第三章DC-DC变换器1

1、电电 力力 电电 子子 技技 术术 Power Electronic Technology第三章第三章 DC-DC变换器变换器如图所示，在变压器的一次绕组施加交流电压u1时，铁芯内磁通就变铁芯内磁通就变化化，在二次绕组上就产生感应电压u2。如果设一、二次绕组匝数为w1、w2时，在二次绕组中产生的电压可用下式表达：u1u2w1w2)w/w(uu)dt/d(wu)dt/d(wu12122211如何改变直流电压？如何改变直流电压？第三章第三章 DC-DC变换器变换器如下图所示，通过串联可变电阻改变直流电压。R，则uL； R ，则uL 。在串联电阻中也流过与负载电阻电流相同的电流，将产生大的损耗。利用

2、上述原理，使用开关器件，将直流电压转换成脉冲的形式，把这些脉冲组合在一起就得到了输出电压。无需加入电阻，降低损耗由于输出电压由一系列脉冲组成，波形看上去就好像被周期性的斩切了一样。所以称为直流斩波器直流斩波器。第三章第三章 DC-DC变换器变换器vDC-DC变换器（变换器（DC Converter）将一定幅值的直流电直流电变换成另一幅值的直流电直流电的电力电子装置。主要应用于直流电压变换（升压、降压、升降压等）、开关稳压电源、直流电机驱动等场合。第三章第三章 DC-DC变换器变换器理论上，按其变换功能可将理论上，按其变换功能可将DC-DC变换器分为以下变换器分为以下4种基本类型：种基本类型：1

3、）降压型DC-DC变换器，简称Buck变换器；2）升压型DC-DC变换器，简称Boost变换器；3）升-降压型DC-DC变换器，简称BoostBuck变换器；4）降-升压型DC-DC变换器，简称BuckBoost变换器；工程上，依据输入、输出间是否有电气隔离：工程上，依据输入、输出间是否有电气隔离：有变压器隔离型DC-DC变换器；无变压器隔离型DC-DC变换器一般所说几种基本类型的一般所说几种基本类型的DC-DC变换器均指无变压器隔离的变换器均指无变压器隔离的3.1 3.1 DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构工程上，一般将以开关管按一定控制规律调制且无变压器且无变压器隔离的DC-DC变

4、换器或输入输出频率相同的AC-AC变换器统称为斩波器斩波器（Chopper）直流斩波器（DC Chopper）交流斩波器（AC Chopper）这种开关管按一定调制规律通断的控制为斩波控制斩波控制1）脉冲宽度调制（脉冲宽度调制（PWM） 这种控制方式是指开关管调制信号的周期周期固定不变固定不变，而开关管导通信号的宽度可调宽度可调2）脉冲频率调制（脉冲频率调制（PFM） 这种控制方式是指开关管导通信号的宽度宽度固定不变固定不变，而开关管调制信号的频率可调频率可调3.1 3.1 DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构 直流斩波器直流斩波器实际上是一类基本的DC-DC变换器，按其直流输入输出相关

5、量的大小关系（升、降、升-降、降-升），这种基本的DC-DC变换器可分为： buck型型 DC-DC变换器变换器 boost 型型 DC-DC变换器变换器 buck-boost型型 DC-DC变换器变换器 boost-buck型型 DC-DC变换器变换器3.1.1 Buck型型DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构DC-DC变换器主要完成变换器主要完成电压变换电压变换或或电流变换电流变换功能，那么如何完成这功能，那么如何完成这一变换呢？一变换呢？输出电压等于电源电压输出电压等于零U0输出电压的平均值U0Ui实现了Buck型DC-DC变换器的基本功能3.1.1 Buck型型DC-DC变换器的

6、基本结构变换器的基本结构输出电压、电流脉动的抑制输出电压、电流脉动的抑制电压型电压型DC-DC变换器变换器电流型电流型DC-DC变换器变换器U0I0如何抑制电流、电压的脉动？如何抑制电流、电压的脉动？3.1.1 Buck型型DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构 为抑制输出电压脉动抑制输出电压脉动，可在Buck型DC-DC变换器的基本原理电路中加入输出滤波元件输出滤波元件（如：电容C）L为抑制输出电流脉动输出电流脉动，可在图3-1b所示的基本原理电路中加入输出滤波元件输出滤波元件（如：电感L）如图3-2b所示 3.1.1 Buck型型DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构加入滤波元件后

7、可能出现的问题 3.1.1 Buck型型DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构U0VT导通时两不相等的电压源短路I0VT关断时两不相等的电流源串联产生较大的电流应力产生较大的电压应力过电流损坏过电压损坏L3.1.1 Buck型型DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构 在下图的buck型DC-DC电压变换电路中为了限制开关管限制开关管VTVT导通时的电流应力导通时的电流应力，则将缓冲电感缓冲电感L L串入串入开关管VT的支路中3.1.1 Buck型型DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构 为串入电感建立续流回路虽然抑制了开通时的电流应力，但增加了关断时的电压应力结构完善的具有输出滤波

