第十講DCDC變換(一)

第九講直流斬波電路分析直流斬波電路（DCChopper）將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電也稱為直接直流--直流變換器（DC/DCConverter）一般是指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟?，不包括直流—交流—直流?xí)慣上，DC—DC變換器包括以上兩種情況，且甚至更多地指后一種情況

直流斬波電路的種類6種基本斬波電路：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路，其中前兩種是最基本的電路復(fù)合斬波電路——不同基本斬波電路組合多相多重斬波電路——相同結(jié)構(gòu)基本斬波電路組合斬波電路三種控制方式T不變，變ton—脈沖寬度調(diào)制（PWM）。ton不變，變T—頻率調(diào)制。ton和T都可調(diào)，改變占空比—混合型。2此種方式應(yīng)用最多第2章介紹過：電力電子電路的實質(zhì)上是分時段線性電路的思想?；凇胺侄尉€性”的思想，對降壓斬波電路進(jìn)行解析。分V處于通態(tài)和處于斷態(tài)初始條件分電流連續(xù)和斷續(xù)第五章直流/直流變換器5.1直流/直流降壓變換器(Buck變換器)5.2直流/直流升壓變換器(Boost變換器)5.3直流升壓-降壓變換器(Buck-Boost變換器)5.4直流升壓-降壓變換器(Cuk變換器)5.5帶隔離變壓器的直流/直流變換器工作原理外特性元器件選擇和設(shè)計5.1降壓變換器（Buck變換器）

Ui=100VUo=50VIo=10A設(shè)計要求：直流變換器

Ui=100VUo=50VIo=10A設(shè)計要求：直流變換器：電阻分壓=UoIo/UiIo=Uo/Ui

=50/100=50%Ploss=5010=500(W)UR=100-50=50(V)效率太低!!!無法自動穩(wěn)壓!

Ui=100VUo=50VIo=10A設(shè)計要求：直流變換器：線性模式=UoIo/UiIo=Uo/Ui

=50/100=50%UQ=100-50=50(V)效率太低!!!無法自動穩(wěn)壓!PQ=UQ

IQ=5010=500(W)可以自動穩(wěn)壓!

Ui=100VUo=50VIo=10A設(shè)計要求：直流變換器：開關(guān)模式Ton：導(dǎo)通時間Ts：開關(guān)周期D：占空比50V

Ui=100VUo=50VIo=10A設(shè)計要求：Qon:PQ(on)=Vces

Io0

100%Ploss

0Qoff:PQ(off)=VinIceo0直流變換器：開關(guān)模式可以自動穩(wěn)壓!

效率很高！濾波器續(xù)流二極管DBuck變換器降壓式變換器LfCf工作原理外特性元器件選擇和設(shè)計5.1Buck變換器QON工作原理：電感電流連續(xù)ABQOFF工作原理：電感電流連續(xù)AB輸入電壓與輸出電壓之間的關(guān)系工作原理：電感電流連續(xù)占空比脈沖寬度調(diào)制(Pulse-WidthModulation)脈沖頻率調(diào)制Pulse-FrequencyModulation輸出電流平均值濾波電感電流脈動值（即紋波電流）提問：當(dāng)Ui和Uo一定時，如果負(fù)載電流變化，電感電流脈動是否變化？工作原理：電感電流連續(xù)工作原理：電感電流斷續(xù)電感電流臨界連續(xù)據(jù)圖可知電感電流連續(xù)臨界電流值，即有負(fù)載最小電流：ILfmin=0Buck變換器的元器件參數(shù)選擇已知條件：輸入電壓Ui(變化范圍)

