第二章直流变换电路

第二章直流变换电路1第1页，课件共47页，创作于2023年2月

单向限电路双向限电路四象限电路3.均为一个方向和其中之一改变方向

均改变方向4.单相电路:只有一个电路m相电路:有m个基本电路,采用时分复用的方法二.理想直流变换应具备的性能1.输入输出端的电压均为平滑直流,无交流谐波分量2.输出阻抗为零3.快速动态响应,抑制能力强4.高效率小型化第2页，课件共47页，创作于2023年2月3.1.Driving:电车,地铁,电动汽车,火车3.2.直流电机调速系统,3.3.照明,氙灯ballast3.4.switchingpowersupply,Eg.Adapter,VRM四.Typicaltopologies:Buck,Boost,Buck-Boost,Cuk三.Application第3页，课件共47页，创作于2023年2月第二节:单象限降压型电路一.电路T是全控元件(GTR,GTO,MOSFET,IGBT),当时,T导通D:续流二极管L0和C0组成LPF第4页，课件共47页，创作于2023年2月第5页，课件共47页，创作于2023年2月二.工作原理当时,控制信号使得T导通,D截止,向L0充磁,向C0充电当时,T截止,D续流,U0靠C0放电和L0中电流下降维持三.假设:1.T,D均为理想器件2.L0较大,使得在一个周期内电流连续且无内阻3.直流输出电压U0为恒定4.整个电路无功耗5.电路已达稳态第6页，课件共47页，创作于2023年2月四.电路各点的波形第7页，课件共47页，创作于2023年2月五.电路分析1.电感电流iL表达式当储能(1)当时,达到最大值,(2)当时,放能(3)当时,达到最小值(4)由于电路达到了稳态,第8页，课件共47页，创作于2023年2月所以(2)式改写为:(5)2.伏秒平衡定律的证明：电流增量：由式（4）得到：（6）所以有得：这就是电感的伏秒平衡，实际是对的积分，即平均值为零平均电流(7)(8)(9)第9页，课件共47页，创作于2023年2月3.输出电压增益输出电压平均值输入电压平均值由(8)式得:(10)当D改变,U0改变4.输入电流平均值Id输入功率电流输出电压输出电流第10页，课件共47页，创作于2023年2月5.输出电压纹波分析当但为有限值电感电流电容电流负载电流情况1:C充电情况2:C放电第11页，课件共47页，创作于2023年2月当时,电容充电,其电荷量为Q实际上就是图中的阴影部分的面积在时,阴影部分的面积为:在时,阴影部分的面积为:第12页，课件共47页，创作于2023年2月把式(7)代入上式得:所以当与给定后当最大时,用,的最大值为第13页，课件共47页，创作于2023年2月6.保持电流连续的临界电感值由的图形可知,由(7)式可知当时,电流处于临界连续状态当取最大值时,当时,处于连续状态第14页，课件共47页，创作于2023年2月六.电流断续时的状况1.求Av根据伏秒平衡律:2.求Dp平均电流:DTTDTDpT第15页，课件共47页，创作于2023年2月解得:第16页，课件共47页，创作于2023年2月七、TypicalApplicationsBuckThreePhasesInvertersACmotor交流调速系统BuckSignalPhasesInvertersHidLampilluminingsystemBuckLowv/highILoadSwitchingpowersupplesystem二次电源BuckHighV/LowILoadSwitchingpowersupplesystem一次电源第17页，课件共47页，创作于2023年2月作业1，比较CCM和DCM工作时，电压增益和电流增益公式，电感上电压的差别。2，试述CCM和DCM工作的优缺点。3，试述伏秒平衡和电荷平衡定律。4，画出电容器高频等效电路，并说明其频率特性。第18页，课件共47页，创作于2023年2月第三节:单象限升压型直流变换电路一.电路二.工作原理当三.连续模型分析1.直流增益Av根据伏秒平衡律:第19页，课件共47页，创作于2023年2月说明:1)所以是升压电路

2)可以调压TwoModes:能量的传输Mode1:0<t<DT,TisonDisoff,thecurrentiLincrease,theequivalentcircuitMode2:DT<t<T,Tisoff,Dison,thecurrentiLdecrease,theequivalentcircuitTheenergyin DCsourceLLoadCTheenergyinLLoadC第20页，课件共47页，创作于2023年2月2.电流增益根据无耗网络的定义:3.电流的分析当当当电荷平衡第21页，课件共47页，创作于2023年2月平均电流所以同理可得:4.波形:第22页，课件共47页，创作于2023年2月5.考虑电感时的情况求平均输入电阻第23页，课件共47页，创作于2023年2月6.TypicalApplications(1)BoosttypePFCAcinput90~260VUnder500W/DCM500~5000WPFCOver500W/CCMBoosttypePFCThreePhaseAcinputLoadThreephasesPFCBoosttypePFCAcinput90~260V400vDCBUSUniversalLinePowerSupplyBoosttypeAcinput90~260VInverterUPSBatteryUninterruptablePowerSupplyUnionPostService第24页，课件共47页，创作于2023年2月6.TypicalApplications(2)

