哈工大DCDC技术-文库

哈工大DCDC技术——文库第1页/共64页第一章DC-DCConwerter

多元多重结构：元－－从电源侧看，差T/n分时的基本电路（n个）；重－－从负载侧看，差T/n分时的基本电路（m个）n元n重结构n元单重结构第2页/共64页§1-1

BuckConverter§1-2

BoostConverter§1-3

Buck-BoostConverter§1-4

CukConverter§1-5

Sepic&ZetaConverter§1-6

多象限变换器§1-7变压器隔离DC-DC变换器Forward/Flyback/RoyerConverter/…§1-8常用PWM集成控制芯片*本章内容：第3页/共64页条件假设1、理想开关器件；2、L、C无损耗，无寄生参数；3、电源Ui

内阻为零，无分布参数；4、开关频率fs远大于截止频率fc第4页/共64页§1-1

BuckConverter电感电流：

连续

(CCM-ContinuousCurrentMode)

临界

断续(DCM-DiscontiuousCurrentMode)电压纹波、谐波、内阻……第5页/共64页电流的不同状态1★电流连续状态：稳定状态下：——直流变压器第6页/共64页在稳定状态下，一个开关周期中，电感伏秒积的代数和为0。即：电感两端的平均电压为0。L伏秒平衡原则：C安秒平衡原则：在稳定状态下，一个开关周期中，电容安秒积的代数和为0。即：流经电容的平均电流为0。第7页/共64页★电流临界状态：第8页/共64页D=0.1D=0.9U:100V/Div.I:5A/DivD=0.5第9页/共64页★电流断续状态：续流时间＝？第10页/共64页★电流断续状态：D对UO的调节规律？第11页/共64页输出电压的纹波和谐波设：稳态连续

△IO→C、IO→R而

IL=IO2第12页/共64页输出电压的谐波:未经滤波的输出电压，即二极管反压的富氏级数第13页/共64页电路内阻的影响(CCM)设：S与D的通态电阻相同，为ron

电感寄生电阻为rL

3电源效率：

第14页/共64页输出滤波器参数CCM4由电感临界电流平均值：得其中：若负载稳定，此L过小，使IS-on-Max和△UO过大，故一般取：若IO-min过小，所需L过大，可加假负载，但η低；第15页/共64页由输出电压纹波幅值：得注意！

高频时电容的等效电路：ESR—EquivalentSeriesResistance

等效串联电阻ESL—EquivalentSeriesInductance

等效串联电感Rc漏电阻很大C很大感性大，对开关电压谐波尖峰无缓冲。选用高频电容

缩短C引线，减小分布电感；多电容并联，减小ESR。

或第16页/共64页仿真分析5<解>例：计算临界电感；计算电压纹波；第17页/共64页D=0.5DCML=150uHCCML=450uH<开关电流><开关电流><电感电流><电感电流>第18页/共64页<例>第19页/共64页§1-2

BoostConverter

电感电流：

连续临界断续

电压纹波第20页/共64页电流的不同状态1★电流连续状态：稳定状态下：第21页/共64页★电流临界状态：第22页/共64页★电流断续状态：输入电流保护输出电压保护泵升电压！第23页/共64页输出电压纹波设：稳态连续

△IO→C、IO→R2第24页/共64页第25页/共64页3例：Ui=12~36V，Uo=48V，Pomax=120W，

fs=50kHz。选取保持断续状态的L量。（与Ui=12~36V无关）第26页/共64页仿真分析4<Boost1>D=0.75D=0.50<Boost2><Boost3>D=0.25fS=50kHzUR1500mV/DrvAC第27页/共64页§1-3

Buck-BoostConverterBuck-BoostConverterB-B.Converter=Buck串联Boost第28页/共64页连续与临界状态1第29页/共64页电流断续状态2例：f=20kHz,L=0.05mH,Ui=15V,

Uo=10V,Po=10W,C足够大。判断电流状态连续否？D=0.4;Ioc=1.8A,>Io=1A

断续输入电流保护输出电压保护第30页/共64页仿真分析4<B-B01>D=0.4Buck-BoostConverter★I/O电流脉动较大应加滤波器fS

=20kHzPo=10W第31页/共64页仿真分析4D=0.50fS=50kHzPo=120W<B-B02>BoostConverter

★输入电流脉动较小第32页/共64页§1-4CukConverterCukConverterCukConverter=Boost串联Buck第33页/共64页★Cuk电路分析

