1、第第3 3章章 DC/DCDC/DC變換電路變換電路 3.23.2基本的直流斬波電路基本的直流斬波電路 3.33.3復合斬波電路復合斬波電路 3.4 3.4 變壓器隔離的直流變壓器隔離的直流直流變換器直流變換器 3.13.1直流直流PWMPWM控制技術基礎控制技術基礎返回第第3 3章章 DC/DCDC/DC變換電路變換電路 直流變換直流變換將直流電能(DC)轉換成另一固定電壓或電壓可調的直流電能?；镜闹绷髯儞Q電路：基本的直流變換電路：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、庫克變換電路 重點：重點：電路結構、工作原理及主要數量關系 第第3 3章章 DC/DCDC/DC變換電路變換電路 直

2、流變換直流變換將直流電能(DC)轉換成另一固定電壓或電壓可調的直流電能。直流變換電路直流變換電路完成直流變換的電路。直流變換器直流變換器實現直流變換的裝置。3.13.1直流直流PWMPWM控制技術基礎控制技術基礎3.1.1 3.1.1 直流變換的基本原理及直流變換的基本原理及PWMPWM概念概念 直流變換問題的提出直流變換問題的提出直流調速：需要可變的直流電壓直流調速：需要可變的直流電壓直流供電電壓一定，而負載需要不同電壓直流供電電壓一定，而負載需要不同電壓直流升壓：太陽能電池輸出電壓較低，需要直流升壓：太陽能電池輸出電壓較低，需要 變換到較高電壓再變換為直流變換到較高電壓再變換為直流3.13

3、.1直流直流PWMPWM控制技術基礎控制技術基礎3.1.1 3.1.1 直流變換的基本原理及直流變換的基本原理及PWMPWM概念概念 （1）開關管）開關管T導導通時，通時，R兩端電壓兩端電壓 uo=US開關管開關管僅兩種工作狀態：僅兩種工作狀態：導導通通與斷開與斷開開關管開關管IGBT導導通通條件：條件： UG0基本的直流變換電路基本的直流變換電路ioUSiSuoRT開關管開關管T導導通通等效電路等效電路ioUSiSuoRT3.13.1直流直流PWMPWM控制技術基礎控制技術基礎3.1.1 直流變換的基本原理及直流變換的基本原理及PWM概念概念 （2）開關管）開關管T斷開斷開時，時，R兩端電壓

4、兩端電壓 uo=0開關管開關管僅兩種工作狀態：僅兩種工作狀態：接通接通與斷開與斷開開關管開關管IGBT斷開控制：斷開控制： UG=0基本的直流變換電路基本的直流變換電路ioUSiSuoRT開關管開關管T斷開等效電路斷開等效電路ioUSiSuoRT3.1.1 3.1.1 直流變換的基本原理及直流變換的基本原理及PWMPWM概念概念R兩端平均兩端平均電壓：電壓：SsonoUTtU 控制一周期中導通時間比例可控制輸出平均電壓開關管開關管IGBT控制電壓控制電壓R兩端電壓兩端電壓波形波形基本的直流變換電路基本的直流變換電路ioUSiSuoRT3.1.1 3.1.1 直流變換的基本原理及直流變換的基本原

5、理及PWMPWM概念概念 定義上述電路中定義上述電路中導通占空比導通占空比D為為: : offononsontttTtD 通過控制占空比控制輸出電壓R兩端兩端平均平均電壓：電壓：SsonoUTtU SDU導通占空比導通占空比占空比占空比導通比導通比改變改變占空比占空比D D有三種基本方法：有三種基本方法：3.1.1 3.1.1 直流變換的基本原理及直流變換的基本原理及PWMPWM概念概念脈沖頻率調制脈沖頻率調制( (PFM)PFM) 維持維持ton不變，改變不變，改變TS。改變。改變TS就改變就改變了輸出電壓周期或了輸出電壓周期或頻率。頻率。tonTS1uttonTS2ut2211DTtTtD

6、sonson改變占空比改變占空比D D有三種基本方法：有三種基本方法：3.1.1 3.1.1 直流變換的基本原理及直流變換的基本原理及PWMPWM概念概念脈沖寬度調制脈沖寬度調制( (PWM)PWM)維持維持TS不變，改變不變，改變ton在這種方式中，輸出在這種方式中，輸出電壓波形的周期不變，電壓波形的周期不變，僅改變脈沖寬度。僅改變脈沖寬度。有利于濾波器的設計ton1TSutton2TSut改變占空比改變占空比D D有三種基本方法：有三種基本方法：3.1.1 3.1.1 直流變換的基本原理及直流變換的基本原理及PWMPWM概念概念混合脈沖寬度調制混合脈沖寬度調制脈沖周期脈沖周期TS與寬度與寬

7、度ton均改變均改變。廣義的脈沖寬度廣義的脈沖寬度調制技術包含上調制技術包含上述三種控制方式述三種控制方式ton1TSutton2TS2ut1 1面積等效原理面積等效原理PWMPWM應用的理論基礎應用的理論基礎 自動控制理論自動控制理論沖量相等而形狀不同的窄脈沖沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同。加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同。形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖3.1.2 PWM3.1.2 PWM技術基礎技術基礎e(t)td(t)e(t)t50.2e(t)t0.210e(t)t0.120沖量=窄脈沖面積實驗電路RLe(t)i(t)沖量相同的各種窄脈沖的響應波形

