DC-DC变换电路原理演示幻灯片.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,DC/DC变换电路,3.2,基本的直流斩波电路,3.3,复合斩波电路,3.4,变压器隔离的直流直流变换器,3.1,直流PWM控制技术基础,返回,1,第3章 DC/DC变换电路,直流变换,将直流电能(DC)转换成另一固定电压或电压可调的直流电能。,基本的直流变换电路：,降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、库克变换电路,重点：,电路结构、工作原理及主要数量关系,2,第3章 DC/DC变换电路,直流变换,将直流电能(DC)转换成另一固定电压或电压可调的直流电能。,直流变换电路,完成直流变换的电路。,直流变换器,实现直流变换的装置。,3,3.1直流PWM控制技术基础,3.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念,直流变换问题的提出,直流调速：需要可变的直流电压,直流供电电压一定，而负载需要不同电压,直流升压：太阳能电池输出电压较低，需要,变换到较高电压再变换为直流,4,3.1直流PWM控制技术基础,3.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念,（1）开关管T导通时，R两端电压,u,o,=U,S,开关管仅两种工作状态：,导通与断开,开关管IGBT导通条件：,U,G,0,基本的直流变换电路,i,o,U,S,i,S,u,o,R,T,开关管T导通等效电路,i,o,U,S,i,S,u,o,R,T,5,3.1直流PWM控制技术基础,3.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念,（2）开关管T断开时，R两端电压,u,o,=0,开关管仅两种工作状态：,接通与断开,开关管IGBT断开控制：,U,G,=0,基本的直流变换电路,i,o,U,S,i,S,u,o,R,T,开关管T断开等效电路,i,o,U,S,i,S,u,o,R,T,6,3.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念,R两端平均电压：,控制一周期中导通时间比例可控制输出平均电压,开关管IGBT控制电压,R两端电压波形,基本的直流变换电路,i,o,U,S,i,S,u,o,R,T,7,3.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念,定义上述电路中,导通占空比,D,为:,通过控制占空比控制输出电压,R两端,平均电压：,导通占空比,占空比,导通比,8,改变,占空比,D,有三种基本方法：,3.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念,脉冲频率调制,(PFM),维持,t,on,不变，改变,T,S,。改变,T,S,就改变了输出电压周期或频率。,t,on,T,S1,u,t,t,on,T,S2,u,t,9,改变占空比,D,有三种基本方法：,3.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念,脉冲宽度调制(PWM),维持,T,S,不变，改变,t,on,在这种方式中，输出电压波形的周期不变，仅改变脉冲宽度。,有利于滤波器的设计,t,on1,T,S,u,t,t,on2,T,S,u,t,10,改变占空比,D,有三种基本方法：,3.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念,混合脉冲宽度调制,脉冲周期,T,S,与宽度,t,on,均改变。,广义的脉冲宽度调制技术包含上述三种控制方式,t,on1,T,S,u,t,t,on2,T,S2,u,t,11,1面积等效原理,PWM应用的理论基础,自动控制理论,冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。,形状不同而冲量相同的各种窄脉冲,3.1.2 PWM技术基础,e,(,t,),t,d,(,t,),e,(,t,),t,5,0.2,e,(,t,),t,0.2,10,e,(,t,),t,0.1,20,冲量=窄脉冲面积,12,实验电路,R,L,e,(,t,),i,(,t,),冲量相同的各种窄脉冲的响应波形,i,(,t,)=?,冲量=1,e,(,t,),t,5,0.2,e,(,t,),t,d,(,t,),e,(,t,),t,0.2,10,e,(,t,),t,0.1,20,(a),(b),(c),(d),(d),(c),(b),(a),13,1面积等效原理,比较RL电路对,冲量相同而形状不同,窄脉冲的响应波形可知，输出波形大致相同,进一步说,响应波形的低频成份基本相同。