第二章 直流-直流变换电路

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第2章PWM直流变换电路

第2章PWM直流变换电路

2.1 概述
直流变换电路:变换直流电能参数的电路 直流变换电路的分类: • 按输入输出电压:降压、升压、升降压电路 • 按工作范围:单象限、双象限、四象限电路 • 按变换级数:直接式、间接式电路 • 按入端滤波:电压源、电流源电路 • 按电路耦合:电耦合、磁耦合电路 • 按电路构成:基本电路、组合电路
L1
出端:
I o
(U c1 U 0 )DT L2
U d DT L2
输入电流的最大值:
I dm

Id

I d 2

D0 D
I0
U d DT 2L1
输出电流的最大值:
I 0m
I0
I 0 2

I0

U d DT L2
VT电流最大值,
ITM I dm I 0m
2.2.5 Sepic电路
CUK电路特点:
• 输入电源电流和输出负载 电流都是连续的,且脉动 很小
• 电压增益 AV 0 ~ • 开关晶体管发射极接地 • 输入输出电压反向
电压增益
AV

D D0

1 D0
D
电流增益:
AI

I0 Id

D0 D
2.2.4 Cuk电路
输出,入端电流脉动
入端:
I
U DT d
d
输出电压增益
AV
U0 U
D
d
输出电流平均值I0 输出电压
Pd IdUd U0 I0
输入功率
输出电流
I0

1 D
Id
2.2.1 单象限降压斩波电路
输出电压纹波分析
当 t [1 DT , DT (1 D) T ]

《直流变换电路》课件

《直流变换电路》课件

减小电磁干扰的措施
布局优化
合理安排电路元件的布局,减小 信号线长度,降低电磁干扰。
滤波电容的使用
在关键部位增加滤波电容,吸收高 频噪声和干扰。
接地措施
采用多点接地,降低地线电感和阻 抗,减少电磁干扰。
06
直流变换电路的应 用实例
电动车用直流变换电路
01
电动车用直流变换电路概述
电动车用直流变换电路是用于将直流电源转换为电动车所需电压的电路
将直流电能转换为交流电能,用于电 力机车、地铁等交通工具的牵引。
将交流电转换为电池所需的直流电。
02
直流变换电路的工 作原理
电压型直流变换电路
总结词
通过控制开关管通断,将输入直流电压变换成输出直流电 压的电路。
电路特点
输出电压稳定,负载调整性能好,适用于输出电压要求较 高的场合。
详细描述
电压型直流变换电路采用电感作为储能元件,通过控制开 关管的通断,实现输入直流电压的斩波或调压,从而得到 所需的输出直流电压。
THANKS
感谢您的观看
光伏逆变器用直流变换电路的特点
光伏逆变器用直流变换电路具有高效率、高可靠性、低噪声等特点,能够有效地提高太阳 能利用率和系统的稳定性。
不间断电源用直流变换电路
不间断电源用直流变换电路概述
不间断电源用直流变换电路是用于在停电或电源故障时提供不间断电源的电路。它通常包括输入滤波器、整流器、直 流变换器和逆变器等部分。
优点
结构简单,易于实现,对输 出电压的调节快速且准确。
缺点
对输入电压和负载变化的抑 制能力有限,可能存在较大 的电压调整率。
电流模式控制
总结词
详细描述
优点
缺点

电力电子技术 徐德鸿版 习题解答

电力电子技术 徐德鸿版 习题解答

+
1 × U d D(1 −
2
fL
D)
= 15A
(3)增加 L 可以使 ΔI 下降
I VTm = 110%I 0 = 11A
1 ΔI = 11 −10 = 1A 2 L=500μH
1 × U d D(1 − D) = 1A
2
fL
2、Boost 电路如图 2.17 所示,设输入电压为 100V,电感 L 是 1000μH,电 容 C无穷大,输出接 10Ω 的电阻,电路工作频率 50kHz,MOSFET 的导通占 空比为0.5,求:(1)输出直流电压 Uo,输出直流电流 Io;
(2)电感电流平均值 IL; (3)MOSFET 阻断时的电压。
解:(1)U o
=
Ud 1− D
=
200V
I o= U o / R = 20A
(2) I L
=
I in
=
Io 1− D
=
40A
(3)U VTm = U o = 200V
1
3、设有两组蓄电池,A 组电压为 100V,B 组电压为 200V,用 Buck 电路和 Boost 电路组合设计一种电路,以完成既能由 A 组蓄电池向 B 组蓄电池充电,又能由 B 组蓄电池向 A 组蓄电池充电的功能。
解:(1)占空比范围
Uo < D < Uo
U dmax
U dmin
得:
0.25 < D < 0.5
(2)电感电流临界连续时,有
I omin
=
1 2
ΔI
L
=
5 10
=
0.2A
开关关断期间,有
L = U o (1 − D)T = U o (1 − D)T