8、i(t)=?沖量=1e(t)t50.2e(t)td(t)e(t)t0.210e(t)t0.120(a)(b)(c)(d)(d)(c)(b)(a)1 1面積等效原理面積等效原理比較RL電路對沖量相同而形狀不同沖量相同而形狀不同窄脈沖的響應波形可知，輸出波形大致相同 進一步說,響應波形的低頻成份基本相同。上述原理可以稱為上述原理可以稱為面積等效原理面積等效原理。根據該原理，。根據該原理，將平均值為將平均值為up的一系列幅值相等而寬度不相等的一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖加到包含慣性環節的負載上，將與施加的脈沖加到包含慣性環節的負載上，將與施加幅值為幅值為up的恒定直流電壓所得結果基本相同，的恒定

9、直流電壓所得結果基本相同，這樣一來就這樣一來就可用一列脈沖波形代替直流波形可用一列脈沖波形代替直流波形。除了直流波形可用除了直流波形可用PWMPWM波形來代替外，波形來代替外，根據面積等效原理可以進一步推出，可以根據面積等效原理可以進一步推出，可以在一在一段時間內按一定規則生成段時間內按一定規則生成PWMPWM波形來代替所波形來代替所需的任何波形需的任何波形1 1面積等效原理面積等效原理如用正弦脈沖寬度調制波形來代替正弦波如用正弦脈沖寬度調制波形來代替正弦波SPWMSPWM2 2直流直流PWMPWM波形的生成方法波形的生成方法生成生成PWMPWM波形有多種方法，常見有波形有多種方法，常見有計算

10、法計算法、調制法調制法等。等。計算法計算法是在每個時間段，利用計算機技術直接是在每個時間段，利用計算機技術直接計算出當前所需要的脈沖寬度，進而據此對電計算出當前所需要的脈沖寬度，進而據此對電力電子器件進行開關控制而獲得力電子器件進行開關控制而獲得PWMPWM波形。波形。調制法調制法是利用高頻載波信號與期望信號相比較是利用高頻載波信號與期望信號相比較來確定各脈沖寬度信息進而生成來確定各脈沖寬度信息進而生成PWMPWM波形。波形。調制法生成調制法生成PWMPWM波形典型框圖：波形典型框圖：返回2 2直流直流PWMPWM波形的生成方法波形的生成方法u*R: 調制信號uC: 載波信號載波信號頻率遠大于

11、調制信號頻率3.23.2基本的直流變換電路基本的直流變換電路 3.2.1 降壓斬波電路3.2.2 升壓斬波電路3.2.3 升降壓斬波電路3.2.4 庫克變換電路返回3.23.2基本的直流基本的直流變換電路電路 基本的直流變換電路：基本的直流變換電路：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、庫克變換電路 介紹內容： 1、電路結構2、工作原理3、主要波形4、基本數量關系3.23.2基本的直流斬波電路基本的直流斬波電路 3.2.1 3.2.1 降壓變換電路降壓變換電路 降壓變換電路輸出電壓的平均值低于輸入直流降壓變換電路輸出電壓的平均值低于輸入直流電壓，又稱為電壓，又稱為BuckBuck型變換器

12、。型變換器。 ? D、L、C作用降壓變換電路降壓變換電路IGBT實現實現USiSiLuoioRLCTDUSiSiLuoioRLCSD降壓變換電路結構降壓變換電路結構3.2.1 降壓變換電路降壓變換電路1 1 降壓變換電路工作原理降壓變換電路工作原理（1）T導通情形電感電壓uL=US uo，在該電壓的作用下，電感電流iL線性增長 ，電感儲能增加電源能量向電感、負載傳遞USiSiLuoioRLCTDT導通等效電路USiSiLuoioRLCTD3.2.1 降壓變換電路降壓變換電路1 降壓變換電路工作原理降壓變換電路工作原理（2）T 斷開情形-電流連續電感電壓uL= uo，在該電壓的作用下，電感電流i

13、L線性下降 ，電感儲能減少電感儲能向電容、負載轉移USiSiLuoioRLCTDT斷開等效電路（iL0)DUSiSiLuoioRLCT3.2.1 3.2.1 降壓變換電路降壓變換電路1 1 降壓變換電路工作原理降壓變換電路工作原理（2）T 斷開情形-電流斷續電感電壓uL= 0，電容向負載供電電容儲能向負載轉移T一周期中導通時間愈長，向電感轉移的能量愈多，向負載轉移的能量也愈多，即輸出電壓愈高控制開關管導通占空比可控制輸出電壓USiSiLuoioRLCTDT斷開等效電路（iL=0)iLDUSiSuoioRLCT3.2.1 3.2.1 降壓變換電路降壓變換電路1 1 降壓變換電路工作原理降壓變換電

