DCAC变换器
dc-dc变换器原理
dc-dc变换器原理
DC-DC变换器是一种电力电子设备，它可以将直流电压转换为不同电压等级的直流电压输出。
其工作原理基于电感和电容的储能特性。
当输入电压施加在变换器的输入端口上时，输入电流开始流过电感。
由于电感的特性，电流变化率有限，电感中的电能会增加。
然后，输入电压被关闭，使电感的磁场崩溃，导致电感中的电流减小。
由于电感的自感特性，电压会增加，从而产生一个与输入电压不同的输出电压。
在DC-DC变换器中，电容被用于平滑输出电压。
当电感储能结束时，电容开始释放其储存的能量，以供应输出负载。
通过控制开关频率和占空比，可以实现对输出电压的调节。
DC-DC变换器还运用了反馈控制系统，通过监测输出电压与期望电压之间的差异来调整开关频率和占空比，从而实现对输出电压的稳定控制。
多种DC-DC变换器拓扑结构和控制策略被用于不同应用场景中，以满足不同的功率转换需求和效率要求。
总之，DC-DC变换器利用电感和电容的储能特性，通过控制开关操作，实现对直流电压的转换和稳定调节。
这使得它在许多电子设备中得到广泛应用，如电源适配器、电动汽车、太阳能系统等。
新第十三讲电流型DC-AC变换电
02 电流型半桥DC-AC变换器
CHAPTER
工作原理与电路组成
电流型半桥DC-AC变换器是一种将直流电能转换为交流电能 的电力电子装置。它通过开关管的控制，将直流电压或电流 转换为交流电压或电流。
电路组成：包括输入滤波器、半桥电路、变压器、输出滤波 器和负载等部分。其中，半桥电路是变换器的核心部分，由 两个开关管和两个电容组成。
VS
稳定性分析
通过分析系统的传递函数和稳定性条件， 确定系统的稳定性和动态响应特性。
04 电流型推挽式DC-AC变换器
CHAPTER
工作原理与电路组成
总结词
电流型推挽式DC-AC变换器通过改变输入直流电流的波形，将其转换为交流输出电流。其电路组成包 括输入直流电源、全控开关器件、输出滤波器和负载。
输入输出特性
输入特性
输入电压范围宽，可以适应不同 的直流电源输入；输入电流连续 ，对输入电源的冲击小。
输出特性
输出电压波形好，可以输出正弦 波；输出电压的幅值和相位可以 通过控制开关管的通断进行调节 。
控制策略与稳定性分析
控制策略
常用的控制策略有脉宽调制（PWM）和移相控制等。脉宽调制是通过调节开关管的 通断时间来控制输出电压的幅值和频率；移相控制是通过调节开关管的通断时刻来 控制输出电压的相位。
谢谢
THANKS
稳定性分析
为了确保电流型半桥DC-AC变换器的稳定运行，需要对电路的稳定性进行分析。 常用的稳定性分析方法有频率法和状态空间法等。通过分析，可以确定系统的稳 定性和动态响应特性，为控制策略的选择和优化提供依据。
03 电流型全桥DC-AC变换器
CHAPTER
工作原理与电路组成
工作原理
dc-dc变换原理
dc-dc变换原理
DC-DC变换器是一种电子设备，用于将直流（DC）电压转换为另一种直流电压。
这种转换器在许多电子设备中都有广泛的应用，例如在电源适配器、电动汽车、太阳能系统和通信设备中都可以看到它们的身影。
DC-DC变换器的工作原理基于电感和电容的原理，通过精确控制开关管的导通和截止来实现输入电压到输出电压的变换。
DC-DC变换器的基本工作原理是利用电感和电容储存和释放能量，从而实现电压的升降。
当输入电压施加到变换器上时，开关管周期性地开关，这导致电感和电容中的能量储存和释放。
通过调整开关管的占空比和频率，可以实现对输出电压的精确控制。
在一个典型的升压型DC-DC变换器中，当开关管导通时，电流会通过电感和负载，从而储存能量。
当开关管截止时，电感中的储能会释放，从而提供给负载。
通过控制开关管的导通和截止时间，可以实现输出电压的精确控制。
相比于线性稳压器，DC-DC变换器具有更高的效率和更小的体积。
这使得它们在需要高效能转换和对电源体积要求严格的场合中
得到广泛应用。
总之，DC-DC变换器是一种非常重要的电子设备，它通过精确控制电感和电容的能量储存和释放，实现了输入电压到输出电压的精确变换。
在现代电子设备中，它们的应用已经变得非常普遍，为我们的生活带来了诸多便利。
多相dc-dc变换
多相dc-dc变换多相DC-DC变换器是一种用于提高功率转换效率和性能的电源转换技术，尤其在高功率密度和大电流应用场合。
这种变换器通常将输入直流电压转换为不同电压等级的输出直流电压，同时通过并行运行多个相同的单相转换器来分散功耗和减少滤波元件的体积。
一、基本工作原理：在多相DC-DC转换器中，每个单相模块都具有自己的开关元件（如MOSFET 或IGBT）和控制电路，并且所有单相单元以交错的方式工作，即不同的相位在不同的时间点切换。
这种方式能够使得输出电感上的电流连续而平滑，从而显著减小输出纹波、降低滤波要求以及改善系统的瞬态响应。
例如，在降压型（buck）多相转换器中，多个相同相位的转换器依次对输入电压进行斩波，并将其平均值叠加到输出电容上，这样可以实现较大电流的平稳传输，同时降低了峰值电流，减少了导通损耗。
二、优势：1.均流特性：多相设计可以自然地实现负载均衡，各个相位之间可以通过电流共享技术分配功率，避免单一器件过载。
2.更高的效率：由于每个阶段的开关频率较低，开关损耗得以减少，而且输出滤波器尺寸较小，总体效率得到提升。