,上述原理可以称为,面积等效原理,。根据该原理，将平均值为,u,p,的一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲加到包含惯性环节的负载上，将与施加幅值为,u,p,的恒定直流电压所得结果基本相同，这样一来就,可用一列脉冲波形代替直流波形,。,14,除了直流波形可用PWM波形来代替外，根据面积等效原理可以进一步推出，可以,在一段时间内按一定规则生成PWM波形来代替所需的任何波形,1面积等效原理,如用正弦脉冲宽度调制波形来代替正弦波,SPWM,15,2直流PWM波形的生成方法,生成PWM波形有多种方法，常见有,计算法,、,调制法,等。,计算法,是在每个时间段，利用计算机技术直接计算出当前所需要的脉冲宽度，进而据此对电力电子器件进行开关控制而获得PWM波形。,调制法,是利用高频载波信号与期望信号相比较来确定各脉冲宽度信息进而生成PWM波形。,16,调制法生成PWM波形典型框图：,返回,2直流PWM波形的生成方法,u*,R,:调制信号,u,C,:载波信号,载波信号频率远大于调制信号频率,17,3.2基本的直流变换电路,3.2.1,降压斩波电路,3.2.2,升压斩波电路,3.2.3,升降压斩波电路,3.2.4,库克变换电路,返回,18,3.2基本的直流,变换,电路,基本的直流变换电路：,降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、库克变换电路,介绍内容：,1、电路结构,2、工作原理,3、主要波形,4、基本数量关系,19,3.2基本的直流斩波电路,3.2.1 降压变换电路,降压变换电路输出电压的平均值低于输入直流电压，又称为Buck型变换器。,?D、L、C作用,降压变换电路IGBT实现,U,S,i,S,i,L,u,o,i,o,R,L,C,T,D,U,S,i,S,i,L,u,o,i,o,R,L,C,S,D,降压变换电路结构,20,3.2.1 降压变换电路,1 降压变换电路工作原理,（1）,T,导通情形,电感电压,u,L,=,U,S,u,o,，在该电压的作用下，电感电流,i,L,线性增长，电感储能增加,电源能量向电感、负载传递,U,S,i,S,i,L,u,o,i,o,R,L,C,T,D,T,导通等效电路,U,S,i,S,i,L,u,o,i,o,R,L,C,T,D,21,3.2.1 降压变换电路,1 降压变换电路工作原理,（2）,T,断开情形-电流连续,电感电压,u,L,=,u,o,，,在该电压的作用下，电感电流,i,L,线性下降，电感储能减少,电感储能,向电容、负载转移,U,S,i,S,i,L,u,o,i,o,R,L,C,T,D,T,断开等效电路（,i,L,0),D,U,S,i,S,i,L,u,o,i,o,R,L,C,T,22,3.2.1 降压变换电路,1 降压变换电路工作原理,（2）,T,断开情形-电流断续,电感电压,u,L,=,0，,电容向负载供电,电容储能,向负载转移,T,一周期中导通时间愈长，,向电感转移的能量愈多，向负载转移的能量也愈多，即输出电压愈高,控制开关管导通占空比可控制输出电压,U,S,i,S,i,L,u,o,i,o,R,L,C,T,D,T,断开等效电路（,i,L,=0),i,L,D,U,S,i,S,u,o,i,o,R,L,C,T,23,3.2.1 降压变换电路,1 降压变换电路工作原理,输出电压在0电源电压之间可调,降压变换电路,特殊情形：,T,常断开,特殊情形：,T,常导通,U,S,i,S,i,L,u,o,i,o,R,L,C,T,D,稳态：电感电压,u,L,=,0,负载电压,u,0,=0,稳态：电感电压,u,L,=,0,负载电压,u,0,=,U,S,24,2 主要波形分析,3.2.1 降压变换电路,理论基础电路理论,基本方法分段线性分析,（重点是根据开关情况确定等效电路）,假设条件：,1、器件是理想的（不考虑开关时间、导通压降等）,2、输出滤波电容较大，输出电压基本平直,25,2 主要波形电感电流连续情形,电感电流连续情形：,i,L,0,降压电路,T,导通等效电路,u,G,0,T,断开等效电路,u,G,=0,26,2 主要波形电感电流连续情形,数学模型:,初值条件?,假设,u,C,=,U,o,=常数,i,L,线性增加,u,G,t,u,L,t,i,L,i,M,i,m,t,i,C,t,T,导通等效电路,+,u,o,-,+,u,L,-,T,导通波形,27,2主要波形电感电流连续情形,数学模型:,初值条件?,假设,u,C,=,U,o,=常数,i,L,线性减少,t,off,i,L,u,G,t,t,on,u,L,t,i,C,t,i,m,t,i,M,T,断开等效电路,+,u,o,-,+,u,L,-,主要波形,28,3 主要数量关系电感电流连续情形,(1)平均输出电压,U,o,(2)平均输出电流,I,o,表现系统主要性能指标的量：,(3)电感电流纹波,D,I,L,(4)负载电压纹波,D,U,O,主要器件承受的电压、电流等量可根据波形确定,29,3 主要数量关系电感电流连续情形,u,L,u,G,i,L,i,C,i,m,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M,(1)平均输出电压,U,o,稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。