SolarenergyLightingBoosttypePhoto-BatteryInverterHMLampBoosttypeBattery12v400vDCBUS

Car’sLightingInverterHMLamphomework‘s:1.todesignaBuckconverteranddosimulation.Specification:f=25KHz,Ui=300v,Uo=150v,Io=6A,Io=1A,Upp=10v;2.todesignaBoostconverter.Specification:f=100KHz,Ui=150v,Uo=300v,Io=6A,IL=1A,Upp=10v;第25页，课件共47页，创作于2023年2月第四节:单象限升/降压直流变换电路(Buck-Boost)一.电路输入和输出反相二.工作原理:在T导通时,D截止,电源向Ld输送能量,输出电压是靠C0的放电保持基本不变;在T/off时,Don,把存放在中的能量释放给负载和电容三.连续模型的分析方法1.电压增益根据伏秒平衡律:第26页，课件共47页，创作于2023年2月1>1<12.输入电流脉动输入电流增量:输入电感电流的最大值:由无耗性可知:第27页，课件共47页，创作于2023年2月3.输出电压的脉动值当VTon,VDoff时,电容C0放电维持输出电压选大电容可以消除U0的脉动4.考虑rL的影响若的纹波很小时,平均值与有效值相等第28页，课件共47页，创作于2023年2月在求均值时,电感短路,电容开路,所以:作业：计算T和D的耐压。第29页，课件共47页，创作于2023年2月第五节:单象限的CUK电路一.CUK电路的特点:1.输入,输出电流皆没有脉动,只是在直流成分的基础上附加了一个不大的开关纹波2.电压增益3.开关晶体管发射极接地4.输入输出电压反向二.CUK电路第30页，课件共47页，创作于2023年2月三.工作原理:这个电路的关键是靠C1传输能量在期间,VT/off,Vd/on,输入电路:把L1中的存能送给C1,给C1充电,L1,L2中的能量均是减小的输出电路:靠L2,C2中的存能维持输出电压基本不变在期间,VT/on,Vd/off,输入电路:Ud给L1充磁,输出电路:Uc1给L2充磁L1,L2中的能量均是增加的VToff,VDon

等效电路VTon,VDoff

等效电路第31页，课件共47页，创作于2023年2月四.电路分析(连续模型)1.均值等效电路所以电感两端的均值电压为0,相当于虚短所以电容中的电流的均值为0,相当于虚断第32页，课件共47页，创作于2023年2月2.CUK均值等效电路3.电压增益L1电压的瞬时值:若C1,C2较大,认为电压恒定即:所以:<2><1>第33页，课件共47页，创作于2023年2月L2电压的瞬态值:（3）结论:如果（4）根据伏秒平衡律:(5)第34页，课件共47页，创作于2023年2月CUK:Boost:Buck:所以Buck-Boost及Cuk的增益为Buck与Boost增益的积电流增益:(6)4.输出，入端电流脉动入端:出端:(7)(8)第35页，课件共47页，创作于2023年2月上式说明:如果如果式（7)和式(8)相除得:上式再次证明了的结论输入电流的最大值:输出电流的最大值:(9)(10)VT电流最大值,第36页，课件共47页，创作于2023年2月注意:的最大值发生在与的最大值同时发生5.波形(自己画)第37页，课件共47页，创作于2023年2月6.考虑L1,L2内阻的分析均值等效电路令第38页，课件共47页，创作于2023年2月第六节:双象限直流电压变换电路一.双象限电路的分类<一>输出电流平均值I0极性可变原理:当,当输出电流:负载等效电压:输出电压:恒大于零应用:负载为直流电机时,构成具有再生制动力的不可逆调速系统正转(减速运行)正转制动力第39页，课件共47页，创作于2023年2月典型电路:1)Buck与Boost组合电路,工作在Buck电路时,电源向负载传输能量,

工作在Boost电路时,负载向电源反馈能量2)双向CUK电路分析输出电压均用正向传输电路;分析输出电流<二>输出电压U0极性可变电路原理:靠改变占空比改变U0的极性应用负载为电机时,构成可逆调速系统正转反转制动典型电路:双管正激电路<三>电机负载下输出电压和输出电流的分析方法第40页，课件共47页，创作于2023年2月1.等效电路:2.求E值.在稳态时,令3.求的均值U0是根据开关电路决定4.求的表达式令R=0,根据的瞬态表达式+-第41页，课件共47页，创作于2023年2月第七节:四象限桥式直流变换电路一.四象限桥式直流变换电路概述1.应用具有摩擦负载的可逆直流调速系统2.优点:以DC-DC原理实现的直流变换电路,具有网络侧功率因数高,

响应速度快3.分类:全桥电路半桥电路单极性电路双极性电路同频电路倍频电路4.双极性电路:指在一个斩波周期内,输出电压只有一个极性变换