14、路工作原理輸出電壓在0電源電壓之間可調降壓變換電路降壓變換電路特殊情形：T常斷開特殊情形：T常導通USiSiLuoioRLCTD穩態：電感電壓uL= 0 負載電壓u0=0穩態：電感電壓uL= 0 負載電壓u0=US2 主要波形分析3.2.1 3.2.1 降壓變換電路降壓變換電路理論基礎電路理論基本方法分段線性分析 （重點是根據開關情況確定等效電路）假設條件：1、器件是理想的（不考慮開關時間、導通壓降等）2、輸出濾波電容較大，輸出電壓基本平直2 主要波形電感電流連續情形電感電流連續情形： iL0降壓電路T導通等效電路uG0T斷開等效電路uG=02 2 主要波形主要波形電感電流連續情形電感電流連續

15、情形數學模型數學模型:RuidtduCiuUdtdiLuCLCCCSLL初值條件初值條件?假設假設uC=Uo =常數常數iL線性增加線性增加uGtuLCsuU tiLiMimtiCtT導通等效電路導通等效電路+uo-+ uL -T導通波形2主要波形主要波形電感電流連續情形電感電流連續情形數學模型數學模型:RuidtduCiudtdiLuCLCCCLL初值條件初值條件?假設假設uC= Uo =常數常數iL線性減少線性減少toffCuiLuGttonuLCSuU tiCtimtiMT斷開等效電路斷開等效電路+uo-+ uL -主要波形3 3 主要數量關系主要數量關系電感電流連續情形電感電流連續情形

16、(1) 平均輸出電壓平均輸出電壓Uo(2) 平均輸出電流平均輸出電流Io表現系統主要性能指標的量：表現系統主要性能指標的量：(3) 電感電流紋波電感電流紋波D DIL(4) 負載電壓紋波負載電壓紋波D DUO主要器件承受的電壓、電流等量可根據波形確定主要器件承受的電壓、電流等量可根據波形確定3 3 主要數量關系主要數量關系電感電流連續情形電感電流連續情形uLuGCSuU iLiCimttttCutontoffiM(1) 平均輸出電壓平均輸出電壓Uo穩態情況下，電感上一周期中的平均電壓為零。0*)(*)(offConCStutuU或或：0*)(*)(offoonoStUtUUSSSonoDUUT

17、tUuLuG3 3 主要數量關系主要數量關系電感電流連續情形電感電流連續情形CSuU iLiCimttttCutontoffiM(2) 輸出平均電流輸出平均電流IoRUDRUISOoIO(3) 電感電流紋波電感電流紋波D DILOSCSLLUUuUdtdiLuonOStLUUmMLiiIDonStULD1uLuG3 3 主要數量關系主要數量關系電感電流連續情形電感電流連續情形CSuU iLiCimttttCutontoffiMIO(4) 電感電流極值電感電流極值iM、im?穩態情況下，電容上一周期中的平均電流為零。電流連續時電流連續時:22MmMOiiiI電感平均電流=負載平均電流22LOmL

18、OMIIiIIiDD3 3 主要數量關系主要數量關系電感電流連續情形電感電流連續情形(5) 電容電壓紋波電容電壓紋波D DuCuGiLimtttontoffiMIOiCtDuCtuCUORUiRuidtduCiOLCLCCD2/2/)(1offonontttOLCmCMCdtIiCUUu2*2*21*1LsCITCuDD3 3 主要數量關系主要數量關系電感電流連續情形電感電流連續情形（5）電容電壓紋波電容電壓紋波D DuC2*2*21*1LsCITCuDDonSstULDTC2)1 (*2*21*1onSStTULCD8)1 ( SonoffonSDTtttT注意：28)1 (SSTULCDD

19、onSLtULDID1結論：1：增加LC, 電壓紋波減少2：開關頻率高，電壓紋波小3：D=0.5，電壓紋波達到峰值3 3 主要數量關系主要數量關系電感電流連續情形電感電流連續情形5、電容電壓紋波電容電壓紋波D DuC28)1 (SSCTULCDDuD記：開關頻率電路TTfS1LCfC21截止頻率濾波電路222)1 (DffUDDuCSC紋波系數紋波系數：OCCCUuUuDD222)1 (ffDC電壓紋波系數很小時,ffC4 主要波形電感電流斷續情形電感電流斷續情形：在一段時間內iL=0降壓電路T導通等效電路uG0T斷開、D續流等效電路uG=0uG=0T斷開、D斷開等效電路4 4 主要波形主要波

20、形電感電流斷續情形電感電流斷續情形數學模型數學模型:RuidtduCiuUdtdiLuCLCCCSLL初值條件初值條件假設假設uC=Uo =常數常數iL線性增加線性增加uGtuLCSuU tiLiMtiCtT導通等效電路導通等效電路+uo-+ uL -4 4 主要波形主要波形電感電流斷續情形電感電流斷續情形數學模型數學模型:RuidtduCiudtdiLuCLCCCLL初值條件初值條件假設假設uC= Uo =常數常數iL線性減少線性減少ttttuLuGCSuU iLiCtontoffiMCutconT斷開、斷開、D續流等效電路續流等效電路+uo-+ uL -4 4 主要波形主要波形電感電流斷續