一、直流—直流变换电路概述 1、直流—直流变换电路及功能 直流-直流(DC-DC)变换电路是将一组电

一、直流—直流变换电路概述 1、直流—直流变换电路及功能        直流-直流(DC-DC)变换电路是将一组电
这也是电力电子电路稳态运行时的又一个普遍规律。
二、降压式变换电路(Buck电路)
3.电感电流连续工作模式(CCM)下稳态工作过程分析
BUCK电路 结构


















二、降压式变换电路(Buck电路)
a、 晶体管导通状态(t0 t t1=DT)
VD关断,依据等效电路拓扑,有:
二、降压式变换电路(Buck电路)
(2)电路工作频率很高,一个开关周期内电容充 放电引起的纹波uripple(t) 很小,相对于电容上
输出的直流电压Uo有: uripple max Uo 电容
上电压宏观上可以看作恒定。
电路稳态工作时,输出电容上电压由微小的纹波和较大 的直流分量组成,宏观上可以看作是恒定直流,这就是开关 电路稳态分析中的小纹波近似原理。
三、DC-DC的纹波和噪音
纹波和噪声的测量方法
用示波器测量纹波和噪声的装置的框图如图所示。它由被测开关电源、 负载、示波器及测量连线组成。有的测量装置中还焊上电感或电容、电 阻等元件。
三、DC-DC的纹波和噪音
纹波和噪声的测量方法
从上图来看,似乎与其他测波形电路没有什么区别,但实际上要求不同 。关系,见图中波形,由于电感电流连
续,有
1 I 2
I o min ,计算L的关系式。
(3)由输入输出电压关系,计算D
(4)由 I LMAX I VTMAX 求得MOS管的最大电流,同时依据波形计算
电流有效值,依此选择MOS管的电流。 (5)MOS管的最高工作电压为输入电压,依此选择MOS管的耐压。

直流直流变换器

直流直流变换器
利用软开关技术,如ZVS(零电 压开关)或ZCS(零电流开关), 降低开关损耗,提高变换器的效
率。
热设计
热分析
对变换器进行热分析,确 定关键发热元件和最高温 度点,为散热设计提供依 据。
散热设计
根据热分析结果,选择适 当的散热方式,如自然散 热、强制风冷或液冷等。
热管设计
利用热管的高效传热特性, 将热量从发热元件传导至 散热器,提高散热效果。
直流-直流变换器
目录
• 引言 • 直流-直流变换器的分类 • 直流-直流变换器的应用 • 直流-直流变换器的设计与优化 • 直流-直流变换器的挑战与解决方
案 • 未来展望
01
引言
定义与作用
定义
直流-直流变换器是一种将直流电 能转换为另一种直流电能的装置 。
作用
在电力电子、通信、仪器仪表、 工业自动化等领域,直流-直流变 换器广泛应用于电压调节、电流 控制和电源管理等方面。
电磁兼容性(EMC)设计
滤波设计
在变换器输入和输出端加入滤波电路,抑制电磁 干扰的传播。
屏蔽设计
对关键电路和元件进行屏蔽,以减小电磁干扰的 影响。
接地设计
合理设计接地网络,降低地线回路的干扰电压, 提高系统的电磁兼容性。
05
直流-直流变换器的挑战 与解决方案
效率与体积的权衡
挑战
在设计和制造直流-直流变换器时, 需要权衡效率和体积。通常情况下, 更高的效率需要更大的体积和更复杂 的电路设计。
THANKS
感谢观看
多路输出直流-直流变换器的发展
随着多路输出电源需求的增加, 多路输出直流-直流变换器的发
展成为未来的重要方向。
多路输出直流-直流变换器能够 同时提供多路稳定、可调的直流 电压,满足各种不同设备的电源

