xl-DCDC2-间接式.pdf

直接式dc/dc变换器直接式dc/dc变换器DVV=12DII112=输入、输出电压极性相同，电流的极性相反输入、输出电压极性相同，电流的极性相反BUCK，BOOST间接变换器?间接变换器?第四部分：直流第四部分：直流/直流变换技术直流变换技术1 DC/DC变换器的电路拓扑分析变换器的电路拓扑分析2 直接式直接式DC/DC变换器变换器3 间接式间接式DC/DC变换器变换器4 直流变换器的输入输出滤波器设计直流变换器的输入输出滤波器设计5 隔离式隔离式DC/DC变换器变换器一、直流一、直流/直流变换电路直流变换电路3 间接式间接式DC/DC变换器变换器3.1直流变化比直流变化比3.2开关实现开关实现3.3 基本拓扑的变化：基本拓扑的变化：Buck-Boost Cuk3.1直流变化比直流变化比0)1(21=+TDVDTVDDVV=112CV1V2I1I2AxyzLCB+V1、V2极性相反，极性相反，升降压变换升降压变换为保证电感电压平均值为为保证电感电压平均值为0，一个，一个T内电感的伏秒积为内电感的伏秒积为0电感电感L端电压端电压:V1(Sxy闭合闭合)，V2(Sxz闭合闭合)电容电流电容电流:I1(Sxz闭合闭合)、-I2(Sxy闭合闭合)0)1(12=+TDIDTIDDII=112I1、I2极性相同直接变换器极性相同直接变换器:输入、输出电压极性相同，电流极性相反间接变换器输入、输出电压极性相同，电流极性相反间接变换器:输入、输出电压极性相反，电流极性相同输入、输出电压极性相反，电流极性相同CV1V2I1I2AxyzLCB+电容平均电流为电容平均电流为0，一个周期内电容的安秒积为，一个周期内电容的安秒积为0 Sxy承受的最大电压承受的最大电压|V1|+|V2|=V1-V2(V20，I10 (V20)CV1V2I1I2AxyzCB+LCV1V2I1I2AxyzLCB+Szx承受承受负负电压（电压（V2-V10)，正正电流电流3.2开关实现开关实现3.2开关实现开关实现?功率由功率由BCAC，V2 0，I2 0，I10)，负负电流电流Szx承受承受负负电压（电压（V2-V10)，负负电流电流3.3 基本拓扑的变化不改变电路的电量关系，改变基本拓扑的变化不改变电路的电量关系，改变L和和C的连接方式的连接方式CV1V2I1I2AxyzCB+LCV1V2I1I2AxyzCB+L难点难点为了保证由于开关产生的脉动电流通过为了保证由于开关产生的脉动电流通过C流通，流通，V1和和V2的阻抗和应远大于电容阻抗的阻抗和应远大于电容阻抗3.3 基本拓扑的变化基本拓扑的变化a)电容承担脉动电流电容承担脉动电流,L开路，分析开路，分析V1脉动电流脉动电流CV1V2I1I2AxyzCB+LC+-+-V1V2为使为使C取有限值，取有限值，V1和和V2至少有一个应是高阻抗至少有一个应是高阻抗为了保证由于开关产生的脉动电压加于L，V1和V2的并联阻抗之和应远小于电感阻抗为了保证由于开关产生的脉动电压加于L，V1和V2的并联阻抗之和应远小于电感阻抗b)电感承担脉动电压，电感承担脉动电压，C 短路，分析短路，分析V2脉动电压脉动电压为使L取有限值，V为使L取有限值，V1 1和V和V2 2至少有一个应是低阻抗至少有一个应是低阻抗CV1V2I1I2AxyzCB+LL+-+-V1V2a)电容承担脉动电流，电容承担脉动电流，L开路，分析开路，分析V1脉动电流脉动电流3.3 基本拓扑的变化基本拓扑的变化为使为使L取有限值，取有限值，V1和和V2至少有一个应是低阻抗至少有一个应是低阻抗实际变换器要使得实际变换器要使得L、C取有限值，取有限值，V1和和V2至少有一个应是低阻抗，一个是高阻抗至少有一个应是低阻抗，一个是高阻抗为使为使C取有限值，取有限值，V1和和V2至少有一个应是高阻抗至少有一个应是高阻抗CV1V2I1I2AxyzCB+Lc)电源（负载）的阻抗均较大电源（负载）的阻抗均较大在一 个端并电容在一 个端并电容C1，使一端变为低阻抗，使一端变为低阻抗,C1使使L减小减小C仍流过较大的脉动电流仍流过较大的脉动电流，C1中脉动电流较小中脉动电流较小C+-+-V1V2CV1V2+LC1C+-+-V1V2C1为使为使L取有限值取有限值，V1和和V2至少有一个应是低阻抗至少有一个应是低阻抗CV1V2I1I2AxyzCB+LL+-+-V1V2在在V2端也可以并一个电容端也可以并一个电容问题：问题：出现了一个电容回路出现了一个电容回路解决：解决：去掉去掉C 特点：特点：C1、C2均流过脉动电流，且可取较小的值均流过脉动电流，且可取较小的值CV1V2+LC1C2V1V2+LC1C2C+-+-V1V2C12C+-+-V1V2C1L取有限值取有限值c)电源（负载）的阻抗均较大电源（负载）的阻抗均较大L+-+-V1V2C1C2特点：特点：C1、C2均流过脉动电流，且可取较小的值均流过脉动电流，且可取较小的值V1V2+LC1C2L取有限值取有限值c)电源（负载）的阻抗均较大电源（负载）的阻抗均较大CV1V2I1I2AxyzCB+LBuck Boost ConverteroinVDV=1inoVDV=D