DC-DC电路设计介绍.ppt

第第3 3章章 DC/DCDC/DC变换电路变换电路 3.23.2基本的直流基本的直流斩波波电路路 3.33.3复合复合斩波波电路路 3.4 3.4 变压器隔离的直流器隔离的直流直流直流变换器器 3.13.1直流直流PWMPWM控制技控制技术基基础返回第第3 3章章 DC/DCDC/DC变换电路变换电路 直流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。基本的直流基本的直流变换电路：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：重点：电路结构、工作原理及主要数量关系 第第3 3章章 DC/DCDC/DC变换电路变换电路 直流变换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。直流变换电路直流变换电路完成直流变换的电路。直流变换器直流变换器实现直流变换的装置。3.13.1直流直流PWMPWM控制技术基础控制技术基础3.1.1 3.1.1 直流直流变换的基本原理及的基本原理及PWMPWM概念概念 直流直流变换问题的提出的提出直流直流调速：需要可速：需要可变的直流的直流电压直流供直流供电电压一定，而一定，而负载需要不同需要不同电压直流升直流升压：太阳能：太阳能电池池输出出电压较低，需要低，需要 变换到到较高高电压再再变换为直流直流3.13.1直流直流PWMPWM控制技术基础控制技术基础3.1.1 3.1.1 直流直流变换的基本原理及的基本原理及PWMPWM概念概念 （1）开关管）开关管T导导通时，通时，R两端电压两端电压 uo=US开关管开关管仅两种工作状态：仅两种工作状态：导导通通与断开与断开开关管开关管IGBT导导通通条件：条件：UG0基本的直流变换电路基本的直流变换电路ioUSiSuoRT开关管开关管T导导通通等效电路等效电路ioUSiSuoRT3.13.1直流直流PWMPWM控制技术基础控制技术基础3.1.1 直流变换的基本原理及直流变换的基本原理及PWM概念概念（2）开关管）开关管T断开断开时，时，R两端电压两端电压 uo=0开关管开关管仅两种工作状态：仅两种工作状态：接通接通与断开与断开开关管开关管IGBT断开控制：断开控制：UG=0基本的直流变换电路基本的直流变换电路ioUSiSuoRT开关管开关管T断开等效电路断开等效电路ioUSiSuoRT3.1.1 3.1.1 直流变换的基本原理及直流变换的基本原理及PWMPWM概念概念R两端平均两端平均电压：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开关管IGBT控制电压控制电压R两端电压两端电压波形波形基本的直流变换电路基本的直流变换电路ioUSiSuoRT3.1.1 3.1.1 直流变换的基本原理及直流变换的基本原理及PWMPWM概念概念 定定义义上述上述电电路中路中导导通占空比通占空比D为为:通过控制占空比控制输出电压R两端两端平均平均电压：电压：导通占空比通占空比占空比占空比导通比通比改改变占空比占空比D D有三种基本方法：有三种基本方法：3.1.1 3.1.1 直流变换的基本原理及直流变换的基本原理及PWMPWM概念概念脉冲脉冲频频率率调调制制(PFM)(PFM)维持维持ton不变，改变不变，改变TS。改变。改变TS就改变了就改变了输出电压周期或频输出电压周期或频率。率。tonTS1uttonTS2ut改改变占空比占空比D D有三种基本方法：有三种基本方法：3.1.1 3.1.1 直流变换的基本原理及直流变换的基本原理及PWMPWM概念概念脉冲脉冲宽度度调制制(PWM)(PWM)维持持TS不不变，改，改变ton在在这种方式中，种方式中，输出出电压波形的周期不波形的周期不变，仅改改变脉冲脉冲宽度。度。有利于滤波器的设计ton1TSutton2TSut改改变占空比占空比D D有三种基本方法：有三种基本方法：3.1.1 3.1.1 直流变换的基本原理及直流变换的基本原理及PWMPWM概念概念混合脉冲混合脉冲宽度度调制制脉冲周期脉冲周期TS与宽度与宽度ton均改变均改变。