第三章 直流变换电路第十二次课.ppt

1、3.2 降压变换电路,导通期间（ton ）：电力开关器件导通，电感蓄能，二极管D反偏。 等效电路如图3.2.1 (b)所示 ； 关断期间（toff）：电力开关器件断开，电感释能，二极管D导通续流。等效电路如3.2.1(c)所示； 由波形图3.2.1(b)可以计算出输出电压的平均值为：,图3.2.1 降压电路及其波形图,(3.2.3),忽略器件功率损耗，即 输入输出电流关系为：,3.2 降压变换电路,电感中的电流iL是否连续，取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值。,图3.2.2 电感电流波形图,Buck变换器的可能运行情况：,电感电流连续模式,电感电流临界 连续状态,电感电流断流模式,3.2

2、 降压变换电路,(3.2.4),1）电感电流iL连续模式 ：,在ton期间:电感上的电压为,由于电感L和电容C无损耗，因此iL从I1线性增长至I2，上式可以写成,式中IL=I2I1为电感上电流的变化量，UO为输出电压的平均值。,3.2 降压变换电路,(3.2.5),(3.2.6),(3.2.7),(3.2.8),(3.2.9),1）电感电流iL连续模式 ：,在toff期间:假设电感中的电流iL从I2线性下降到I1，则有,根据式(3.2.4)、(3.2.5)可求出开关周期S为,上式中IL为流过电感电流的峰峰值，最大为I2，最小为I1。电感电流一周期内的平均值与负载电流IO相等，即将式(3.2.7

3、)、(3.2.8)同时代入关系式IL= I2I1可得,3.2 降压变换电路,2）电感电流iL临界连续状态： 变换电路工作在临界连续状态时，即有I1=0，由 可得维持电流临界连续的电感值L0为： 即电感电流临界连续时的负载电流平均值为 ： 式中Iok为电感电流临界连续时的负载电流平均值。 总结：临界负载电流Iok与输入电压Ud、电感L、开关频率f以及开关 管T的占空比D都有关。 当实际负载电流Io Iok时，电感电流连续； 当实际负载电流Io = Iok时，电感电流处于连续（有断流临界点）; 当实际负载电流Io Iok时，电感电流断流；,(3.2.10),(3.2.11),3.2 降压变换电路,

4、输出纹波电压： 在Buck电路中，如果滤波电容C的容量足够大，则输出电压U0为常数。然而在电容C为有限值的情况下，直流输出电压将会有纹波成份。 电流连续时的输出电压纹波为 其中f为buck电路的开关频率， fc为电路的截止频率。 它表明通过选择合适的L、C值，当满足fcf 时，可以限制输出纹波电压的大小，而且纹波电压的大小与负载无关。,（3.2.14）,第3章 直流变换电路,3.1 直流变换电路的工作原理 3.2 降压变换电路 3.3 升压变换电路 3.4 升降压变换电路 3.5 库克变换电路 3.6 带隔离变压器的直流变换器 3.7 直流变换电路的PWM控制技术,3.3 升压变换电路,1)

5、定义：直流输出电压的平均值高于输入电压的变换电路称为升压变换电路，又叫Boost电路。,全控型电力器件开关,储能,保持输出电压,2）原理图,3.3 升压变换电路,3）工作原理： ton工作期间：二极管反偏 截止，电感L储能，电容C 给负载R提供能量。 toff工作期间：二极管 导通，电感L经二极管给 电容充电，并向负载RL提 供能量。 可得： 式中占空比D=ton/TS，当D=0时，U0=Ud，但D不能为1，因此在 0D1的变化范围内 UoUin,图3.3.1 升压变换电路及其波形,3.3 升压变换电路,4）Buck变换器的可能运行情况： 根据在理想状态下，电路的输出功率等于输入功率，参考降压