,或：,30,u,L,u,G,3 主要数量关系电感电流连续情形,i,L,i,C,i,m,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M,(2)输出平均电流,I,o,I,O,(3)电感电流纹波,D,I,L,31,u,L,u,G,3 主要数量关系电感电流连续情形,i,L,i,C,i,m,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M,I,O,(4)电感电流极值,i,M,、,i,m,?,稳态情况下，电容上一周期中的平均电流为零。,电流连续时:,电感平均电流,=负载平均电流,32,3 主要数量关系电感电流连续情形,(5)电容电压纹波,D,u,C,u,G,i,L,i,m,t,t,t,on,t,off,i,M,I,O,i,C,t,D,u,C,t,u,C,U,O,33,3 主要数量关系电感电流连续情形,（5）电容电压纹波,D,u,C,注意：,结论：,1：增加LC,电压纹波减少,2：开关频率高，电压纹波小,3：,D,=0.5，电压纹波达到峰值,34,3 主要数量关系电感电流连续情形,5、电容电压纹波,D,u,C,记：,纹波系数：,35,4 主要波形电感电流断续情形,电感电流断续情形：,在一段时间内,i,L,=0,降压电路,T,导通等效电路,u,G,0,T,断开、D续流等效电路,u,G,=0,u,G,=0,T,断开、D断开等效电路,36,4 主要波形电感电流断续情形,数学模型:,初值条件,假设,u,C,=,U,o,=常数,i,L,线性增加,u,G,t,u,L,t,i,L,i,M,t,i,C,t,T,导通等效电路,+,u,o,-,+,u,L,-,37,4 主要波形电感电流断续情形,数学模型:,初值条件,假设,u,C,=,U,o,=常数,i,L,线性减少,t,t,t,t,u,L,u,G,i,L,i,C,t,on,t,off,i,M,t,con,T,断开、,D,续流等效电路,+,u,o,-,+,u,L,-,38,4 主要波形电感电流断续情形,数学模型:,初值条件,u,C,=,U,o,=常数,i,C,维持不变,u,L,u,G,i,L,i,C,t,t,t,t,t,on,t,off,t,con,i,M,T,断开、D断开等效电路,+,u,o,-,39,5 主要数量关系电感电流断续情形,（1）平均输出电压,U,o,稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。,或：,u,L,u,G,i,L,i,C,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M,t,con,注意：,t,con,与电路参数、,t,on,有关,40,5 主要数量关系电感电流断续情形,（1）平均输出电压,U,o,u,L,u,G,i,L,i,C,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M,t,con,记,电压变换比：,41,5 主要数量关系电感电流断续情形,(2)输出平均电流,I,o,(3)电感电流纹波,D,I,L,u,L,u,G,i,L,i,C,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M,t,con,I,O,电流断续时:,42,5 主要数量关系电感电流断续情形,u,L,u,G,i,L,u,C,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M,t,con,(4)电容电压纹波,D,u,C,I,O,t,t,2,t,1,注意：,43,5 主要数量关系电感电流断续情形,(4)电容电压纹波,D,u,C,注意：,=？