8、和缓冲环节的Buck型DC-DC电压变换电路3.1.1 Buck型型DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构 在下图所示的buck型DC-DC电流变换电路中，为了限制限制开关管开关管VT关断时的电压应力关断时的电压应力，则将缓冲电容缓冲电容C并入并入开关管VT的两端 C3.1.1 Buck型型DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构 克服VT导通时电容两端电压突变问题所产生的较大电流应力结构完善的具有输出滤波和缓冲环节的Buck型DC-DC电流变换电路3.1.1 Buck型型DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构 缓冲电路或者缓冲单元缓冲电路或者缓冲单元（常设置在变换器中间）能量缓冲作

9、用滤波元件（常设置在变换器的端部）滤波作用3.1.2 Boost型型DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构忽略开关管忽略开关管VT、滤波元件、缓冲元件的能量损耗，则输入输、滤波元件、缓冲元件的能量损耗，则输入输出功率相等出功率相等UiIi=U0I0对于对于Buck电压变换，电压变换，UiU0，则，则IiI0，即在完成，即在完成Buck电压变换的同时完成了电压变换的同时完成了Boost电流变换电流变换3.1.2 Boost型型DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构忽略开关管忽略开关管VT、滤波元件、缓冲元件的能量损耗，则输入输、滤波元件、缓冲元件的能量损耗，则输入输出功率相等出功率相等U

10、iIi=U0I0对于对于Buck电流变换，电流变换，IiI0，则，则UiU0，即在完成，即在完成Buck电流变换的同时完成了电流变换的同时完成了Boost电压变换电压变换3.1.2 Boost型型DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构对于对于Buck电压变换，电压变换，UiU0，则，则IiI0，即在完成，即在完成Buck电压变换电压变换的同时完成了的同时完成了Boost电流变换电流变换开关频率开关频率足够高足够高Boost型型DC-DC电流变换器电流变换器考虑为电流变换器对于对于Buck电流变换，电流变换，IiI0，则，则UiU0，即在完成，即在完成Buck电流变电流变换的同时完成了换的同

11、时完成了Boost电压变换电压变换3.1.2 Boost型型DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构开关频率开关频率足够高足够高Boost型型DC-DC电压变换器电压变换器考虑为电流变换器3.1.2 Boost型型DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构Buck型型电压变电压变换换Buck型型电流变电流变换换Boost型型电流变电流变换换Boost型型电压变电压变换换对偶对偶对偶对偶如何构造如何构造Boost-Buck变换器？变换器？3.1.3 Boost-Buck型型DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构BoostBuck输入输入输出输出Boost-Buck型型DC-DC变换器变换器

12、3.1.3 Boost-Buck型型DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构Boost-Buck型型DC-DC变换器的演化变换器的演化3.1.3 Boost-Buck型型DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构Boost-Buck型型DC-DC变换器的演化变换器的演化VT1、VT2同步3.1.3 Boost-Buck型型DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构Boost-Buck型型DC-DC变换器的演化变换器的演化3.1.3 Boost-Buck型型DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构Boost-Buck型型DC-DC变换器的演化变换器的演化3.1.3 Boost-Buck型型D

13、C-DC变换器的基本结构变换器的基本结构Boost-Buck型型DC-DC变换器的演化变换器的演化公共参公共参考点考点Boost-Buck型型DC-DC电压源变换器电压源变换器输入电压为反极性1976年美国加利福尼亚理工学院年美国加利福尼亚理工学院Slobodan Cuk提出提出3.1.3 Boost-Buck型型DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构为了克服为了克服Cuk变换器反极性的不足，相继出现了同极性的变换器反极性的不足，相继出现了同极性的Boost-Buck变换器，即变换器，即Sepic变换器和变换器和Zeta变换器。变换器。Sepic变换器Zeta变换器Sepic变换器和Zet

14、a变换器与Cuk变换器具有相同的稳态电压增益相同的稳态电压增益 M=D/(1-D)Sepic变换器的输入输出电流连续输入输出电流连续(较易滤波)Zeta变换器的输入电流则断续输入电流则断续3.1.4 Buck-Boost型型DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构0offontTTtUEo fonftEtBuck-Boost型型DC-DC变换器的结构演化变换器的结构演化反极性斩波电路升降压DC-DC变换电路3.1.4 Buck-Boost型型DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构3.1.4 Buck-Boost型型DC-DC变换器的基本结构变换器的基本结构对比boost-buck型电压变换器和buck-boost型电压变换器电路可以看出：u 两者的输