广义的脉冲宽度广义的脉冲宽度调制技术包含上调制技术包含上述三种控制方式述三种控制方式ton1TSutton2TS2ut1 1面面积等效原理等效原理PWMPWM应用的理用的理论基基础 自自动控制理控制理论冲量相等而形状不同的窄脉冲冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有加在具有惯性的性的环节上上时，其效果基本相同。，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 PWM3.1.2 PWM技术基础技术基础e(t)td(t)e(t)t50.2e(t)t0.210e(t)t0.120冲量=窄脉冲面积实验电路RLe(t)i(t)冲量相同的各种窄脉冲的响应波形i(t)=?冲量=1e(t)t50.2e(t)td(t)e(t)t0.210e(t)t0.120(a)(b)(c)(d)(d)(c)(b)(a)1 1面积等效原理面积等效原理比较RL电路对冲量相同而形状不同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。上述原理可以称上述原理可以称为面面积等效原理等效原理。根据。根据该原理，原理，将平均将平均值为up的一系列幅的一系列幅值相等而相等而宽度不相等度不相等的脉冲加到包含的脉冲加到包含惯性性环节的的负载上，将与施加上，将与施加幅幅值为up的恒定直流的恒定直流电压所得所得结果基本相同，果基本相同，这样一来就一来就可用一列脉冲波形代替直流波形可用一列脉冲波形代替直流波形。除了直流波形可用除了直流波形可用PWMPWM波形来代替外，波形来代替外，根据面根据面积等效原理可以等效原理可以进一步推出，可以一步推出，可以在一在一段段时间内按一定内按一定规则生成生成PWMPWM波形来代替所波形来代替所需的任何波形需的任何波形1 1面积等效原理面积等效原理如用正弦脉冲如用正弦脉冲宽度度调制波形来代替正弦波制波形来代替正弦波SPWMSPWM2 2直流直流PWMPWM波形的生成方法波形的生成方法生成生成PWMPWM波形有多种方法，常波形有多种方法，常见有有计算法算法、调制法制法等。等。计算法算法是在每个是在每个时间段，利用段，利用计算机技算机技术直接直接计算出当前所需要的脉冲算出当前所需要的脉冲宽度，度，进而据此而据此对电力力电子器件子器件进行开关控制而行开关控制而获得得PWMPWM波形。波形。调制法制法是利用高是利用高频载波信号与期望信号相比波信号与期望信号相比较来确定各脉冲来确定各脉冲宽度信息度信息进而生成而生成PWMPWM波形。波形。调制法生成制法生成PWMPWM波形典型框波形典型框图：返回2 2直流直流PWMPWM波形的生成方法波形的生成方法u*R:调制信号uC:载波信号载波信号频率远大于调制信号频率3.23.2基本的直流变换电路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3.23.2基本的直流基本的直流变换电路电路 基本的直流基本的直流变换电路：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3.23.2基本的直流斩波电路基本的直流斩波电路 3.2.1 3.2.1 降降压变换电路路 降降压变换电路路输出出电压的平均的平均值低于低于输入直流入直流电压，又称，又称为BuckBuck型型变换器。器。?D、L、C作用降压变换电路降压变换电路IGBT实现实现USiSiLuoioRLCTDUSiSiLuoioRLCSD降压变换电路结构降压变换电路结构3.2.1 降降压变换电路路1 1 降降压变换电路工作原理路工作原理（1）T导通情形电感电压uL=US uo，在该电压的作用下，电感电流iL线性增长，电感储能增加电源能量向电感、负载传递USiSiLuoioRLCTDT导通等效电路USiSiLuoioRLCTD3.2.1 降降压变换电路路1 降压变换电路工作原理降压变换电路工作原理（2）T 断开情形-电流连续电感电压uL=uo，在该电压的作用下，电感电流iL线性下降，电感储能减少电感储能向电容、负载转移USiSiLuoioRLCTDT断开等效电路（iL0)DUSiSiLuoioRLCT3.2.1 3.2.1 降压变换电路降压变换电路1 1 降降压变换电路工作原理路工作原理（2）T 