6、变换电路的计算方法，可得电感电流临界连续时的负载电流平均值为： 当实际负载电流IoIck时，电感电流连续。 当实际负载电流Io = Ick时,电感电流处于临界连续(有断流临界点)。 当实际负载电流IoIck时，电感电流断流。,(2.3.11),3.3 升压变换电路, T导通时为电感L储能阶段，此时电源不向负载提供能量，负载靠储于电容C的能量维待工作。 T阻断时，电源和电感共同向负载供电，同时给电容 C充电。,图3.3.1 升压变换电路及其波形,总结：电感电流连续时Boost变换器的工作分为两个阶段:,3.3 升压变换电路, 没有电压闭环调节的Boost变换器不宜在输出端开路情况下工作：因为稳态

7、运行时，开关管T导通期间 ( )电源输入到电感L中的磁能，在T截止期间通过二极管D转移到输出端，如果负载电流很小，就会出现电流断流情况。如果负载电阻变得很大，负载电流太小，这时若占空比D仍不减小、ton不变、电源输入到电感的磁能必使输出电压不断增加。,总 结：, Boost电路对电源的输人电流（也即通过二极管D的 电流）就是升压电感L电流，电流平均值为：I0=(I2-I1)/2。, 实际中，选择电感电流的增量IL时，应使电感的 峰值电流Id+IL不大于最大平均直流输入电流Id的20%， 以防止电感L饱和失效。, Boost变换器的效率很高，一般可达92%以上。,第3章 直流变换电路,3.1 直

8、流变换电路的工作原理 3.2 降压变换电路 3.3 升压变换电路 3.4 升降压变换电路 3.5 库克变换电路 3.6 带隔离变压器的直流变换器 3.7 直流变换电路的PWM控制技术,3.4 升降压变换电路,1) 概述： 升降压变换电路（又称Buck-boost电路）的输出电压平均值可以大于或小于输入直流电压，输出电压与输入电压极性相反，其电路原理图如图3.4.1(a)所示。 它主要用于要求输出与输入电压反相，其值可大于或小于输入电压的直流稳压电源。,图3.4.1升降压变换电路原理图,3.4 升降压变换电路,2）工作原理： ton期间，二极管D反偏而关断，电感储能，滤波电容C向负载提供能量。

9、toff期间，当感应电动势大小超过输出电压U0时，二极管D导通，电感经D向C和RL反向放电，使输出电压的极性与输入电压相反。,图3.4.1 升降压变换电路及其工作波形,(3.4.4),(3.4.1),3.4 升降压变换电路,2）工作原理：（续） 在ton期间电感电流的增加量等于toff期间的减少量， 得： 由 , 的关系，求出输出电压的平均值为： 上式中，D为占空比，负号表示输出与输入电压反相；当D=0.5时，U0=Ud；当0.5Ud，为升压变换；当0D0.5时，U0Ud，为降压变换。,(3.4.5),3.4 升降压变换电路,3）工作原理：（续） 采用前几节同样的分析方法可得电感电流临界连续时

10、的负载电流平均值为： 变换器的可能运行情况： 实际负载电流IoIck时，电感电流连续。 实际负载电流Io = Ick时，电感电流处于临界连 续(有断流临界点)。 实际负载电流IoIck时，电感电流断流。,(3.4.5),第3章 直流变换电路,3.1 直流变换电路的工作原理 3.2 降压变换电路 3.3 升压变换电路 3.4 升降压变换电路 3.5 库克变换电路 3.6 带隔离变压器的直流变换器 3.7 直流变换电路的PWM控制技术,3.5 库克变换电路,1）库克(Cuk)变换电路属升降压型直流变换电路。 2）电路的特点：输出电压极性与输入电压相反，出入端电流纹波小，输出直流电压平稳，降低了对外部滤波器的要求。,L1、L2储能电感,耦合电容,快速恢复续流二极管,滤波电容,图3.5.1（a）库克(Cuk)变换电路原理图,3.5 库克变换电路,图3.5.1 库克电路及其等效电路和工作波形,晶闸管关断,晶闸管开通,3.5 库克变换电路,1） Cuk变换电路