21、情形電感電流斷續情形數學模型數學模型:RudtduCidtdiLuCCCLL0初值條件初值條件uC= Uo =常數常數iC維持不變維持不變CSuU uLuGiLiCttttCutontofftconiMT斷開、D斷開等效電路+uo-5 5 主要數量關系主要數量關系電感電流斷續情形電感電流斷續情形（1）平均輸出電壓平均輸出電壓Uo穩態情況下，電感上一周期中的平均電壓為零。0*)(*)(conConCStutuU或或：0*)(*)(conoonoStUtUUSconononoUtttUuLuGCSuU iLiCttttCutontoffiMtcon注意：tcon與電路參數、ton有關5 5 主要數

22、量關系主要數量關系電感電流斷續情形電感電流斷續情形（1）平均輸出電壓平均輸出電壓UoSconononoUtttUuLuGCSuU iLiCttttCutontoffiMtconSoUDDDU211SonTtD 1SconTtD 2記電壓變換比：211DDDUUSo5 5 主要數量關系主要數量關系電感電流斷續情形電感電流斷續情形(2) 輸出平均電流輸出平均電流IoRUIOo(3) 電感電流紋波電感電流紋波D DILOSCSLLUUuUdtdiLuonOStLUUMLiI DuLuGCSuU iLiCttttCutontoffiMtconIO電流斷續時電流斷續時:2MoiI 5 5 主要數量關系主

23、要數量關系電感電流斷續情形電感電流斷續情形uLuGCSuU iLuCttttCutontoffiMtcon(4) 電容電壓紋波電容電壓紋波D DuCOLCLCCIiRuidtduCiD21)(1ttOLCmCMCdtIiCUUuMoMsoMCiIiTDDIiCuD)(*)(*21*121IOCuDtt2t1注意：SMoMTDDiIitt)(21125 5 主要數量關系主要數量關系電感電流斷續情形電感電流斷續情形(4) 電容電壓紋波電容電壓紋波D DuCMoMsoMCiIiTDDIiCuD)(*)(*21*1212221)(*21RLTDLUDDCuSSCDSSonOSMTDLUDDDtLUUi

24、1212*RUDDDTDLUDDDIiSSSOM2111212*注意：=？5 5 主要數量關系主要數量關系電感電流斷續情形電感電流斷續情形D2與系統參數關系與系統參數關系uLuGCSuU iLiCttttCutontoffiMtconRUIOoonOSMtLUUi電感平均電流電感平均電流=負載平均電流負載平均電流SoSScononMLTDDDLUUTttiI121)(2*2電感平均電流電感平均電流IL:RUTDDDLUUOSoS121)(22111DDkDDUUSo電壓變換比5 5 主要數量關系主要數量關系電感電流斷續情形電感電流斷續情形D2與系統參數關系與系統參數關系2111DDkDDUUS

25、o電壓變換比211DDDUUSo注意到：212DDkDSRTLk2注意242112kDDD212111211/411242DkkDDDDDDUUSo最后有：(5) (5) 電感電流臨界連續條件電感電流臨界連續條件電流臨界連續電流臨界連續: : 電感電流僅瞬間為零電感電流僅瞬間為零uLuGCSuU iLuCttttCutontoffiMtconIOCuDtt2t1RUIOoonOSMtLUUi電流臨界連續時電流臨界連續時:2MoiI onOSOotLUURUI2SSSSDTLDUURDU2STRLD21電流臨界連續時電流臨界連續時:（5 5） 電感電流臨界連續條件電感電流臨界連續條件STRLD2

26、1電流臨界連續時電流臨界連續時:電感電流連續條件電感電流連續條件:STRLD21電感電流臨界連續條件電感電流臨界連續條件: :STRLD21電感電流斷續條件電感電流斷續條件:STRLD21降壓變換電路小結降壓變換電路小結優點優點1 1、電路簡單、電路簡單2 2、控制特性好、控制特性好3 3、負載側電流波動小、負載側電流波動小缺點缺點1 1、電源側電流波動大、電源側電流波動大2 2、只能降壓、不能生壓、只能降壓、不能生壓返回3.2.2 3.2.2 升壓變換電路升壓變換電路 BoostBoost電路電路1 1 升壓變換電路結構與工作原理升壓變換電路結構與工作原理工作原理工作原理: :T導通時導通時

27、, uL=US , 電感電流線性增加電感電流線性增加, ,電感儲能增加電感儲能增加, ,電源向電感轉移電能。電源向電感轉移電能。T斷開時斷開時, , uL=US - uC, 電感電流減少電感電流減少, ,電電感儲能減少感儲能減少, , 電感儲能向負載轉移電能。電感儲能向負載轉移電能。升壓變換電路結構升壓變換電路結構升壓變換電路升壓變換電路IGBTIGBT實現實現返回3.2.2 3.2.2 升壓變換電路升壓變換電路 BoostBoost電路電路1 1 升壓變換電路結構與工作原理升壓變換電路結構與工作原理工作原理工作原理: :穩態情況下穩態情況下, ,T T斷開時斷開時, , 電感電流減少電感電流

28、減少, ,uL=US - uC US 升壓變換電路升壓變換電路升壓變換電路升壓變換電路IGBTIGBT實現實現2 波形分析波形分析假設條件：1、器件是理想的（不考慮開關時間、導通壓降等）2、輸出濾波電容較大，輸出電壓基本平直. .電感電流連電感電流連續續. .電感電流斷電感電流斷續續兩種情形兩種情形: :升壓變換電路升壓變換電路IGBTIGBT實現實現2 2 波形分析波形分析- -電感電流連續情形電感電流連續情形等效電路等效電路: : 根據開關器根據開關器件的通斷狀況來確定件的通斷狀況來確定IGBTIGBT器件的通斷由其柵器件的通斷由其柵極控制信號決定極控制信號決定升壓變換電路升壓變換電路T