断开情形-电流断续电感电压uL=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USiSiLuoioRLCTDT断开等效电路（iL=0)iLDUSiSuoioRLCT3.2.1 3.2.1 降压变换电路降压变换电路1 1 降降压变换电路工作原理路工作原理输出电压在0电源电压之间可调降降压变换电路路特殊情形：T常断开特殊情形：T常导通USiSiLuoioRLCTD稳态：电感电压uL=0 负载电压u0=0稳态：电感电压uL=0 负载电压u0=US2 主要波形分析3.2.1 3.2.1 降压变换电路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2 主要波形电感电流连续情形电感电流连续情形：iL0降压电路T导通等效电路uG0T断开等效电路uG=02 2 主要波形主要波形电感电流连续情形电感电流连续情形数学模型数学模型:初值条件初值条件?假设假设uC=Uo=常数常数iL线性增加线性增加uGtuLtiLiMimtiCtT导通等效电路导通等效电路+uo-+uL -T导通波形2主要波形主要波形电感电流连续情形电感电流连续情形数学模型数学模型:初值条件初值条件?假设假设uC=Uo=常数常数iL线性减少线性减少toffiLuGttonuLtiCtimtiMT断开等效电路断开等效电路+uo-+uL -主要波形3 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形(1)平均平均输出出电压Uo(2)平均平均输出出电流流Io表表现系系统主要性能指主要性能指标的量：的量：(3)电感感电流流纹波波D DIL(4)负载电压纹波波D DUO主要器件承受的主要器件承受的电压、电流等量可根据波形确定流等量可根据波形确定3 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形uLuGiLiCimtttttontoffiM(1)平均平均输出出电压Uo稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。或或：uLuG3 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形iLiCimtttttontoffiM(2)输出平均出平均电流流IoIO(3)电感感电流流纹波波D DILuLuG3 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形iLiCimtttttontoffiMIO(4)电感感电流极流极值iM、im?稳态情况下，电容上一周期中的平均电流为零。电流流连续时:电感平均电流=负载平均电流3 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形(5)电容容电压纹波波D DuCuGiLimtttontoffiMIOiCtDuCtuCUO3 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形（5）电容容电压纹波波D DuC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3 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形5、电容容电压纹波波D DuC记：纹波系数波系数：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iL=0降压电路T导通等效电路uG0T断开、D续流等效电路uG=0uG=0T断开、D断开等效电路4 4 主要波形主要波形电感电流断续情形电感电流断续情形数学模型数学模型:初初值条件条件假设假设uC=Uo=常数常数iL线性增加线性增加uGtuLtiLiMtiCtT导通等效通等效电路路+uo-+uL -4 4 主要波形主要波形电感电流断续情形电感电流断续情形数学模型数学模型:初值条件初值条件假设假设uC=Uo=常数常数iL线性减少线性减少ttttuLuGiLiCtontoffiMtconT断开、断开、D续流等效电路续流等效电路+uo-+uL -4 4 主要波形主要波形电感电流断续情形电感电流断续情形数学模型数学模型:初值条件初值条件uC=Uo=常数常数iC维持不变维持不变uLuGiLiCtttttontofftconiMT断开、D断开等效电路+uo-5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形电感电流断续情形（1）平均平均输出出电压Uo稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。