示的基本原理電路中加入輸出濾波元件（如：電感L）如圖3-2b所示

3.1.1Buck型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)加入濾波元件后可能出現(xiàn)的問(wèn)題

3.1.1Buck型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)U0VT導(dǎo)通時(shí)兩不相等的電壓源短路I0VT關(guān)斷時(shí)兩不相等的電流源串聯(lián)產(chǎn)生較大的電流應(yīng)力產(chǎn)生較大的電壓應(yīng)力過(guò)電流損壞過(guò)電壓損壞L3.1.1Buck型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)在下圖的buck型DC-DC電壓變換電路中為了限制開(kāi)關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)的電流應(yīng)力，則將緩沖電感L串入開(kāi)關(guān)管VT的支路中3.1.1Buck型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)為串入電感建立續(xù)流回路雖然抑制了開(kāi)通時(shí)的電流應(yīng)力，但增加了關(guān)斷時(shí)的電壓應(yīng)力結(jié)構(gòu)完善的具有輸出濾波和緩沖環(huán)節(jié)的Buck型DC-DC電壓變換電路3.1.1Buck型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)在下圖所示的buck型DC-DC電流變換電路中，為了限制開(kāi)關(guān)管VT關(guān)斷時(shí)的電壓應(yīng)力，則將緩沖電容C并入開(kāi)關(guān)管VT的兩端

C3.1.1Buck型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)克服VT導(dǎo)通時(shí)電容兩端電壓突變問(wèn)題所產(chǎn)生的較大電流應(yīng)力結(jié)構(gòu)完善的具有輸出濾波和緩沖環(huán)節(jié)的Buck型DC-DC電流變換電路3.1.1Buck型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)緩沖電路或者緩沖單元緩沖電路或者緩沖單元（常設(shè)置在變換器中間）能量緩沖作用濾波元件（常設(shè)置在變換器的端部）濾波作用3.1.2Boost型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)忽略開(kāi)關(guān)管VT、濾波元件、緩沖元件的能量損耗，則輸入輸出功率相等Ui×Ii=U0×I0對(duì)于Buck電壓變換，Ui≥U0，則Ii≤I0，即在完成Buck電壓變換的同時(shí)完成了Boost電流變換3.1.2Boost型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)忽略開(kāi)關(guān)管VT、濾波元件、緩沖元件的能量損耗，則輸入輸出功率相等Ui×Ii=U0×I0對(duì)于Buck電流變換，Ii≥I0，則Ui≤U0，即在完成Buck電流變換的同時(shí)完成了Boost電壓變換3.1.2Boost型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)對(duì)于Buck電壓變換，Ui≥U0，則Ii≤I0，即在完成Buck電壓變換的同時(shí)完成了Boost電流變換開(kāi)關(guān)頻率足夠高Boost型DC-DC電流變換器考慮為電流變換器對(duì)于Buck電流變換，Ii≥I0，則Ui≤U0，即在完成Buck電流變換的同時(shí)完成了Boost電壓變換3.1.2Boost型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)頻率足夠高Boost型DC-DC電壓變換器考慮為電流變換器3.1.2Boost型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)Buck型電壓變換Buck型電流變換Boost型電流變換Boost型電壓變換對(duì)偶對(duì)偶如何構(gòu)造Boost-Buck變換器？3.1.3Boost-Buck型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)BoostBuck輸入輸出Boost-Buck型DC-DC變換器3.1.3Boost-Buck型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)Boost-Buck型DC-DC變換器的演化3.1.3Boost-Buck型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)Boost-Buck型DC-DC變換器的演化VT1、VT2同步3.1.3Boost-Buck型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)Boost-Buck型DC-DC變換器的演化3.1.3Boost-Buck型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)Boost-Buck型DC-DC變換器的演化3.1.3Boost-Buck型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)Boost-Buck型DC-DC變換器的演化公共參考點(diǎn)Boost-Buck型DC-DC電壓源變換器輸入電壓為反極性1976年美國(guó)加利福尼亞理工學(xué)院SlobodanCuk提出3.1.3Boost-Buck型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)為了克服Cuk變換器反極性的不足，相繼出現(xiàn)了同極性的Boost-Buck變換器，即Sepic變換器和Zeta變換器。Sepic變換器Zeta變換器Sepic變換器和Zeta變換器與Cuk變換器具有相同的穩(wěn)態(tài)電壓增益

M=D/(1-D)Sepic變換器的輸入輸出電流連續(xù)(較易濾波)Zeta變換器的輸入電流則斷續(xù)3.1.4Buck-Boost型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)Buck-Boost型DC-DC變換器的結(jié)構(gòu)演化反極性斬波電路升降壓DC-DC變換電路3.1.4Buck-Boost型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)3.1.4Buck-Boost型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)對(duì)比boost-buck型電壓變換器和buck-boost型電壓變換器電路可以看出：兩者的輸入輸出電壓極性均為反向極性相對(duì)