29、T斷開等效電路斷開等效電路UG=0T T導通等效電路導通等效電路UG02 2 波形分析波形分析- -電感電流連續情形電感電流連續情形iLimtuLSUtCSuU uGttontoffiMiCt升壓變換電路升壓變換電路T T導通等效電路導通等效電路T T斷開等效電路斷開等效電路2 2 波形分析波形分析- -電感電流斷續情形電感電流斷續情形升壓變換電路升壓變換電路T T斷開斷開DD續流等效電路續流等效電路UG=0T T斷開斷開DD斷開等效電路斷開等效電路UG=0T T導通等效電路導通等效電路UG02 2 波形分析波形分析- -電感電流斷續情形電感電流斷續情形uLSUtiLtuGttontoffiM

30、iCtCSuU tconT T導通等效電路導通等效電路T T斷開斷開DD續流等效電路續流等效電路T T斷開斷開DD斷開等效電路斷開等效電路3 3 主要數量關系主要數量關系- -電感電流連續情形電感電流連續情形(1) (1) 平均輸出電壓平均輸出電壓Uo穩態情況下，電感上一周期中的平均電壓為零。0*)(*)(offCSonStuUtU或：或：0*)(*)(offoSonStUUtUSSoffSoUDUtTU11uLuGSUiLiCimttttCSuU tontoffiMTS升壓變換電路升壓變換電路3 3 主要數量關系主要數量關系- -電感電流連續情形電感電流連續情形(2) 平均輸出電流平均輸出電

31、流IoRUDRUISOo11(3) 電感電流紋波電感電流紋波D DILSLLUdtdiLuonStLUmMLiiID升壓變換電路升壓變換電路uLuGSUiLiCimttttCSuU tontoffiMTS3 3 主要數量關系主要數量關系- -電感電流連續情形電感電流連續情形(4) 電容電壓紋波電容電壓紋波D DuC升壓變換電路升壓變換電路uLuGSUiLiCimttttCSuU tontoffiMTS考慮Ioim情形:IoDontOCdtICu0)(1onotIC1SSCDTDUCRuD113 3 主要數量關系主要數量關系- -電感電流斷續情形電感電流斷續情形(1) 平均輸出電壓平均輸出電壓U

32、o穩態情況下，電感上一周期中的平均電壓為零。0*)(*)(conCSonStuUtU或：或：0*)(*)(conoSonStUUtUSSconcononoUDDDUtttU221SconSonTtDTtDD21注:uLSUtiLtuGttontoffiMiCtCSuU tcon3 3 主要數量關系主要數量關系- -電感電流斷續情形電感電流斷續情形(2) 平均輸出電流平均輸出電流IoRUDDDRUISOo221(3) 電感電流紋波電感電流紋波D DILSLLUdtdiLuonStLUMLiI DuLSUtiLtuGttontoffiMiCtCSuU tcon電感電流平均值電感電流平均值I L)(

33、*221DDiIML輸出電流輸出電流Io22DiIMo3 3 主要數量關系主要數量關系- -電感電流斷續情形電感電流斷續情形uLSUtiLtuGttontoffiMiCtCSuU tconD2與系統參數的關系與系統參數的關系SSMLTDDDLUDDiI)(2)(*221121輸入功率=輸出功率，有：RUIUIUoOOLS2222121121)(2SSSUDDDRTDDDLU2/4112112kDDkD其中：SRTLk23 3 主要數量關系主要數量關系- -電感電流斷續情形電感電流斷續情形(4) 電容電壓紋波電容電壓紋波D DuCuLSUtiLtuGttontoffiMiCtCSuU tconI

34、oDwonontttOLCdtIiCu)(1wt)(211oMwCIitCuD注意:onSMtLUi22DiIMosMoMwTDiIit2SSCUTDDDLCu*)2/1 (2122221D3 3 主要數量關系主要數量關系uLuGSUiLiDttttCSuU tontoffiM(5) 電感電流臨界連續條件電感電流臨界連續條件RUIOoonSMtLUi電流臨界連續時電流臨界連續時:)1 (2DiIMo)1 (2DtLURUIonSOoSSSTDDLURDU)1 (2)1 (STRLDD2)1 (2電流臨界連續時電流臨界連續時:電感電流僅瞬間為零電感電流僅瞬間為零3 3 主要數量關系主要數量關系(

35、5) 電感電流臨界連續條件電感電流臨界連續條件STRLDD2)1 (2電流臨界連續時電流臨界連續時:電流連續時電流連續時:)1 (2DiiImMo)1 (2DiIMo電流連續條件電流連續條件:STRLDD2)1 (2電流斷續條件電流斷續條件:STRLDD2)1 (2升壓變換電路小結優點優點1 1、電路簡單、電路簡單2 2、電源側電流波動小、電源側電流波動小缺點缺點1 1、負載側電流波動大、負載側電流波動大2 2、只能升壓、不能降壓、只能升壓、不能降壓升壓變換電升壓變換電路不宜在輸路不宜在輸出端開路情出端開路情況下工作況下工作!返回3.2.3 升降壓變換電路升降壓變換電路 Buck-boost電