或或：uLuGiLiCtttttontoffiMtcon注意：tcon与电路参数、ton有关5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形电感电流断续情形（1）平均平均输出出电压UouLuGiLiCtttttontoffiMtcon记电压变换比：5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形电感电流断续情形(2)输出平均出平均电流流Io(3)电感感电流流纹波波D DILuLuGiLiCtttttontoffiMtconIO电流断流断续时:5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形电感电流断续情形uLuGiLuCtttttontoffiMtcon(4)电容容电压纹波波D DuCIOtt2t1注意：5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形电感电流断续情形(4)电容容电压纹波波D DuC注意：=？5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形电感电流断续情形D2与系与系统参数关系参数关系uLuGiLiCtttttontoffiMtcon电感平均感平均电流流=负载平均平均电流流电感平均感平均电流流IL:电压变换比5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形电感电流断续情形D2与系与系统参数关系参数关系电压变换比注意到：注意最后有：(5)(5)电感电流临界连续条件电感电流临界连续条件电流流临界界连续:电感感电流流仅瞬瞬间为零零uLuGiLuCtttttontoffiMtconIOtt2t1电流流临界界连续时:电流流临界界连续时:（5 5）电感电流临界连续条件电感电流临界连续条件电流流临界界连续时:电感感电流流连续条件条件:电感感电流流临界界连续条件条件:电感感电流断流断续条件条件:降压变换电路小结降压变换电路小结优点点1 1、电路路简单2 2、控制特性好、控制特性好3 3、负载侧电流波流波动小小缺点缺点1 1、电源源侧电流波流波动大大2 2、只能降、只能降压、不能生、不能生压返回3.2.2 3.2.2 升压变换电路升压变换电路 BoostBoost电路电路1 1 升升压变换电路路结构与工作原理构与工作原理工作原理工作原理:T导通通时,uL=US,电感感电流流线性增加性增加,电感感储能增加能增加,电源向源向电感感转移移电能。能。T断开断开时,uL=US-uC,电感感电流减少流减少,电感感储能减少能减少,电感感储能向能向负载转移移电能。能。升升压变换电路路结构构升升压变换电路路IGBTIGBT实现返回3.2.2 3.2.2 升压变换电路升压变换电路 BoostBoost电路电路1 1 升升压变换电路路结构与工作原理构与工作原理工作原理工作原理:稳态情况下情况下,T,T断开断开时,电感感电流减少流减少,uL=US-uC US 升升压变换电路路升升压变换电路路IGBTIGBT实现2 波形分析波形分析假设条件：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.电感感电流流连续.