第十讲DC-DC变换(一).ppt

第九讲直流斩波电路分析 直流斩波电路 DCChopper 将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电也称为直接直流 直流变换器 DC DCConverter 一般是指直接将直流电变为另一直流电 不包括直流 交流 直流习惯上 DC DC变换器包括以上两种情况 且甚至更多地指后一种情况 直流斩波电路的种类6种基本斩波电路 降压斩波电路 升压斩波电路 升降压斩波电路 Cuk斩波电路 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路 其中前两种是最基本的电路复合斩波电路 不同基本斩波电路组合多相多重斩波电路 相同结构基本斩波电路组合 斩波电路三种控制方式T不变 变ton 脉冲宽度调制 PWM ton不变 变T 频率调制 ton和T都可调 改变占空比 混合型 2 此种方式应用最多 第2章介绍过 电力电子电路的实质上是分时段线性电路的思想 基于 分段线性 的思想 对降压斩波电路进行解析 分V处于通态和处于断态初始条件分电流连续和断续 第五章直流 直流变换器 5 1直流 直流降压变换器 Buck变换器 5 2直流 直流升压变换器 Boost变换器 5 3直流升压 降压变换器 Buck Boost变换器 5 4直流升压 降压变换器 Cuk变换器 5 5带隔离变压器的直流 直流变换器 工作原理外特性元器件选择和设计 5 1降压变换器 Buck变换器 Ui 100VUo 50VIo 10A 设计要求 直流变换器 Ui 100VUo 50VIo 10A 设计要求 直流变换器 电阻分压 UoIo UiIo Uo Ui 50 100 50 Ploss 50 10 500 W UR 100 50 50 V 效率太低 无法自动稳压 Ui 100VUo 50VIo 10A 设计要求 直流变换器 线性模式 UoIo UiIo Uo Ui 50 100 50 UQ 100 50 50 V 效率太低 无法自动稳压 PQ UQIQ 50 10 500 W 可以自动稳压 Ui 100VUo 50VIo 10A 设计要求 直流变换器 开关模式 Ton 导通时间Ts 开关周期D 占空比 50V Ui 100VUo 50VIo 10A 设计要求 Qon PQ on VcesIo 0 100 Ploss 0 Qoff PQ off VinIceo 0 直流变换器 开关模式 可以自动稳压 效率很高 滤波器 续流二极管 D Buck变换器 工作原理外特性元器件选择和设计 5 1Buck变换器 QON 工作原理 电感电流连续 A B QOFF 工作原理 电感电流连续 A B 输入电压与输出电压之间的关系 工作原理 电感电流连续 占空比 脉冲宽度调制 Pulse WidthModulation 脉冲频率调制Pulse FrequencyModulation 输出电流平均值 滤波电感电流脉动值 即纹波电流 提问 当Ui和Uo一定时 如果负载电流变化 电感电流脉动是否变化 工作原理 电感电流连续 工作原理 电感电流断续 电感电流临界连续 据图可知电感电流连续临界电流值 即有负载最小电流 Buck变换器的元器件参数选择 已知条件 输入电压Ui 变化范围 输出电压Uo输出电流Io输出电压稳定精度输出电压纹波 元器件参数选择 功率晶体管二极管滤波电感滤波电容 变换效率的近似计算 双极性晶体管 如果fs 20kHz 可近似认为其导通损耗等于开关损耗 功率MOSFET 如果fs 100kHz 可忽略其开关损耗 功率晶体管选择 类型 开关频率 晶体管类型选择 功率管类型 20kHz 20 50kHz 50kHz 低频功率管 开关功率管 功率MOSFET 如果功率较大 可选用IGBT 功率晶体管电压和电流应力 平均电流 峰值电流 电压应力 功率晶体管 ICM 2IQP U BR ceo 2Ui 二极管类型选择 开关二极管 快恢复二极管或者FRED 二极管类型选择 输出电压较低时 如5V以下 需要采用功率MOSFET来替代整流二极管 即同步整流 电压低于40V时 可选用肖特基二极管 二极管电压和电流应力 平均电流 有效值电流近似值 电压应力 UDR 2Ui 滤波电感量的计算 ILf过小 Lf太大 ILf过大 Lf太损耗太大 且Uo脉动大 工程上一般取 ILf 20 Io 在10 Io时 电感电流连续 滤波电容量的计算 输出电流脉动很小 ILf全部流过电容 电容电压变化量 即纹波电压值 为 26 全控型器件若为晶闸管 须有辅助关断电路 续流二极管 负载出现的反电动势 典型用途之一是拖动直流电动机 也可带蓄电池负载 思考上图中Uo Io计算式是怎样的 讨论例题5 1 设计Buck变换器 电源电压Vs 147 220V 额定负载电流11A 最小负载电流1 1A 开关频率20kHz 要求输出电压Vo 110V 纹波小于1 且最小负载时电感电流连续 试确定L C 开关管T和二极管D 提问 课后习题1 3 5 8 27 功率晶体管电压和电流应力 平均电流 峰值电流 电压应力 功率晶体管 ICM 2IQP U BR ceo 2Ui 二极管电压和电流应力 平均电流 有效值电流近似值 电压应力 UDR 2Ui 滤波电感量的计算 ILf过小 Lf太大 ILf过大 Lf太损耗太大 且Uo脉动大 工程上一般取 ILf 20 Io 在10 Io时 电感电流连续 滤波电容量的计算 输出电流脉动很小 ILf全部流过电容 电容电压变化量 即纹波电压值 为 工作原理外特性元器件选择和设计 5 2Boost变换器 QON 电感电流连续 1 QOFF 电感电流连续 2 输入电压与输出电压之间的关系 电感电流连续 3 电感电流断续 1 电感电流临界连续 1 当电感电流连续临界电流值 即有负载最小电流 因为Toff期间负载才有电流 平均输入电流 峰值电流 电压应力 功率晶体管 ICM 2IQP U BR ceo 2Uo 功率晶体管 元器件选择和设计 有效值电流近似值 电压应力 平均电流 二极管 UBR 2Uo 电感量 升压电感 临界连续输出电流 Ui恒定 电容量 滤波电容 输出电压纹波 讨论例题5 2 设计Boost变换器 电源电压Vs 10 30V 最大输出功率100w 负载最大电流2 08A 最小输出功率10W 最小负载电流0 208A 开关频率40kHz 要求输出恒值电压Vo 48V 纹波小于1 且最小负载时电感电流连续 试确定L C 开关管T和二极管D 提问 课后习题1 3 5 8 42 电感电流临界连续 1 当电