,44,5 主要数量关系电感电流断续情形,D,2,与系统参数关系,u,L,u,G,i,L,i,C,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M,t,con,电感平均电流=负载平均电流,电感平均电流,I,L,:,电压变换比,45,5 主要数量关系电感电流断续情形,D,2,与系统参数关系,电压变换比,注意到：,注意,最后有：,46,(5)电感电流临界连续条件,电流临界连续:,电感电流仅瞬间为零,u,L,u,G,i,L,u,C,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M,t,con,I,O,t,t,2,t,1,电流临界连续时,:,电流临界连续时:,47,（5）电感电流临界连续条件,电流临界连续时:,电感电流连续条件:,电感电流临界连续条件:,电感电流断续条件:,48,降压变换电路小结,优点,1、电路简单,2、控制特性好,3、负载侧电流波动小,缺点,1、电源侧电流波动大,2、只能降压、不能生压,返回,49,3.2.2 升压变换电路,Boost电路,1 升压变换电路结构与工作原理,工作原理:,T,导通时,u,L,=U,S,电感电流线性增加,电感储能增加,电源向电感转移电能。,T,断开时,u,L,=U,S,-u,C,电感电流减少,电感储能减少,电感储能向负载转移电能。,升压变换电路结构,升压变换电路IGBT实现,返回,50,3.2.2 升压变换电路,Boost电路,1 升压变换电路结构与工作原理,工作原理:,稳态情况下,T,断开时,电感电流减少,u,L,=U,S,-u,C,U,S,升压变换电路,升压变换电路IGBT实现,51,2 波形分析,假设条件：,1、器件是理想的（不考虑开关时间、导通压降等）,2、输出滤波电容较大，输出电压基本平直,.电感电流连,续,.电感电流断,续,两种情形:,升压变换电路IGBT实现,52,2 波形分析-,电感电流连续情形,等效电路:根据开关器件的通断状况来确定,IGBT器件的通断由其栅极控制信号决定,升压变换电路,T,断开等效电路,U,G,=0,T,导通等效电路,U,G,0,53,2 波形分析-,电感电流连续情形,i,L,i,m,t,u,L,t,u,G,t,t,on,t,off,i,M,i,C,t,升压变换电路,T,导通等效电路,T,断开等效电路,54,2 波形分析-,电感电流断续情形,升压变换电路,T,断开D续流等效电路,U,G,=0,T,断开D断开等效电路,U,G,=0,T,导通等效电路,U,G,0,55,2 波形分析-,电感电流断续情形,u,L,t,i,L,t,u,G,t,t,on,t,off,i,M,i,C,t,t,con,T,导通等效电路,T,断开D续流等效电路,T,断开D断开等效电路,56,3 主要数量关系-,电感电流连续情形,(1)平均输出电压,U,o,稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。,或：,u,L,u,G,i,L,i,C,i,m,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M,T,S,升压变换电路,57,3 主要数量关系-,电感电流连续情形,(2)平均输出电流,I,o,(3)电感电流纹波,D,I,L,升压变换电路,u,L,u,G,i,L,i,C,i,m,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M,T,S,58,3 主要数量关系-,电感电流连续情形,(4)电容电压纹波,D,u,C,升压变换电路,u,L,u,G,i,L,i,C,i,m,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M,T,S,考虑,I,o,i,m,情形:,I,o,59,3 主要数量关系-,电感电流断续情形,(1)平均输出电压,U,o,稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。,或：,注:,u,L,t,i,L,t,u,G,t,t,on,t,off,i,M,i,C,t,t,con,60,3 主要数量关系-,电感电流断续情形,(2)平均输出电流,I,o,(3)电感电流纹波,D,I,L,u,L,t,i,L,t,u,G,t,t,on,t,off,i,M,i,C,t,t,con,电感电流平均值,I,L,输出电流,I,o,61,3 主要数量关系-,电感电流断续情形,u,L,t,i,L,t,u,G,t,t,on,t,off,i,M,i,C,t,t,con,D,2,与系统参数的关系,输入功率=输出功率,，有：,其中：,62,3 主要数量关系-,电感电流断续情形,(4)电容电压纹波,D,u,C,u,L,t,i,L,t,u,G,t,t,on,t,off,i,M,i,C,t,t,con,I,o,注意:,63,3 主要数量关系,u,L,u,G,i,L,i,D,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M,(5)电感电流临界连续条件,电流临界连续时:,电流临界连续时:,电感电流仅瞬间为零,64,3 主要数量关系,(5)电感电流临界连续条件,电流临界连续时:,电流连续时:,电流连续条件:,电流断续条件:,65,升压变换电路小结,优点,1、电路简单,2、电源侧电流波动小,缺点,1、负载侧电流波动大,2、只能升压、不能降压,升压变换电路不宜在输出端开路情况下工作!,返回,66,3.2.3 升降压变换电路,Buck-boost电路,1 升降压变换电路结构与工作原理,T,导通时,u,L,=U,S,电感电流线性增加,电感储能增加,电源向电感转移电能。