电感感电流断流断续两种情形两种情形:升升压变换电路路IGBTIGBT实现2 2 波形分析波形分析-电感电流连续情形电感电流连续情形等效等效电路路:根据开关器根据开关器件的通断状况来确定件的通断状况来确定IGBTIGBT器件的通断由其器件的通断由其栅极控制信号决定极控制信号决定升压变换电路升压变换电路T T断开等效断开等效电路路UG=0T T导通等效通等效电路路UG02 2 波形分析波形分析-电感电流连续情形电感电流连续情形iLimtuLtuGttontoffiMiCt升升压变换电路路T T导通等效通等效电路路T T断开等效断开等效电路路2 2 波形分析波形分析-电感电流断续情形电感电流断续情形升升压变换电路路T T断开断开DD续流等效流等效电路路UG=0T T断开断开DD断开等效断开等效电路路UG=0T T导通等效通等效电路路UG02 2 波形分析波形分析-电感电流断续情形电感电流断续情形uLtiLtuGttontoffiMiCttconT T导通等效通等效电路路T T断开断开DD续流等效流等效电路路T T断开断开DD断开等效断开等效电路路3 3 主要数量关系主要数量关系-电感电流连续情形电感电流连续情形(1)(1)平均平均输出出电压Uo稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。或：或：uLuGiLiCimtttttontoffiMTS升升压变换电路路3 3 主要数量关系主要数量关系-电感电流连续情形电感电流连续情形(2)平均平均输出出电流流Io(3)电感感电流流纹波波D DIL升升压变换电路路uLuGiLiCimtttttontoffiMTS3 3 主要数量关系主要数量关系-电感电流连续情形电感电流连续情形(4)电容容电压纹波波D DuC升升压变换电路路uLuGiLiCimtttttontoffiMTS考虑Ioim情形:Io3 3 主要数量关系主要数量关系-电感电流断续情形电感电流断续情形(1)平均平均输出出电压Uo稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。或：或：注:uLtiLtuGttontoffiMiCttcon3 3 主要数量关系主要数量关系-电感电流断续情形电感电流断续情形(2)平均平均输出出电流流Io(3)电感感电流流纹波波D DILuLtiLtuGttontoffiMiCttcon电感感电流平均流平均值I L输出出电流流Io3 3 主要数量关系主要数量关系-电感电流断续情形电感电流断续情形uLtiLtuGttontoffiMiCttconD2与系与系统参数的关系参数的关系输入功率=输出功率，有：其中：3 3 主要数量关系主要数量关系-电感电流断续情形电感电流断续情形(4)电容容电压纹波波D DuCuLtiLtuGttontoffiMiCttconIo注意:3 3 主要数量关系主要数量关系uLuGiLiDtttttontoffiM(5)电感感电流流临界界连续条件条件电流流临界界连续时:电流临界连续时电流临界连续时:电感感电流流仅瞬瞬间为零零3 3 主要数量关系主要数量关系(5)电感感电流流临界界连续条件条件电流临界连续时电流临界连续时:电流流连续时:电流流连续条件条件:电流断流断续条件条件:升压变换电路小结优点点1 1、电路路简单2 2、电源源侧电流波流波动小小缺点缺点1 1、负载侧电流波流波动大大2 2、只能升、只能升压、不能降、不能降压升升压变换电路不宜在路不宜在输出端开路情出端开路情况下工作况下工作!返回3.2.3 升降压变换电路升降压变换电路 Buck-boost电路电路 1 1 升降升降压变换电路路结构与工作原理构与工作原理T T导通通时,uL=US,电感感电流流线性增加性增加,电感感储能增加能增加,电源向源向电感感转移移电能。能。T T断开断开时,uL=-uC,电感感电流减少流减少,电感感储能减少能减少,电感感储能向能向负载转移移电能。能。工作原理工作原理:控制控制T T通断来控制通断来控制电源向源向负载转移移电能能升降升降压变换电路路结构构升降升降压变换电路路IGBT实现返回3.2.3 3.2.3 升降压变换电路升降压变换电路 Buck-boostBuck-boost电路电路 1 1 升降升降压变换电路路结构与工作原理构与工作原理工作原理工作原理:特殊情况特殊情况:T T长期断开期断开时,输出出电压uO=0。T T导通通时间较长时,电感感电流将流将趋于无限大于无限大,此此时断开断开T T,将有无将有无穷大能量大能量转移到移到负载,输出出电压uO也将也将趋于无限大于无限大。升降升降压变换电路路升降升降压变换电路路结构构升降升降压变换电路路IGBT实现2 2 波形分析波形分析.电感感电流流连续.