36、路電路 1 1 升降壓變換電路結構與工作原理升降壓變換電路結構與工作原理T T導通時導通時, , uL=US , , 電感電流線性增加電感電流線性增加, ,電電感儲能增加感儲能增加, ,電源向電感轉移電能。電源向電感轉移電能。T T斷開時斷開時, , uL= - uC, , 電感電流減少電感電流減少, ,電感電感儲能減少儲能減少, , 電感儲能向負載轉移電能。電感儲能向負載轉移電能。工作原理工作原理: : 控制控制T T通斷來控制電源向負載轉移電能通斷來控制電源向負載轉移電能升降壓變換電路結構升降壓變換電路結構升降壓變換電路升降壓變換電路IGBT實現實現返回3.2.3 3.2.3 升降壓變換電

37、路升降壓變換電路 Buck-boostBuck-boost電路電路 1 1 升降壓變換電路結構與工作原理升降壓變換電路結構與工作原理工作原理工作原理: :特殊情況特殊情況: : T T長期斷開時長期斷開時, ,輸出電壓輸出電壓uO=0。T T導通時間較長導通時間較長時時, ,電感電流將趨于無限大電感電流將趨于無限大, ,此時斷開此時斷開T T, ,將有無窮大能量轉移到負載將有無窮大能量轉移到負載, ,輸輸出電壓出電壓uO也將趨于無限大也將趨于無限大。升降壓變換電路升降壓變換電路升降壓變換電路結構升降壓變換電路結構升降壓變換電路升降壓變換電路IGBT實現實現2 2 波形分析波形分析. .電感電流

38、連續電感電流連續. .電感電流斷續電感電流斷續兩種情形兩種情形: :假設條件：1、器件是理想的（不考慮開關時間、導通壓降等）2、輸出濾波電容較大，輸出電壓基本平直升降壓變換電路升降壓變換電路2 2 波形分析波形分析- -電感電流連續情形電感電流連續情形升降壓變換電路升降壓變換電路T T斷開、斷開、D D續流等效電路續流等效電路UG=0T T導通等效電路導通等效電路UG0電感電流連續電感電流連續iL02 2 波形分析波形分析- -電感電流連續情形電感電流連續情形uLSUtuGttontoffiCtiMiLtim-uC升降壓變換電路升降壓變換電路T T導通等效電路導通等效電路T T斷開、斷開、D

39、D續流等效電路續流等效電路2 2波形分析波形分析- -電感電流斷續情形電感電流斷續情形升降壓變換電路升降壓變換電路T T斷開、斷開、D D續流等效電路續流等效電路UG=0T T導通等效電路導通等效電路UG0電感電流斷續電感電流斷續:存在存在iL=0時間段時間段T T斷開、斷開、D D斷開等效電路斷開等效電路UG=02 2 波形分析波形分析- -電感電流斷續情形電感電流斷續情形uLSUtiLtuGttoniCtiMtoff-uCtconT T斷開、斷開、D D續流等效電路續流等效電路T T導通等效電路導通等效電路T T斷開、斷開、D D斷開等效電路斷開等效電路3 3 主要數量關系主要數量關系-

40、-電感電流連續情形電感電流連續情形升降壓變換電路升降壓變換電路uLuGSUiLiCtttttontoffiMim-uC(1) 平均輸出電壓平均輸出電壓Uo穩態情況下，電感上一周期中的平均電壓為零。0*)(*)(offConStutU或或：0*)(*)(offoonStUtUSSoffonoUDDUttU13 3 主要數量關系主要數量關系- -電感電流連續情形電感電流連續情形升降壓變換電路升降壓變換電路uLuGSUiLiCtttttontoffiMim-uC(2) 平均輸出電流平均輸出電流IoRUDDRUISOo1(3) 電感電流紋波電感電流紋波D DILSLLUdtdiLuonStLUmMLi

41、iIDT導通期間：3 3 主要數量關系主要數量關系- -電感電流連續情形電感電流連續情形升降壓變換電路升降壓變換電路uLuGSUiLiCtttttontoffiMim-uC(4)電容電壓紋波電容電壓紋波D DuC考慮Ioim情形:DontOCdtICu0)(1onotIC1SSCTDDURCu211DIoRUIOo3 3 主要數量關系主要數量關系- -電感電流斷續情形電感電流斷續情形升降壓變換電路升降壓變換電路(1) 平均輸出電壓平均輸出電壓Uo穩態情況下，電感上一周期中的平均電壓為零。0*)(*)(conConStutU或或：0*)(*)(conoonStUtUSScononoUDDUttU

42、21uLuGSUiLiCtttttontoffiM-uCtcon3 3 主要數量關系主要數量關系- -電感電流斷續情形電感電流斷續情形升降壓變換電路升降壓變換電路(2) 平均輸出電流平均輸出電流IoRUDDRUISOo21(3) 電感電流紋波電感電流紋波D DILonStLUMLiIDSLLUdtdiLuT導通期間：uLuGSUiLiCtttttontoffiM-uCtcon3 3 主要數量關系主要數量關系- -電感電流斷續情形電感電流斷續情形(4)電容電壓紋波電容電壓紋波D DuC|Io|uLuGSUiLiCtttttontoffiM-uCtconDwonontttOLCdtIiCu)(1)

