第十讲DCDC变换(一)

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=5010=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=UQ

IQ=5010=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)=Vces

Io0

100%Ploss

0Qoff:PQ(off)=VinIceo0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DBuck变换器降压式变换器LfCf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ABQOFF工作原理：电感电流连续AB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：ILfmin=0Buck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<20kHz20~50kHz>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>2IQPU(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ΔILf过小，Lf太大。ΔILf过大，Lf太损耗太大，且Uo脉动大。工程上一般取ΔILf=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ΔILf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、5-827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>2IQPU(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ΔILf过小，Lf太大。ΔILf过大，Lf太损耗太大，且Uo脉动大。工程上一般取ΔILf=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ΔILf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）ILbmin=0平均输入电流：峰值电流：电压应力：功率晶体管ICM>2IQPU(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：Uo恒定Ui恒定电容量：滤波电容输出电压纹波：电容放电电容充电讨论例题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、5-842电感电流临界连续(1)当电感电流连续临界电流