现代电路理论第四章

第四章 开关网络的分析,4.1 引言4.2 一般开关网络分析的计算方法4.3 DC-DC变换电路分析的状态平均法4.4 准谐振变换器的分析4.5 取样数据系统的概念4.6 开关电容网络分析4.7 开关电流电路简介,第四章 开关网络的分析,4-1 引言,一、开关,二、开关网络：含有理想开关的网络。,理想开关：零值导通电阻，零值断开电导，零值动作时间。,三、开关网络特点：电容电压和电感电流发生跃变-不连续初始条件。,t=0:,四、变换器的基本概念,1.概述 变换器用于对原始电能转换、加工和调节的装置和电路。,用途：电气传动、不间断电源、加热与照明、电化学、电弧焊,用功率管、开关管、电子器件开关管：让电流电压受控,分类：DC DC AC AC,斩波,逆变,整流,原始电能：频率和幅值不可调,变换后电能：频率和幅值可调,五、硬开关技术,缺点：开关过程中电压和电流均不为零，出现了重叠。开关损耗不等于零电压、电流变化很快，波形出现明显得过冲，导致开关噪声。,六、软开关技术,现代电力电子装置的发展趋势小型化、轻量化、对效率和电磁兼容性也有更高的要求。电力电子装置高频化滤波器、变压器体积和重量减小，电力电子装置小型化、轻量化。开关损耗增加，电磁干扰增大。软开关技术降低开关损耗和开关噪声。进一步提高开关频率。,在原电路中增加了小电感、电容等谐振元件，在开关过程前后引入谐振，消除电压、电流的重叠。降低开关损耗和开关噪声。,零电压开关和零电流开关,零电压开通开关开通前其两端电压为零开通时不会产生损耗和噪声。零电流关断开关关断前其电流为零关断时不会产生损耗和噪声。零电压关断与开关并联的电容能延缓开关关断后电压上升的速率，从而降低关断损耗。零电流开通与开关串联的电感能延缓开关开通后电流上升的速率，降低了开通损耗。,当不指出是开通或是关断，仅称零电压开关和零电流开关。靠电路中的谐振来实现。,变换器最小做到20KHz，f越高，E越大，同样的体积，输出电压大，能量密度大（如手机充电器）,七、准谐振开关技术,线性电源：开关电源：典型的变换器,提高能量密度,准谐振：利用谐振电路的一部分（非完全谐振电路）,创造零压或零流条件：用谐振（LC)电路创造零压零流条件,电流连续导通模式和电流非连续导通式假定电路中(1) 忽略功率开关的导通电阻以及续流二极管的导通电压,4-3 DC-DC变换电路分析的状态平均法,一、降压式变压器,(3) 设滤波电容C很大，输出电压在整个周期中近似为常数，即(4) 变换器工作在电流连续导通模式,(2) 开关受周期为T的方波信号控制，开关导通的时间为t0，导通持续时间为Ton，开关占空比用d表示,则电路工作在稳态时,为周期信号,而,即,在开关导通期间 (0Ton),在开关断开期间 (TonT),则,二、调制方法 PWM、PFM、混合(PWM+PFM)三、状态平均法分析 定义 1 = t0，t1，2 = t1，t2，1= t1 - t0，2= t2 - t1 ，d1=1 /T， d2 =2 /T，i = iL，v = Vout,在 t t0，t1,电感电流电容电压,在 t t1，t2,t t0，t1 t t1，t2,求解微分方程,当Ai中的元素均小于1/T 时,0di 1,而,状态方程,当b1()、 b2()为恒定值B1、B2时，B=d1B1+d2B2,当输入由恒定分量和小信号构成时,则,例,t t0，t1,t t1，t2,直流稳态方程为,小信号稳态方程为,4-4 准谐振变换器的分析,减小开关损耗、提高开关频率,LLr，C Cr，fsL-C固有频率(1) 区间tt0，t1 开关在 t=t0时导通，D也导通，则,降阶状态方程为,在 t=t1时 ir=i 导通，D断开，则,(2) 区间 tt1，t2 在 t=t1时 ir=i ，D截止，Lr、Cr 形成谐振电路,其中,其中,在 t=t2时 ir=0 ，开关断开，则,(3) 区间 tt2，t3 开关断开，Cr放电， 在 t=t3时，