43、(211oMwCIitCuD注意:onSMtLUi22DiIMosMoMwTDiIit2SSCUTDDDLCu*) 2/1 (2122221Dtw3 3 主要數量關系主要數量關系(5)電流臨界連續條件電流臨界連續條件uLuGSUiLiDttttCutontoffiMRUIOoonSMtLUi電流臨界連續時電流臨界連續時:)1 (2DiIMo)1 (2DtLURUIonSOoSSSTDDLURDDU)1 (2)1 (STRLD2)1 (2電流臨界連續時電流臨界連續時:電感電流僅瞬間為零電感電流僅瞬間為零3 3 主要數量關系主要數量關系(5)電流臨界連續條件電流臨界連續條件電流連續時電流連續時:)

44、1 (2DiiImMo電流連續條件電流連續條件:STRLD2)1 (2)1 (2DiIMouLuGSUiLiCtttttontoffiMim-uCSTRLD2)1 (2電流臨界連續時電流臨界連續時:電流斷續條件電流斷續條件:STRLD2)1 (2升降壓變換電路小結升降壓變換電路小結優點優點1 1、電路簡單、電路簡單2 2、既能升壓、也能降壓、既能升壓、也能降壓缺點缺點1 1、電源側、負載側電流波動大、電源側、負載側電流波動大D2與電路參數關系請自行推導返回3.2.4 3.2.4 庫克變換電路庫克變換電路 優點優點: : 降壓、負載電流波動小降壓、負載電流波動小缺點：不能升壓、電源電流波動大缺點

45、：不能升壓、電源電流波動大優點優點: : 升壓、電源電流波動小升壓、電源電流波動小缺點：不能降壓、負載電流波動大缺點：不能降壓、負載電流波動大優點優點: : 能升壓、降壓能升壓、降壓缺點：負載電流、電源電流波動大缺點：負載電流、電源電流波動大升降壓變換電路升降壓變換電路降壓變換電路降壓變換電路升壓變換電路升壓變換電路返回3.2.4 3.2.4 庫克變換電路庫克變換電路 期望電路期望電路：能同時實現升壓、降壓：能同時實現升壓、降壓 能同時使電源電流、負載電流波動小能同時使電源電流、負載電流波動小庫克變換電路庫克變換電路3.2.4 3.2.4 庫克變換電路庫克變換電路 1 1 工作原理工作原理:

46、:T T導通時導通時, , uL=US , , 電感電流線性增加電感電流線性增加, ,電感電感儲能增加儲能增加, ,電源向電感轉移電能。同時電電源向電感轉移電能。同時電容容C1上儲能向負載轉移。上儲能向負載轉移。T T斷開時斷開時, , 電感電流減少電感電流減少, ,電感儲能減少電感儲能減少, , 電感電感儲能向儲能向C1 、負載轉移電能。、負載轉移電能。控制控制T T通斷來控制電源向負載轉移電能通斷來控制電源向負載轉移電能3.2.4 3.2.4 庫克變換電路庫克變換電路 1 1 工作原理工作原理: :特殊情況特殊情況: : T T長期斷開時長期斷開時, ,輸出電壓輸出電壓uO=0。T T導通

47、時間較長導通時間較長時時, ,電感電流將趨于無限大電感電流將趨于無限大, ,此時斷開此時斷開T T, ,將有無窮大能量轉移到負載將有無窮大能量轉移到負載, ,輸輸出電壓出電壓uO也將趨于無限大也將趨于無限大。升降壓變換電路升降壓變換電路控制控制T T通斷來控制電源向負載轉移電能通斷來控制電源向負載轉移電能2 2 波形分析波形分析. .電感電感L L2 2電流連續電流連續. .電感電感L L2 2電流斷續電流斷續兩種情形兩種情形: :假設條件：1、器件是理想的（不考慮開關時間、導通壓降等）2、濾波電容較大，輸出電壓基本平直庫克變換電路庫克變換電路2 2 波形分析波形分析- -電感電流連續情形電感

48、電流連續情形庫克變換電路庫克變換電路T T導通、導通、D D斷開等效電路斷開等效電路UG0T T斷開、斷開、D D續流等效電路續流等效電路UG=02 波形分析波形分析-電感電流連續情形電感電流連續情形uL1SUtuGttontoffiL1tiM1im1uL2OCuu1tUS-uC1-uOiL2t庫克變換電路庫克變換電路T T導通、導通、D D斷開等效電路斷開等效電路T T斷開、斷開、D D續流等效電路續流等效電路2 2 波形分析波形分析- -電感電流斷續情形電感電流斷續情形庫克變換電路庫克變換電路T T斷開、斷開、D D續流等效電路續流等效電路UG=0T T斷開、斷開、D D斷開等效電路斷開等