电感感电流断流断续两种情形两种情形: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升降压变换电路路2 2 波形分析波形分析-电感电流连续情形电感电流连续情形升降升降压变换电路路T T断开、断开、D D续流等效流等效电路路UG=0T T导通等效通等效电路路UG0电感感电流流连续iL02 2 波形分析波形分析-电感电流连续情形电感电流连续情形uLtuGttontoffiCtiMiLtim-uC升降升降压变换电路路T T导通等效通等效电路路T T断开、断开、D D续流等效流等效电路路2 2波形分析波形分析-电感电流断续情形电感电流断续情形升降升降压变换电路路T T断开、断开、D D续流等效流等效电路路UG=0T T导通等效通等效电路路UG0电感感电流断流断续:存在存在iL=0时间段段T T断开、断开、D D断开等效断开等效电路路UG=02 2 波形分析波形分析-电感电流断续情形电感电流断续情形uLtiLtuGttoniCtiMtoff-uCtconT T断开、断开、D D续流等效流等效电路路T T导通等效通等效电路路T T断开、断开、D D断开等效断开等效电路路3 3 主要数量关系主要数量关系-电感电流连续情形电感电流连续情形升降升降压变换电路路uLuGiLiCtttttontoffiMim-uC(1)平均平均输出出电压Uo稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。或或：3 3 主要数量关系主要数量关系-电感电流连续情形电感电流连续情形升降升降压变换电路路uLuGiLiCtttttontoffiMim-uC(2)平均平均输出出电流流Io(3)电感感电流流纹波波D DILT导通期间：3 3 主要数量关系主要数量关系-电感电流连续情形电感电流连续情形升降升降压变换电路路uLuGiLiCtttttontoffiMim-uC(4)电容容电压纹波波D DuC考虑Ioim情形:Io3 3 主要数量关系主要数量关系-电感电流断续情形电感电流断续情形升降升降压变换电路路(1)平均平均输出出电压Uo稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。或或：uLuGiLiCtttttontoffiM-uCtcon3 3 主要数量关系主要数量关系-电感电流断续情形电感电流断续情形升降升降压变换电路路(2)平均平均输出出电流流Io(3)电感感电流流纹波波D DILT导通期间：uLuGiLiCtttttontoffiM-uCtcon3 3 主要数量关系主要数量关系-电感电流断续情形电感电流断续情形(4)电容容电压纹波波D DuC|Io|uLuGiLiCtttttontoffiM-uCtcon注意:tw3 3 主要数量关系主要数量关系(5)电流流临界界连续条件条件uLuGiLiDtttttontoffiM电流流临界界连续时:电流流临界界连续时:电感感电流流仅瞬瞬间为零零3 3 主要数量关系主要数量关系(5)电流流临界界连续条件条件电流流连续时:电流流连续条件条件:uLuGiLiCtttttontoffiMim-uC电流流临界界连续时:电流断流断续条件条件:升降压变换电路小结升降压变换电路小结优点点1 1、电路路简单2 2、既能升、既能升压、也能降、也能降压缺点缺点1 1、电源源侧、负载侧电流波流波动大大D2与电路参数关系请自行推导返回3.2.4 3.2.4 库克变换电路库克变换电路 优点点:降降压、负载电流波流波动小小缺点：不能升缺点：不能升压、电源源电流波流波动大大优点点:升升压、电源源电流波流波动小小缺点：不能降缺点：不能降压、负载电流波流波动大大优点点:能升能升压、降、降压缺点：缺点：负载电流、流、电源源电流波流波动大大升降升降压变换电路路降降压变换电路路升升压变换电路路返回3.2.4 3.2.4 库克变换电路库克变换电路 期望期望电路路：能同：能同时实现升升压、降、降压 能同能同时使使电源源电流、流、负载电流波流波动小小库克克变换电路路3.2.4 3.2.4 库克变换电路库克变换电路 1 1 工作原理工作原理:T T导通通时,uL=US ,电感感电流流线性增加性增加,电感感储能增加能增加,电源向源向电感感转移移电能。同能。同时电容容C1上上储能向能向负载转移。移。T T断开断开时,电感感电流减少流减少,电感感储能减少能减少,电感感储能向能向C1、负载转移移电能。能。