直流-直流变换电路

直流-直流变换电路
3.1 直接DC/DC变换电路
3.1.1 降压斩波电路 3.1.2 升压斩波电路 3.1.3 升降压斩波电路 3.1.4 Cuk斩波电路 3.1.5 Sepic斩波电路 3.1.6 Zeta斩波电路 3.1.7 复合斩波电路和多相多重斩波电路
3.1.1 降压斩波电路
3.1.2 升压斩波电路
3.1.7 复合斩波电路和多相多重斩波电路
直流
逆变
电路
交流 变压器
交流
整流 电路
脉动直流 滤波器
直流
变压器隔离型DC/DC变换器
• 采用这种结构的变换原因:
输出端与输入端需要隔离。 某些应用中需要相互隔离的多路输出。 输出电压与输入电压的比例远小于1或远大于1。 交流环节采用较高的工作频率,可以减小变压器和滤波电 感、滤波电容的体积和重量。
t
断.
O
t
S关断后到下一次再开通的一段时间 im1
内,必须设法使im1降回到零(变压 器的磁心复位),否则下一个开关周
O t0
t1
t2
t
B
期中, im1将在本周期结束时的剩余
值基础上继续增加,并在以后的开
BS
关周期中依次累积起来,从而导致
变压器的励磁电感饱和。
励磁电感饱和后, im1会更加迅速地 增长,最终损坏开关器件。
t
总输出电流最大脉动率(电流脉动 iO2
t
幅值与电流平均值之比)与相数的平 Oi3
t
方成反比。
Oio
t
3.2 变压器隔离型DC/DC变换器
3.2.1 正激电路 3.2.2 反激电路 3.2.3 半桥电路 3.2.4 全桥电路
3.2 变压器隔离型DC/DC变换器
变压器隔离型DC/DC变换器:先将直流逆变为交流, 再整流为直流电,也称为直-交-直电路。

电力电子技术第2章 交流-直流变换电路习题和答案K

电力电子技术第2章 交流-直流变换电路习题和答案K

一、选择题2-1、单相半波电阻性负载可控整流电路中,控制角α的最大移相范围是( D)A、0º-90°B、0º-120°C、0º-150°D、0º-180°2-2、单相半波可控整流电路输出最大直流电压的平均值等于整流前交流电压的(C)倍。

A 1,B 0.5,C 0.45,D 0.9.2-3、单相半控桥整流电路的两只晶闸管的触发脉冲依次应相差(A )度。

A、180°,B、60°,C、360°,D、120°2-4、在单相桥式全控整流电路中,大电感负载时,控制角α的有效移相范围是(A)。

A、0°~90°B、0°~180°C、90°~180°2-5、普通的单相半控桥可控整流装置中一共用了(B )晶闸管。

A 一只,B 二只,C 三只,D 四只。

2-6、在单相全控桥整流电路中,两对晶闸管的触发脉冲,应依次相差(A)度。

A 、180度;B、60度;C、360度;D、120度2-7、α为( C )度时,三相半波可控整流电路电阻性负载输出电压波形处于连续和断续的临界状态。

A,0度,B,60度,C,30度,D,120度,2-8、晶闸管触发电路中,若改变(B)的大小,则输出脉冲产生相位移动,达到移相控制的目的。

A,同步电压,B、控制电压,C、脉冲变压器变比。

2-9、三相半波可控整流电路的自然换相点是( B)A、交流相电压的过零点;B、本相相电压与相邻相电压正、负半周的交点处;C、比三相不控整流电路的自然换相点超前30°;D、比三相不控整流电路的自然换相点滞后60°。