,T,断开时,u,L,=,-u,C,电感电流减少,电感储能减少,电感储能向负载转移电能。,工作原理:,控制T通断来控制电源向负载转移电能,升降压变换电路结构,升降压变换电路IGBT实现,返回,67,3.2.3 升降压变换电路,Buck-boost电路,1 升降压变换电路结构与工作原理,工作原理:,特殊情况:,T,长期断开时,输出电压,u,O,=0,。,T,导通时间较长时,电感电流将趋于无限大,此时断开,T,将有无穷大能量转移到负载,输出电压,u,O,也将趋于无限大,。,升降压变换电路,升降压变换电路结构,升降压变换电路IGBT实现,68,2 波形分析,.电感电流连续,.电感电流断续,两种情形:,假设条件：,1、器件是理想的（不考虑开关时间、导通压降等）,2、输出滤波电容较大，输出电压基本平直,升降压变换电路,69,2 波形分析-,电感电流连续情形,升降压变换电路,T,断开、D续流等效电路,U,G,=0,T,导通等效电路,U,G,0,电感电流连续,i,L,0,70,2 波形分析-,电感电流连续情形,u,L,t,u,G,t,t,on,t,off,i,C,t,i,M,i,L,t,i,m,-u,C,升降压变换电路,T,导通等效电路,T,断开、D续流等效电路,71,波形分析,-,电感电流断续情形,升降压变换电路,T,断开、D续流等效电路,U,G,=0,T,导通等效电路,U,G,0,电感电流断续:,存在,i,L,=0,时间段,T,断开、D断开等效电路,U,G,=0,72,2 波形分析-,电感电流断续情形,u,L,t,i,L,t,u,G,t,t,on,i,C,t,i,M,t,off,-u,C,t,con,T,断开、D续流等效电路,T,导通等效电路,T,断开、D断开等效电路,73,3 主要数量关系-,电感电流连续情形,升降压变换电路,u,L,u,G,i,L,i,C,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M,i,m,-u,C,(1)平均输出电压,U,o,稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。,或：,74,3 主要数量关系-,电感电流连续情形,升降压变换电路,u,L,u,G,i,L,i,C,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M,i,m,-u,C,(2)平均输出电流,I,o,(3)电感电流纹波,D,I,L,T,导通期间：,75,3 主要数量关系-,电感电流连续情形,升降压变换电路,u,L,u,G,i,L,i,C,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M,i,m,-u,C,(4)电容电压纹波,D,u,C,考虑,I,o,i,m,情形:,I,o,76,3 主要数量关系-,电感电流断续情形,升降压变换电路,(1)平均输出电压,U,o,稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。,或：,u,L,u,G,i,L,i,C,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M,-u,C,t,con,77,3 主要数量关系-,电感电流断续情形,升降压变换电路,(2)平均输出电流,I,o,(3)电感电流纹波,D,I,L,T,导通期间：,u,L,u,G,i,L,i,C,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M,-u,C,t,con,78,3 主要数量关系-,电感电流断续情形,(4)电容电压纹波,D,u,C,|I,o,|,u,L,u,G,i,L,i,C,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M,-u,C,t,con,注意:,t,w,79,3 