控制控制T T通断来控制通断来控制电源向源向负载转移移电能能3.2.4 3.2.4 库克变换电路库克变换电路 1 1 工作原理工作原理:特殊情况特殊情况:T T长期断开期断开时,输出出电压uO=0。T T导通通时间较长时,电感感电流将流将趋于无限大于无限大,此此时断开断开T T,将有无将有无穷大能量大能量转移到移到负载,输出出电压uO也将也将趋于无限大于无限大。升降升降压变换电路路控制控制T T通断来控制通断来控制电源向源向负载转移移电能能2 2 波形分析波形分析.电感感L L2 2电流流连续.电感感L L2 2电流断流断续两种情形两种情形: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克变换电路路2 2 波形分析波形分析-电感电流连续情形电感电流连续情形库克克变换电路路T T导通、通、D D断开等效断开等效电路路UG0T T断开、断开、D D续流等效流等效电路路UG=02 波形分析波形分析-电感感电流流连续情形情形uL1tuGttontoffiL1tiM1im1uL2tUS-uC1-uOiL2t库克克变换电路路T T导通、通、D D断开等效断开等效电路路T T断开、断开、D D续流等效流等效电路路2 2 波形分析波形分析-电感电流断续情形电感电流断续情形库克克变换电路路T T断开、断开、D D续流等效流等效电路路UG=0T T断开、断开、D D断开等效断开等效电路路UG=0T T导通、通、D D断开等效断开等效电路路UG02 2 波形分析波形分析-电感电流断续情形电感电流断续情形uL1tuGttontofftiL1iM1uL2t-uOUS-uC1iL2ttconT T导通、通、D D断开等效断开等效电路路T T断开、断开、D D续流等效流等效电路路T T断开、断开、D D断开等效断开等效电路路2 2 波形分析波形分析-电感电流断续情形电感电流断续情形uL1tuGttontoffiL1tiM1uL2t-uOiL2tUS-uC1tconT T导通、通、D D断开等效断开等效电路路T T断开、断开、D D续流等效流等效电路路T T断开、断开、D D断开等效断开等效电路路3 3 主要数量关系主要数量关系-电感电流连续情形电感电流连续情形库克克变换电路路(1)平均平均输出出电压Uo稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。uL1uGiL1iL2tttttontoffiM1im1US-uC1uL2t-uO3 3 主要数量关系主要数量关系-电感电流连续情形电感电流连续情形库克克变换电路路(1)平均平均输出出电压UoC1平均平均电压满足足:稳态时C1电压高于高于电源源电压3 3 主要数量关系主要数量关系-电感电流连续情形电感电流连续情形库克克变换电路路(3)电感感电流流纹波波D DiLuL1uGiL1iL2tttttontoffiM1im1-uOuL2t-uOIO(2)输出平均出平均电流流IO3 3 主要数量关系主要数量关系-电感电流连续情形电感电流连续情形库克克变换电路路(4)输出出电压纹波波D DuOuL1uGiL1iL2tttttontoffiM1im1-uOuL2t-uOIO3 3 主要数量关系主要数量关系-电感电流断续情形电感电流断续情形库克克变换电路路(1)输出平均出平均电压UOuL1uGiL1iL2tttttontoffiM1US-uC1uL2t-uOtcon稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。3 3 主要数量关系主要数量关系-电感电流断续情形电感电流断续情形(2)电流流临界界连续条件条件因因输入入输出功率平衡，有出功率平衡，有：uL1uGiL1iL2tttttontoffiM1US-uC1uL2t-uOim1im2iM2电流流临界界连续时:im1=-im2库克克变换电路路3 3 主要数量关系主要数量关系-电感电流断续情形电感电流断续情形(2)电流流临界界连续条件条件uL1uGiL1iL2tttttontoffiM1US-uC1uL2t-uOim1im2iM2因为：因因输入入输出功率平衡，有出功率平衡，有：3 3 主要数量关系主要数量关系-电感电流断续情形电感电流断续情形(2)电流流临界界连续条件条件uL1uGiL1iL2tttttontoffiM1US-uC1uL2t-uOim1im2iM2又：因因Io=L2平均平均电流，有流，有：3 