DCDC电压转换电路原理研究

1、北京交通大学电路分析研究性实验论文题目：DC-DC电压转换电路原理班级：电子1102学号：姓名：合作者：指导老师：杜普选时间：2012/12/16前言：在各种电子设备中，经常需要将输入的直流电压转换到电路所需要的直流电压，同时，将不稳定的直流电压变成稳定的电压，这种电路称为DC-DC电源电路。电路通常用电子开关器件和起储能和平滑作用的电感和电容构成。用动态电路分析方法可以解释这种电路的工作原理。本文旨在探究简单DC-DC电源电路的设计及实现方法，加深笔者对课程相关内容的理解以及提高实践动手能力。关键词:DC-DC电源电路、降压转换器、升压转换器一、 实验原理图1是降压转换器的原理电路，图2是升

2、压转换器的原理电路。电路中两个开关周期交替闭合，由电压Vsw控制（图3）。在一个周期开始的0- t1期间，s1闭合，s2断开如图1(a)和图2(a)；在t1-T期间，s1断开s2闭合, 如图1(b)和图2(b)。其中，Vin为输入电压，V0为输出电压。图1 降压转换器图2 升压转换器图3 开关动作的控制电压二、 实验内容及理论分析（1）当开关周期动作重复多次后，电路中电压电流变成周期性波形。用动态分析方法求出电感电流一个周期的波形。l 对于降压转换器0t1时刻有：KVL： Vin=VL(t)+VC(t) KAL： i(t)=CdVC(t)dt+VC(t) R且VL(t)=Ldi(t)dt综上可

3、得：d2VC(t)dt2+1RCdVC(t)dt+VC(t)LC= VinLC代入数据，特征方程为：s2+200s+106=0解得：s1=-100+1000j s2=-100-1000j分析：显然VC(t)变换频率f=1000/2159Hz实验中开关变换频率取f=20kHz远大于VC(t)变换频率。即在一个周期T内，可视输出电压V0为常数。因此有Vin=VL(t)+V0，即VL(t)= Vin-V0。t1T时刻有：KVL： 0=VL(t)+VC(t) KAL： i(t)=CdVC(t)dt+VC(t) R且VL(t)=Ldi(t)dt同理分析可得此时VL(t)= -V0综上所述，VL(t)为一

4、周期矩形脉冲。又由关系i(t)= 1L-tv()d 可知所求i(t)为一周期三角波波形，如下图示意（2）求出两个电路中输出电压与输入电压的关系。图3电压波形中，脉冲宽度t1与周期T的比值d =t1/ T称为脉冲波形的占空比。证明改变占空比d可以调整输出电压的高低。l 对于降压转化器设i(0)= I0 0 t1：i(t)=1L-tv()d+I0=1LOt（Vin-V0）dt+I0=Vin-V0Lt+I0故有i(t1)= Vin-V0Lt1+I0t1T： i(t)=1Lt1t(-V0)dt+ i(t1)=-V0L(t-t1)+ Vin-V0Lt1+I0又因为i(0) =i(T)即i(T)= -V0

5、L(T-t1)+ Vin-V0Lt1+I0= i(0)= I0最后可以推出：V0=t1TVin=dVin分析理解：由于0<d<1,故V0<Vin,即转换器具有直流降压作用且输出电压与占空比d有关。l 对于升压转化器0t1时刻有：KVL：VL(t)= Vint1T时刻有：KVL： Vin=VL(t)+VC(t) KAL： i(t)=CdVC(t)dt+VC(t) R且VL(t)=Ldi(t)dt同理于降压转化器，在升压转化器电路中，分析可知，在一个周期T内，也可视输出电压V0为常数。故此时VL(t)= Vin-V0。因此，同理分析可知，电感电压电流波形定性类比于降压转化器。设i

6、(0)= I0 0t1：i(t)=1L0t(-V0)dt+ I0 =-V0Lt +I0故有i(t1)= -V0Lt1+I0t1T: i(t)=1Lt1tv()d+i(t1)=1Lt1t（Vin-V0）dt+i(t1)=Vin-V0L(t-t1)+-V0Lt1+I0又因为i(0) =i(T)即i(T)=Vin-V0L(T-t1)+-V0Lt1+I0= i(0)= I0同理升压转换电路中有输入电压、输出电压、占空比之间的关系为：V0=11-t1/TVin=Vin1-d分析理解：由于0<d<1,故V0>Vin,即转换器具有直流升压作用且输出电压与占空比d有关。三、 实验仿真仿真工具

7、：Multisim10.0l 降压转化器电路图波形图l 升压转换器电路图波形图四、 扩展探究将电路中的开关s2用二极管代替，在图6-1中，正极在下方；在图6-2中，正极在左侧。假设二极管加正向电压时导通，电阻为0；加反向电压时断开，电阻无穷大。电路原理图如下;分析：开关s2用二极管代替后， 若采用理想二极管，其导通电阻近似为零，断开电阻接近无穷大，其作用与S2开关相同。因此，理论分析的过程与上面给出的类似。仿真：l 降压电路波形l 升压电路波形五、 实践收获本次研究性课题的研讨与制作我收获巨大。首先就课内专业知识而言，为了此次研讨，我重新对动态电路及其分析做了一次复习，对含动态元件的动态电路分析又有了进一步的理解与提高。其次，在自主学习方面，由于本研讨需要用到仿真软件，因此我在结合课内所介绍的EWB的基础之上，自学了更高版本的Multisim10.0，通过与合作伙伴的研究，基本掌握了运用此软件进行电路仿真的方法，在熟悉软件操作界面及方法的前提下，通过本次实验，我重点掌握了压控开关的使用以及运用电流控制电压测电流波形、电压控制电压测电压波形等