主要数量关系,(5),电流临界连续条件,u,L,u,G,i,L,i,D,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M,电流临界连续时:,电流临界连续时:,电感电流仅瞬间为零,80,3 主要数量关系,(5),电流临界连续条件,电流连续时:,电流连续条件:,u,L,u,G,i,L,i,C,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M,i,m,-u,C,电流临界连续时:,电流断续条件:,81,升降压变换电路小结,优点,1、电路简单,2、既能升压、也能降压,缺点,1、电源侧、负载侧电流波动大,D,2,与电路参数关系请自行推导,返回,82,3.2.4 库克变换电路,优点:降压、负载电流波动小,缺点：不能升压、电源电流波动大,优点:升压、电源电流波动小,缺点：不能降压、负载电流波动大,优点:能升压、降压,缺点：负载电流、电源电流波动大,升降压变换电路,降压变换电路,升压变换电路,返回,83,3.2.4 库克变换电路,期望电路,：能同时实现升压、降压,能同时使电源电流、负载电流波动小,库克变换电路,84,3.2.4 库克变换电路,1 工作原理:,T,导通时,u,L,=U,S,电感电流线性增加,电感储能增加,电源向电感转移电能。同时电容,C,1,上储能向负载转移。,T,断开时,电感电流减少,电感储能减少,电感储能向,C,1,、负载转移电能。,控制,T,通断来控制电源向负载转移电能,85,3.2.4 库克变换电路,1 工作原理:,特殊情况:,T,长期断开时,输出电压,u,O,=0,。,T,导通时间较长时,电感电流将趋于无限大,此时断开,T,将有无穷大能量转移到负载,输出电压,u,O,也将趋于无限大,。,升降压变换电路,控制,T,通断来控制电源向负载转移电能,86,2 波形分析,.电感,L,2,电流连续,.电感,L,2,电流断续,两种情形:,假设条件：,1、器件是理想的（不考虑开关时间、导通压降等）,2、滤波电容较大，输出电压基本平直,库克变换电路,87,2 波形分析-电感电流连续情形,库克变换电路,T,导通、D断开等效电路,U,G,0,T,断开、D续流等效电路,U,G,=0,88,2 波形分析-电感电流连续情形,u,L1,t,u,G,t,t,on,t,off,i,L1,t,i,M1,i,m1,u,L2,t,U,S,-u,C1,-u,O,i,L2,t,库克变换电路,T,导通、D断开等效电路,T,断开、D续流等效电路,89,2 波形分析-电感电流断续情形,库克变换电路,T,断开、D续流等效电路,U,G,=0,T,断开、D断开等效电路,U,G,=0,T,导通、D断开等效电路,U,G,0,90,2 波形分析-电感电流断续情形,u,L1,t,u,G,t,t,on,t,off,t,i,L1,i,M1,u,L2,t,-u,O,U,S,-u,C1,i,L2,t,t,con,T,导通、D断开等效电路,T,断开、D续流等效电路,T,断开、D断开等效电路,91,2 波形分析-电感电流断续情形,u,L1,t,u,G,t,t,on,t,off,i,L1,t,i,M1,u,L2,t,-u,O,i,L2,t,U,S,-u,C1,t,con,T,导通、D断开等效电路,T,断开、D续流等效电路,T,断开、D断开等效电路,92,3 主要数量关系-电感电流连续情形,库克变换电路,(1)平均输出电压,U,o,稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。,u,L1,u,G,i,L1,i,L2,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M1,i,m1,U,S,-u,C1,u,L2,t,-u,O,93,3 主要数量关系-电感电流连续情形,库克变换电路,(1)平均输出电压,U,o,C,1,平均电压满足:,稳态时,C1,电压高于电源电压,94,3 主要数量关系-电感电流连续情形,库克变换电路,(3)电感电流纹波,D,i,L,u,L1,u,G,i,L1,i,L2,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M1,i,m1,-u,O,u,L2,t,-u,O,I,O,(2)输出平均电流,I,O,95,3 主要数量关系-电感电流连续情形,库克变换电路,(4)输出电压纹波,D,u,O,u,L1,u,G,i,L1,i,L2,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M1,i,m1,-u,O,u,L2,t,-u,O,I,O,96,3 主要数量关系-电感电流断续情形,库克变换电路,(1)输出平均电压,U,O,u,L1,u,G,i,L1,i,L2,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M1,U,S,-u,C1,u,L2,t,-u,O,t,con,稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。