49、效電路UG=0T T導通、導通、D D斷開等效電路斷開等效電路UG02 2 波形分析波形分析- -電感電流斷續情形電感電流斷續情形uL1SUtuGttontofftiL1iM1uL2OCUu1t-uOUS-uC1iL2ttconT T導通、導通、D D斷開等效電路斷開等效電路T T斷開、斷開、D D續流等效電路續流等效電路T T斷開、斷開、D D斷開等效電路斷開等效電路2 2 波形分析波形分析- -電感電流斷續情形電感電流斷續情形uL1SUtuGttontoffiL1tiM1uL2OCuu1t-uOiL2tUS-uC1tconT T導通、導通、D D斷開等效電路斷開等效電路T T斷開、斷開、D

50、 D續流等效電路續流等效電路T T斷開、斷開、D D斷開等效電路斷開等效電路3 3 主要數量關系主要數量關系- -電感電流連續情形電感電流連續情形庫克變換電路庫克變換電路(1) 平均輸出電壓平均輸出電壓Uo穩態情況下，電感上一周期中的平均電壓為零。0*)(*)(1offCSonStUUtU0*)(*)(1offoonoCtUtUUSSoffonoUDDUttU1uL1uGSUiL1iL2tttttontoffiM1im1US-uC1uL2OCuu1t-uO3 3 主要數量關系主要數量關系- -電感電流連續情形電感電流連續情形庫克變換電路庫克變換電路SoCUUU1SCUDU111(1) 平均輸出

51、電壓平均輸出電壓UoSSoffonoUDDUttU1C1平均電壓滿足平均電壓滿足:穩態時穩態時C1電壓電壓高于電源電壓高于電源電壓3 3 主要數量關系主要數量關系- -電感電流連續情形電感電流連續情形庫克變換電路庫克變換電路(3) 電感電流紋波電感電流紋波D DiLSLLUdtdiLu222onStLU2222mMLiiIDuL1uGSUiL1iL2tttttontoffiM1im1-uOuL2SUt-uOIO(2) 輸出平均電流輸出平均電流IORUDDRUISOo13 3 主要數量關系主要數量關系- -電感電流連續情形電感電流連續情形庫克變換電路庫克變換電路(4) 輸出電壓紋波輸出電壓紋波D

52、 DuOuL1uGSUiL1iL2tttttontoffiM1im1-uOuL2SUt-uOIORUiRuidtduCiOLCLCC222222DD2/2/222)(1offonontttOLCOdtIiCuu2*2*21*122LsOITCuDDSSUCLDT22283 3 主要數量關系主要數量關系- -電感電流斷續情形電感電流斷續情形庫克變換電路庫克變換電路(1) 輸出平均電壓輸出平均電壓UOuL1uGSUiL1iL2tttttontoffiM1US-uC1uL2OCUu1t-uOtcon穩態情況下，電感上一周期中的平均電壓為零。0*)(*)(1conCSonStUUtU0*)(*)(1c

53、onoonoCtUtUUSScononoUDDUttU213 3 主要數量關系主要數量關系- -電感電流斷續情形電感電流斷續情形(2) 電流臨界連續條件電流臨界連續條件因輸入輸出功率平衡，有因輸入輸出功率平衡，有：RUIUIUOOOLS21uL1uGSUiL1iL2tttttontoffiM1US-uC1uL2OCuu1t-uOim1im2iM2電流臨界連續時電流臨界連續時:im1=-im2庫克變換電路庫克變換電路3 3 主要數量關系主要數量關系- -電感電流斷續情形電感電流斷續情形(2) 電流臨界連續條件電流臨界連續條件uL1uGSUiL1iL2tttttontoffiM1US-uC1uL2

54、OCuu1t-uOim1im2iM22111MmLiiI因為：onSmMtLUii111SoUDDU1RUDDtLUiUSonSmS/)1()2(211SonSmURDDtLUi2211)1 (2因輸入輸出功率平衡，有因輸入輸出功率平衡，有：RUIUIUOOOLS213 3 主要數量關系主要數量關系- -電感電流斷續情形電感電流斷續情形(2) 電流臨界連續條件電流臨界連續條件uL1uGSUiL1iL2tttttontoffiM1US-uC1uL2OCuu1t-uOim1im2iM2又：onSmMtLUii222SOoURDDRUI)1 ( RUiiOMm222SonSmURDDtLUi)1 (

55、222因因Io=L2平均電流，有平均電流，有：222MmoiiI3 3 主要數量關系主要數量關系- -電感電流斷續情形電感電流斷續情形(2) 電流臨界連續條件電流臨界連續條件電流臨界連續時：電流臨界連續時：im1=-im2)(212121LLRTLLDS電流臨界電流臨界連續條件連續條件)11 (1)11(221DDRUDDLLtUSonS#1、#2兩式相加SonSmURDDtLUi2211)1 (2（#1）SonSmURDDtLUi)1 (222（#2）3 3 主要數量關系主要數量關系- -電感電流斷續情形電感電流斷續情形(2) 電流臨界連續條件電流臨界連續條件)(212121LLRTLLDS電流臨界連續條件：電流臨界連續條件：電流連續條件電流連續條件: :)(212121LLRTLLDS電流斷續條件電流斷續條件: :)(212121LLRTLLDS庫克變換電路庫克變換電路庫克變換電路小結庫克變換電路小結庫克變換電路庫克變換電路優點優點1 1、既能升壓、也能降壓、既能升壓、也能降壓2 2