C1足够大；稳态时UL1、2

=0S通S关

电感上的电压

由串联结构，或L1或L2电压第34页/共64页★Cuk电路分析第35页/共64页例：f=50kHz,D=0.33第36页/共64页其它单象限变换器课后自行分析第37页/共64页§1-5

多象限斩波电路一、电流双象限半桥式斩波器BuckConverterBoostConverter双象限运行，电流、功率可逆并联第38页/共64页电流双象限半桥式斩波器★设：L足够大；稳态；R=0对电机负载，E由Ui而来对蓄电池负载，E不由Ui决定第39页/共64页双象限半桥式斩波器第40页/共64页★电流双象限桥式斩波器Buck－Boost

独立工作方式：第41页/共64页课后自行分析★电压双象限桥式斩波器P148~153第42页/共64页★其他双象限DC/DC变换的电路拓扑

T型双向升降压变换器级联式升降压变换器双向CUK变换器Sepic/Zeta变换器第43页/共64页二、四象限全桥式斩波器正接+短接四象限运行，电压、电流、功率均可逆半桥并联反接

+短接开关器件动作规律：

每臂两个开关不同时断开不同时导通即：同臂互补动作（实际存在闭锁时间）第44页/共64页四象限全桥式斩波器★设：L足够大；稳态；R=0第45页/共64页双极性单PWM控制1★对角线互补控制（正接+反接）第46页/共64页单极性双PWM控制2★同臂反相控制（正接+短接）？输出如何为负？第47页/共64页多重化PWM变换3N=3f×3第48页/共64页§1-6

带变压器隔离的直流变换电路★前述变换器的不足：

1、无隔离；2、传输比限制；3、单路输出引入隔离变压器均可克服★隔离形式：

1、单端；2、并联；3、半桥；4、全桥★比较条件：

1、D=0.5；2、输入功率相同单端式（Buck-Boost)：△

线路简单（+MRT？）▲开关通态平均电流

Ism=2Ii▲需磁复位▲变压器利用率低●适用于200W以下容量第49页/共64页§1-6

带变压器隔离的直流变换电路并联式(推挽式）：S1、S250%互补动作△

开关通态平均电流

Ism=Ii△

无需磁复位MRT●适用于Ui小Ii大的条件▲S电压应力Usm=2Ui

△

变压器利用率高无需驱动隔离第50页/共64页§1-6

带变压器隔离的直流变换电路半桥式：▲开关通态平均电流

Ism=2Ii△

变压器利用率高S1、S250%互补动作△S电压应力Usm=Ui

△无需磁复位MRT●适用于Ui大Ii小的条件突出优点，具有抗不平衡能力第51页/共64页§1-6

带变压器隔离的直流变换电路全桥式：△开关通态平均电流

Ism=Ii△变压器利用率高S1、S250%互补动作△S电压应力Usm=Ui

△无需磁复位MRT●适用于大（>kW）功率要求▲线路复杂、S多、驱动隔离直通和偏磁问题第52页/共64页★1、交变磁化一磁性材料的工作状态★2、单向磁化★3、偏直磁化△铁心利用率高△剩磁无限制▲铁心损耗大▲铁心利用率低△剩磁要小（加气隙）△铁心损耗小△铁心损耗很小△加气隙增电流▲铁心利用率很低第53页/共64页正激变换器

ForwardConverter二磁通复位技术①

转移消耗：第54页/共64页正激变换器

ForwardConverter二磁通复位技术②

再生反馈：第55页/共64页正激变换器

ForwardConverter二磁通复位技术③

强迫去磁：应用电路第56页/共64页正激变换器

ForwardConverter二双端正激变换器△S电压应力Usm=Ui

第57页/共64页正激变换器

ForwardConverter二并联双端正激变换器△倍频输出

fo=fs

△2元2重结构

第58页/共64页反激变换器

FlybackConverter三

以Buck-Boost电路为基础的反激变换器▲变压器=耦合电感多路输出自动均衡隔离