,97,3 主要数量关系-电感电流断续情形,(2)电流临界连续条件,因输入输出功率平衡，有：,u,L1,u,G,i,L1,i,L2,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M1,U,S,-u,C1,u,L2,t,-u,O,i,m1,i,m2,i,M2,电流临界连续时:,i,m1,=-i,m2,库克变换电路,98,3 主要数量关系-电感电流断续情形,(2)电流临界连续条件,u,L1,u,G,i,L1,i,L2,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M1,U,S,-u,C1,u,L2,t,-u,O,i,m1,i,m2,i,M2,因为：,因输入输出功率平衡，有：,99,3 主要数量关系-电感电流断续情形,(2)电流临界连续条件,u,L1,u,G,i,L1,i,L2,t,t,t,t,t,on,t,off,i,M1,U,S,-u,C1,u,L2,t,-u,O,i,m1,i,m2,i,M2,又：,因,I,o,=,L,2,平均电流，有：,100,3 主要数量关系-电感电流断续情形,(2)电流临界连续条件,电流临界连续时：,i,m,1,=-i,m,2,电流临界连续条件,#1、#2两式相加,（#1）,（,#2）,101,3 主要数量关系-电感电流断续情形,(2)电流临界连续条件,电流临界连续条件：,电流连续条件:,电流断续条件:,库克变换电路,102,库克变换电路小结,库克变换电路,优点,1、既能升压、也能降压,2、电源侧、负载侧电流波动小,缺点,1、电路稍复杂（多用一电感、一电容）,2、电容C,2,充放电电流波动大,返回,103,3.3.1 多相多重斩波电路,把几个结构相同的基本斩波器适当组合，可以构成复合型斩波电路,3.3复合斩波电路,多相多重斩波电路,返回,104,3.3.1 多相多重斩波电路,多相多重斩波电路,如果在一个周期,T,S,中，电源侧电流,i,S,脉动,n,次，则称为,n,相斩波器。,假设复合型斩波器中每个开关管通断周期都是,T,S,如果在一个周期,T,S,中，负载电流,i,o,脉动,m,次，则称为,m,重斩波器。,105,3.3.1 多相多重斩波电路,多相多重斩波电路,个开关器件,T,1,、T,2,、T,3,依序通、断各一次，它们导通时间的起点相差,T,S,/3，个开关管导通时间,t,on,相同，占空比D相同.,控制方案:,106,3.3.1 多相多重斩波电路,T,1,、D,1,构成一个降压斩波器，只要,T,1,截止时，,i,1,不断流，即电感电流连续，则T,1,输出电压,u,1,的直流平均值,U,1,是,U,1,=,U,S,t,on,/,T,s,=,DU,S,。,u,1,同理，,T,2,、T,3,输出直流平均值,U,2,=U,3,=U,1,=DU,S,。,107,3.3.1 多相多重斩波电路,u,1,输出电压,u,o,的直流平均值:,U,o,=U,1,=U,2,=U,3,=DU,S,输出电流,I,o,:,返回,108,3.4 变压器隔离的直流直流变换器,3.4.1 正激变换器,如果将变压器插入在P-P位置，即得正激变换器主电路。,降压变换电路,正激变换器,问题:,电源与负载不隔离,?,返回,109,能量消耗法磁场复位方案,开关管导通时，电源能量经变压器传递到负载侧。开关管截止时变压器原边电流经D,3,、DW续流，磁场能量主要消耗在稳压管DW上。开关管承受的最高电压为V,S,V,DW,，V,DW,为稳压管DW的稳压值。,正激变换器,110,能量转移法磁场复位方案,开关管导通时，电源能量经变压器传递到负载侧。开关管截止时，由于电感电流不能突变，线圈,N,1,会产生下正上负的感应电势,e,1,。同时线圈,N,3,也会产生感应电势，当,e,3,=V,S,时，,D,3,导通。磁场储能转移到电源,V,S,中，开关管上承受的最高电压为：,D,3,正激变换器,111,3.4.2 反激变换器,反激变换器电路原理图,和升降压变换器相比较可知，反激变换器用变压器代替了升降压变换器中的储能电感。因此，这里的变压器除了起输入电隔离作用外，还起储能电感的作用。,改进？,112,3.4.2 反激变换器,反激变换器实用电路,负载侧有滤波电感,可降低输出电压纹波.,返回,反激变换器:,IGBT关断时磁场储能转移到负载侧.,反激变换器优点:,转移到负载侧的能量由原边电压、等效电感、IGBT开通时间决定，与负载无关。,很适合于高压小功率变换电路。,113,