3 主要数量关系主要数量关系-电感电流断续情形电感电流断续情形(2)电流流临界界连续条件条件电流流临界界连续时：im1=-im2电流流临界界连续条件条件#1、#2两式相加（#1）（#2）3 3 主要数量关系主要数量关系-电感电流断续情形电感电流断续情形(2)电流流临界界连续条件条件电流流临界界连续条件：条件：电流流连续条件条件:电流断流断续条件条件:库克克变换电路路库克变换电路小结库克变换电路小结库克克变换电路路优点点1 1、既能升、既能升压、也能降、也能降压2 2、电源源侧、负载侧电流波流波动小小缺点缺点1 1、电路稍复路稍复杂（多用一（多用一电感、一感、一电容）容）2 2、电容容C C2 2充放充放电电流波流波动大大返回3.3.1 3.3.1 多相多重斩波电路多相多重斩波电路 把几个把几个结结构相同的基本构相同的基本斩斩波器适当波器适当组组合，合，可以构成复合型可以构成复合型斩斩波波电电路路3.33.3复合斩波电路复合斩波电路 多相多重多相多重斩斩波波电电路路返回3.3.1 3.3.1 多相多重斩波电路多相多重斩波电路 多相多重多相多重斩斩波波电电路路如果在一个周期如果在一个周期TS中，中，电电源源侧电侧电流流iS 脉脉动动n次，次，则则称称为为n相相斩斩波器。波器。假假设设复合型复合型斩斩波波器中每个开关管器中每个开关管通断周期都是通断周期都是T TS S如果在一个周期如果在一个周期TS中，中，负载电流流io脉脉动m次，次，则称称为m重重斩波器。波器。3.3.1 3.3.1 多相多重斩波电路多相多重斩波电路 多相多重多相多重斩斩波波电电路路个开关器件个开关器件T T1 1、T T2 2、T T3 3依序通、断各一依序通、断各一次，它次，它们导们导通通时间时间的起点相差的起点相差TS/3/3，个，个开关管开关管导导通通时间时间t tonon相同，占空比相同，占空比D D相同相同.控制方案控制方案:3.3.1 3.3.1 多相多重斩波电路多相多重斩波电路 T T1 1、D D1 1构成一个降构成一个降压斩压斩波器，只要波器，只要T T1 1截止截止时时，i1不断流，即不断流，即电电感感电电流流连续连续，则则T T1 1输输出出电压电压u1的直流平均的直流平均值值U1是是U1=US ton /Ts=DUS。u1同理，同理，T2、T3输输出直流平均出直流平均值值U2=U3=U1=DUS。3.3.1 3.3.1 多相多重斩波电路多相多重斩波电路 u1输输出出电压电压uo的直流平均的直流平均值值:Uo=U1=U2=U3=DUS 输输出出电电流流Io:返回3.4 3.4 变压器隔离的直流变压器隔离的直流直流变换器直流变换器 3.4.1 3.4.1 正激正激变换器器 如果将如果将变压器插器插入在入在P-PP-P位置，位置，即得正激即得正激变换器器主主电路。路。降降压变换电路路正激正激变换器器问题:电源与负载不隔离?返回能量消耗法磁能量消耗法磁场复位方案复位方案 开关管开关管导通通时，电源能量源能量经变压器器传递到到负载侧。开关管截止。开关管截止时变压器原器原边电流流经D D3 3、DWDW续流，磁流，磁场能量主要消耗在能量主要消耗在稳压管管DWDW上。开关管承受的最高上。开关管承受的最高电压为V VS SV VDWDW，V VDWDW为稳压管管DWDW的的稳压值。正激正激变换器器能量能量转移法磁移法磁场复位方案复位方案 开关管开关管导通通时，电源能量源能量经变压器器传递到到负载侧。开关管截止。开关管截止时，由于，由于电感感电流不能突流不能突变，线圈圈NN1 1会会产生下正上生下正上负的感的感应电势e e1 1。同。同时线圈圈NN3 3也会也会产生感生感应电势，当，当e e3 3=V=VS S时，D D3 3导通。磁通。磁场储能能转移到移到电源源V VS S中，中，开关管上承受的最高开关管上承受的最高电压为：D3正激正激变换器器3.4.2 3.4.2 反激变换器反激变换器 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？3.4.2 3.4.2 反激变换器反激变换器 反激反激变换器器实用用电路路 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。