2-10、α=( 60度)度时,三相全控桥式整流电路带电阻负载电路,输出负载电压波形处于连续和断续的临界状态。

A、0度;B、60度;C、30度;D、120度;2-11、三相全控桥式整流电路带大电感负载时,控制角α的有效移相范围是(A)度。

直流直流变换

直流直流变换

t on Ts
基本的直流-直流变换器和它的输出波形
在实际应用中,有如下问题: 1.实际的负载应该是感性的。即使是阻性负载,也总有
线路电感,电感电流不能突变,因此,图4-1的电路可 能由于电感上的感应电压毁坏开关管。采用图4-3的电 路,则电感中储存的电能可以通过二极管续流释放给负 载; 2.在大多数应用中需要的是平稳的直流电压。而图4-1的 电路输出电压在0和Ud间变化。采用由电感和电容组成 的低通滤波器可以得到平稳的输出电压。
4.4 升压变换器
Boost的应用
升压变换器也称为Boost变换器。正如名字所指的,升压变换器的输 出电压总是高于输入电压。图4-11是升压变换器的电路原理图。
图4-11 升压变换器电路原理图
当开关管导通时,输入电源的电流流过电感和开关管,二极管反向 偏置,输出与输入隔离。当开关管断开时,电感的感应电势使二极 管导通,电感电流iL通过二极管和负载构成回路,由输入电源向负 载提供能量。在下面的稳态分析中,输出端的滤波电容器被假定 为足够大以确保输出电压保持恒定,即uo= Uo。
4.3 降压变换器
降压变换器电路原理图
4.3.1 电流连续模式时的工作情况
在开关管导通期间ton,输入电源经电感流过电流,二极管反偏。
这导致在电感端有一个正向电压uL=Ud-Uo,如图4-5(a)所示。这
个电压引起电感电流iL的线性增加;当开关管关断时,由于电
感中储存电能,产生感应电势,使二极管导通,iL经二极管继
续流动,uL= -Uo,电感电流下降,如图4-5(b)所示。
输出电压
Uo ton D Ud Ts
(4-5)
因此,在电流连续模式中,当输入电压不变时,输出电压Uo随
占空比而线性改变,而与电路其他参数无关。
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diL I L2 Uo L L dt t 2 t1 U o (1 D)T I L 2 L
iVT 0
Uo iC iL io iL R (io恒定,iC与iL同斜率)
Buck电路工作波形(CCM状态)
2.2 降压式变换器(Buck Converter)
(1)由输入输出电压关系,计算D
(2)计算电感参数 Boost变换器电感电流平均值即为输入直流值,当输出最 小电流时,电感电流应至少处于电感电流临界连续才能维持整 个工作范围电感电流连续。电感电流临界连续时,有:
I inmin 1 I omin 0.3A 1 D
I L DUd fL
I inmin 1 I L 2
8 LCf
1 I L 1.1A 2
C 2.5 10
6
F
实际可选取电容量为3.3μF以上 电容工作时承受最高电压为10V,可选额定电压为16V以上 (4)计算MOS管的额定电流、额定电压 I VTrmsmax Iomax D 0.57A 由工作波形确定 U VTmax 30V 实际可选取参数: Io 额定电流 1.5A以上 额定电压 50V以上
(5)电源开关频率100kHz,
计算电路相关参数?
设计方法
电路参数设计目标:
(1)电感参数设计,需得到电感量与最大峰值电流两个参数
(2)电容参数设计,需得到电容量与额定电压两个参数 (3)MOSFET开关管选择,需得到额定电流额定电压两个参数 (4)二极管选择,需得到额定电流额定电压两个参数
设计方法
忽略电路工作产生的损耗,输入输出能量守恒,有:
Ud Iin Uo Io

I in
1 Io 1 D
2.3 升压式变换器(Boost Converter)
电感电流连续模式(CCM)工作参数分析
考虑到稳态工作时电感伏秒平衡的特点,电感充放电过 程电流波动值相等,晶体管导通时有: Ud DU d I LPP I L1 t1 L fL 输出电压脉动很小,一个周期内电容充放电平衡,根据ic波 形,Q的时间为DT,则输出纹波峰峰值为:
推挽变换器(Push-Pull converter)
2.1
概述
开关调压的基本原理
输出平均电压: U oav
t on Ud T
2.1
概述
t on T
占空比的定义
开关接通的占空比定义为: D 其中:ton为开关导通时间,T为开关周期。
脉冲宽度调制(PWM)
所谓脉冲宽度调制的方法是一种在整个工作过程中,开关 频率不变,而开关接通的时间按照要求变化的方法。
I omax D Cf
C 11.2 10
6
F
实际可选取电容量为22μF以上 电容工作时承受最高电压为30V,可选额定电压为50V以上 (4)计算MOS管的额定电流、额定电压 I VTrmsmax Iinmax D 2.5A 由工作波形确定 U VTmax 30V 实际可选取参数: Io 额定电流 5A以上 额定电压 50V以上
电感电流连续模式(CCM)下工作参数分析
由稳态时电感伏秒平衡的规律,得:
(U d U o ) DT U o (1 D)T 0
Ud I in Uo Io

U o DUd
忽略电路工作产生的损耗,输入输出能量守恒,有:

I in DIo
其中:Iin为输入平均电流(直流电流),Io为输出直流电流,
DT
设计方法
(5)计算二极管额定电压、额定电流
与计算MOS管电流类似, I VDrmsmax Iinmax 1 D 1.72A 二极管额定电流
U OPP U CPP 1 C