輸出電壓Uo

輸出電流Io

輸出電壓穩(wěn)定精度輸出電壓紋波元器件參數(shù)選擇：功率晶體管二極管濾波電感濾波電容變換效率的近似計算雙極性晶體管如果fs>20kHz，可近似認(rèn)為其導(dǎo)通損耗等于開關(guān)損耗。功率MOSFET如果fs<100kHz，可忽略其開關(guān)損耗。功率晶體管選擇：類型開關(guān)頻率晶體管類型選擇功率管類型<20kHz20~50kHz>50kHz低頻功率管開關(guān)功率管功率MOSFET如果功率較大，可選用IGBT。功率晶體管電壓和電流應(yīng)力平均電流：峰值電流：電壓應(yīng)力：功率晶體管ICM>2IQPU(BR)ceo>2Ui二極管類型選擇開關(guān)二極管、快恢復(fù)二極管或者FRED；二極管類型選擇輸出電壓較低時，如5V以下，需要采用功率MOSFET來替代整流二極管，即同步整流。電壓低于40V時，可選用肖特基二極管；二極管電壓和電流應(yīng)力平均電流：有效值電流近似值：電壓應(yīng)力：UDR>2Ui濾波電感量的計算ΔILf過小，Lf太大。ΔILf過大，Lf太損耗太大，且Uo脈動大。工程上一般取ΔILf=20%Io。在10%Io時，電感電流連續(xù)。濾波電容量的計算輸出電流脈動很小ΔILf全部流過電容電容電壓變化量（即紋波電壓值）為26

全控型器件若為晶閘管，須有輔助關(guān)斷電路。續(xù)流二極管負(fù)載出現(xiàn)的反電動勢典型用途之一是拖動直流電動機(jī)，也可帶蓄電池負(fù)載。思考上圖中Uo，Io計算式是怎樣的？討論例題5-1：設(shè)計Buck變換器，電源電壓Vs=147-220V，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%，且最小負(fù)載時電感電流連續(xù)。試確定L、C、開關(guān)管T和二極管D。提問：課后習(xí)題1-3、5-827功率晶體管電壓和電流應(yīng)力平均電流：峰值電流：電壓應(yīng)力：功率晶體管ICM>2IQPU(BR)ceo>2Ui二極管電壓和電流應(yīng)力平均電流：有效值電流近似值：電壓應(yīng)力：UDR>2Ui濾波電感量的計算ΔILf過小，Lf太大。ΔILf過大，Lf太損耗太大，且Uo脈動大。工程上一般取ΔILf=20%Io。在10%Io時，電感電流連續(xù)。濾波電容量的計算輸出電流脈動很小ΔILf全部流過電容電容電壓變化量（即紋波電壓值）為工作原理外特性元器件選擇和設(shè)計5.2Boost變換器QON電感電流連續(xù)(1)QOFF電感電流連續(xù)(2)輸入電壓與輸出電壓之間的關(guān)系電感電流連續(xù)(3)電感電流斷續(xù)(1)電感電流臨界連續(xù)(1)當(dāng)電感電流連續(xù)臨界電流值，即有負(fù)載最小電流（因為Toff期間負(fù)載才有電流）ILbmin=0平均輸入電流：峰值電流：電壓應(yīng)力：功率晶體管ICM>2IQPU(BR)ceo>2Uo功率晶體管元器件選擇和設(shè)計有效值電流近似值：電壓應(yīng)力：平均電流：二極管UBR>2Uo電感量：升壓電感臨界連續(xù)輸出電流：Uo恒定Ui恒定電容量：濾波電容輸出電壓紋波：電容放電電容充電討論例題5-2：設(shè)計Boost變換器，電源電壓Vs=10-30V，最大輸出功率100w，負(fù)載最大電流2.08A，最小輸出功率10W，最小負(fù)載電流0.208A，開關(guān)頻率40kHz。要求輸出恒值電壓Vo=48V；紋波小于1%，且最小負(fù)載時電感電流連續(xù)。試確定L、C、開關(guān)管T和二極管D。提問：課后習(xí)題1-3、5-842電感電流臨界連續(xù)(1)當(dāng)電感電流連續(xù)臨界電流