is the duty cycle of Q1D is the duty cycle of Q211oinVVD=LbQDRLdVo+_CfQVinLfCfQVinLfCfRLdVo+_LbQDRLdVo+_VinCfVo Vin1122111oinVDDVDD=Why Buck-Boost Converter?LbQDRLdVo+_CfQVinLfCfLcSimplification of Buck-Boost Converter(1)LbQDRLdVo+_CfQVinLfCfSimplification of Buck-Boost Converter(2)Q1VinLcRLdVo+_CfQ2D1D2Q1VinLcRLdVo+_CfQ2D1D2Q1VinLcRLdVo_+CfDQ1VinLcRLdVo_+CfD能量：VinLc，Cf向负载放电能量：VinLc，Cf向负载放电能量：Lc能量：LcCf，负载，负载Q1VinLcRLdVo_+CfDBuck-Boost斩波管斩波管L DC输入端：斩波管，输入端：斩波管，BUCK的特征；输出端：二极管，的特征；输出端：二极管，Boost的特征；故的特征；故称为称为Buck-BoostDDVV=112电感电流连续时:电感电流连续时:D0.5,升压升压特点特点QDLCRL_ _ubbUo-+Ui1）依靠电感作为能量传输的中介,与Boost变换器一样，不允许开环空载；）依靠电感作为能量传输的中介,与Boost变换器一样，不允许开环空载；3）缺点：输入输出电流断续）缺点：输入输出电流断续t0QiDiDiQiLitbuONTOFT02）负压输出，电压可升可降；）负压输出，电压可升可降；d)二个源的阻抗均较低二个源的阻抗均较低CV1V2I1I2AxyzCB+LC+-+-V1V2C取有限值，取有限值，V1和和V2至少一个是高阻抗至少一个是高阻抗可在一个端子串可在一个端子串L1,使一端变为高阻抗使一端变为高阻抗,L1使使C减小减小L承受较大的脉动电压承受较大的脉动电压，L1中脉动电压较小中脉动电压较小CV1V2+LL1L+-+-V1V2L+-+-V1V21L特点：特点：L1、L2均承受脉动电压，且可取较小的值均承受脉动电压，且可取较小的值C取有限值取有限值另一个端子串另一个端子串L2问题：解决：问题：解决：去掉去掉L,Cuk变换器变换器CV1V2+L2L1LCV1V2+2L1LL21LC+-+-V1V2+-+-V1V21LL2L+-+-V1V21Ld)二个源的阻抗均较低二个源的阻抗均较低特点：特点：L1、L2均承受脉动电压，且可取较小的值均承受脉动电压，且可取较小的值C取有限值取有限值CV1V2+2L1Ld)二个源的阻抗均较低二个源的阻抗均较低CV1V2I1I2AxyzCB+LCuk变换器变换器Cuk变换器变换器特点：特点：V1和和V2的脉动电压，电流均很小零纹波的脉动电压，电流均很小零纹波DC/DC变换器最佳拓扑变换器最佳拓扑DC/DC变换器变换器CV1V2+2L1LLbQDRLdVo+_VinCfQVinLfCfRLdVo+_121oinVDVD=How to get Cuk?QLfCfRLdVo+_LbQDVinCfQLfCfRLdVo+_LbQDVinCfQLfCfRLdVo+_LbQDVinCfLfCfRLdVo_+LbQVinCbDEquivalent of CukLfCfRLdVo_+LbQVinCbDLfCfRLdVo_+LbQVinCbD1直接变换器直接变换器:输入、输出电压极性相同，电流极性相反输入、输出电压极性相同，电流极性相反间接变换器间接变换器:输入、输出电压极性相反，电流极性相同输入、输出电压极性相反，电流极性相同DDVV=112DDII=112间接式开关承受电压比直接式的高间接式开关承受电压比直接式的高CV1V2I1I2AxyzLCB+2 Buck-Boost Converter3 Cuk变换器变换器间接变换器小结间接变换器小结3 Cuk变换器变换器2 Buck-Boost Converter升降压变换升降压变换V1和和V2的脉动电压，电流均很小零纹波、最佳拓扑的脉动电压，电流均很小零纹波、最佳拓扑DC/DC变换器变换器输入输出电流纹波大输入输出电流纹波大LfCfRLdVo_+LbQVinCbDQ1VinLcRLdVo_+CfDQVinLfCfRLdVo+_Q1VinLcRLdVo_+CfDComparison of the ConvertersBuckBoostBuck-BoostCukConverter1oinVDVD=1oinVDVD=11oinVVD=oinVDV=Voltage Conversion RatioOutput Voltage PolarityInput Current RippleOutput Current Ripple+_LargeSmallConfigu-rationSimpleSimpleSimpleSimpleLargeLargeLargeSmallSmallSmallLbQDRLdVo+_VinCfLfCfRLdVo_+LbQVinCbDTopology