t1
0
icdt
I o DT I o D C fC
课堂思考
利用Boost电路设计以开关电源,电路工作于电感电流
连续状态,设计指标如下:
(1)输入电压10V, (2)输出电压30V, (3)输出纹波峰峰值不大于300 mV, (4)输出电流最大1A,最小100mA,
D为占空比 ,Ud为输入直流电压,Uo 为输出直流电压
2.2 降压式变换器(Buck Converter)
电感电流连续模式(CCM)下工作参数分析
考虑到稳态工作时电感伏秒平衡的特点,电感充放电过程 电流波动值相等,依据前面的分析,电感电流脉动峰峰值为:
I LPP I L1 U d (1 D ) (1 D ) DUd DT L fL
I L1 (U d U o ) (U d U o ) t1 DT L L
iVT iL
Uo iC iL io iL R (io恒定,iC与iL同斜率)
2.2 降压式变换器(Buck Converter)
二极管导通模式(t1 t t2=T )
VT关断,电感续流VD导通,有: diL uL U o L uVT Ud uo (t ) U o dt 输出电流线性减小,有:
iVT iL
uo ( t ) Uo iC R R
2.3 升压式变换器(Boost Converter)
二极管VD导通模式(t1 t t2=T ) VT关断,电感续流,VD导通,有: diL I L2 uL U d U o L L dt (1 - D)T 考虑电感伏秒平衡,电感电流为下降曲线。 (斜率与电感电流相同)
的直流分量Uo再附加微小纹波uripple(t) 。 有: o Uo uripple (t ) Uo u — 小纹波近似原理
2.2 降压式变换器(Buck Converter)
一个开关周期内电容包含充电和放电两个过程,稳态时
电路达到稳定平衡,电容上平均电压维持不变
—— 一个开关周期内电容充放电平衡。
脉冲频率调制(PFM)
所谓脉冲频率调制的方法是一种在整个工作过程中,开关 接通的时间不变,而开关频率按照要求变化的方法。
2.2 降压式变换器(Buck Converter)
Buck电路基本结构
2.2 降压式变换器(Buck Converter)
等效的电路模型及直流变换器基本规律
电感L和电容C 组成低通滤波器,输出电压uo就是us(t)
I omin 1 I L 2

I L 0.2A

(1 D ) DU d I L fL
L 0.00033 H 0.33mH
设计方法
电感电感峰值电流
I Lmax I omax
(3)计算电容参数 U D(1 D ) 由输出纹波要求, U OPP d 2
考虑到输出电压脉动很小,有 iL iC,且有一周期内电 容充放电平衡,根据ic波形,电容充电电荷Q为
Q 1 1 1 I L I L T 2 2 2 8f
电容纹波峰峰D ) 2 u C 8 LCf 2
电感电流断续状态
课堂思考
利用Buck电路设计一开关电源,电路工作于电感电流
连续状态,设计指标如下:
(1)输入电压30V, (2)输出电压10V,
(3)输出纹波峰峰值不大于100 mV,
(4)输出电流最大1A,最小100mA, (5)电源开关频率100kHz, 计算电路相关参数?
设计方法
电路参数设计目标:
Sepic变换器(Sepic Converter)
Zeta变换器(Zeta Converter)
2.1
概述
变压器隔离基本变换器
正激式变换器(Forward Converter) 反激式变换器(Flyback Converter) 半桥式变换器(Half-Bridge Converter) 桥式变换器(Bridge Converter)
2.3 升压式变换器(Boost Converter)
Boost电路基本结构
2.3 升压式变换器(Boost Converter)
电感电流连续模式(CCM)下工作波形分析

晶体管导通状态(0 t t1=DT)
VT开通、VD关断,有: uL U d L
uVT 0
di L I L L1 dt DT
DT
设计方法
(5)计算二极管额定电压、额定电流
与计算MOS管电流类似, I VDrmsmax Iomax 1 D 0.82A 二极管额定电流
I F(AV)
0.82 0.52A 1.57
由工作波形可以确定,二极管承受最高电压为30V
实际可选二极管参数: 额定电流1A以上 额定电压60V以上 选择快恢复二极管
2.2 降压式变换器(Buck Converter)
电感电流连续模式(CCM)下稳态工作波形分析
分析过程假定: (1)忽略器件开关时间 (2)忽略元器件工作损耗和寄生参数影响 (3)忽略电路的分布参数影响 (4)输入为理想直流电源,忽略内阻、纹波、电压波动 假定条件是对实际电路的一种简化与近似,实际电路通过 合理的工艺设计,其工作状态一般接近于假定的状态。
2.2 降压式变换器(Buck Converter)
开关S臵于1位时(Δt1),电感电流增加(ΔI1) ,电感储
能;而当开关S臵于2位时(Δt2) ,电感电流减小(ΔI2), 电感释能。稳态状况下一个开周期内电感平均磁链维持不变。 电流平均增量为零( i1 i 2 0 )或磁链平均增量为零 [ uL1 (t1 ) uL2 (t 2 ) 0 ]——一个开关周期内电感伏秒平衡。
(1)电感参数设计,需得到电感量与最大峰值电流两个参数
(2)电容参数设计,需得到电容量与额定电压两个参数 (3)MOSFET开关管选择,需得到额定电流额定电压两个参数 (4)二极管选择,需得到额定电流额定电压两个参数
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