3.更好的热管理：功率分散在多个相位间，有利于降低单一组件的温升，提高整个系统的可靠性。
4.改进的动态性能：通过交错控制技术，系统响应速度更快，能够更好地应对快速变化的负载需求。
三、结构组成：多相DC-DC变换器主要由以下部分组成：1.输入滤波器2.多个独立的开关子模块3.输出滤波电感与电容4.控制电路，包括PWM控制器及相关的驱动电路，用来协调各个相位的工作状态5.监控与保护电路四、应用领域：多相DC-DC变换器广泛应用于高性能计算、数据中心服务器电源、电信设备、电动汽车充电系统以及其他需要高效能和高稳定性的电源供应场景中。
AC-DC转换器的工作原理
AC/DC转换器的工作原理AC-AlternaTIngcurrent是交流的意思，DC-Directcurrent是直流的意思，AC/DC 变换是将交流变换为直流，AC/DC转换器就是将交流电变为直流电的设备，其功率流向可以是双向的，功率流由电源流向负载的称为“整流”，功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”。
一：AC/DC转换器的工作原理-工作原理交流电转换为直流电称为整流，而直流电转换为交流电称为逆变。
逆变要比整流复杂得多。
常用的有两种方法，一种是先通过SPWM方式，调制出正弦波波形（如果方波也可以的话，这步可以省略），然后通过一个H桥切换输出电压极性，这要求H 桥的切换与SPWM电路同步，技术上较复杂但这种方式的效率好像很高，所以不少逆变器都是这种方式。
将直流电源转变为交流电使用的设备就是叫“逆变器”原理基本是将直流电送到用于逆变输出的三极管，利用接在该管子回路上的变压器等元器件对管子形成正反馈而使管子产生“震荡”电流（起振）而变为交流输出，如果需要比较“严格”的电流输出波形，则还要接入有关电子元器件，组成对输出波形进行整形的电路。
一般通过二极管整流电路或电子开关电路，都可将交流电转换为直流电。
AC/DC转换器的工作过程图整流电路，是将工频交流电转换为脉动直流电；滤波电路，将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分；稳压电路，采用负反馈技术，对整流后的直流电压进一步进行稳定。
1整流--即把交流调整成直流，换句话就是使交流的正玄波调整到的X轴上方。
但是现在还只是脉冲的。
主要元件是二极管。
整流方式：全波整流（桥式整流，有专门的元件或用4个二极管）、半波整流（x以下的波损失掉，电流不是连续的。
用一个二极管做）。
2滤波--把波形调整成平稳的直流（可用电容）另：根据需要的电压，可以在整流之前做变压。
一般来讲整流电路有如下几种方法：半波整流电路：半波整流就是利用二极管的单向导电性能，使经变压器出来的电压Vo只有半个周期可以到达负载，如下：单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管具有单向导电性。
DCAC变换器
i ii Li
VT1 VD1 VT3 iVT1 iVT4
3-13
1.2 电压型逆变电路
2）电压型逆变电路的特点
(1)直流侧为电压源或 并联大电容，直流侧电压 基本无脉动。 (2)输出电压为矩形波， 输出电流因负载阻抗不同 而不同。
(3)阻感负载时需提供 无功功率。为了给交流侧 向直流侧反馈的无功能量 提供通道，逆变桥各臂并 联反馈二极管。
图3-5 电压型全桥逆变电路
一相上下两桥臂间的换流过程和半桥电路相似。
桥臂1、3、5的电流相加可得直流侧电流id的波形，id每60°脉动 一次，直流电压基本无脉动，因此逆变器从交流侧向直流侧传 送的功率是脉动的，电压型逆变电路的一个特点。 防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电源 短路，应采取“先断后通”
3-22
wt RL
VD3 VT4 VD4
i
iVT2iVT3
ui
VT2 VD2
io
wt io wt
uo
单相桥式电流型逆变电路
3-26
1.3.2 三相电流型方波逆变器
模式1 L ii VT3 VT5 VT2 VD1 ud VT4 VT6 VT2 VD3 VD5 U V W VT6 VT1 VT1 W V
i uv 2 ii 3
3-2
1.1 换流方式
1.1.1 逆变电路的基本工作原理
1.1.2 换流方式分类
3-3
dc-dc变换器工作原理
dc-dc变换器工作原理
嘿呀！今天咱们就来好好聊聊DC-DC 变换器工作原理呢！
首先呀，咱得知道啥是DC-DC 变换器？哎呀呀，简单说就是能把一种直流电压变换成另一种直流电压的玩意儿！这可太重要啦！
那它到底咋工作的呢？1. 它得有个输入直流电源呀，这就像是它的“粮食”呢！2. 然后呢，通过一些神奇的电路元件，比如说电感、电容、二极管还有开关管等等。
哇塞！这些元件可都不简单哟！电感就像个能量的“小仓库”，电容能存储和释放电荷，二极管能控制电流的方向，开关管呢，则是控制电路的通断，厉害吧？3. 接下来，开关管不断地开和关，哎呀呀，这一开一关可不得了！当开关管导通的时候，电流就会通过电感，电感储存能量。
当开关管关闭的时候，电感里储存的能量就释放出来啦，给输出提供能量。
你说神奇不神奇？！而且呀，DC-DC 变换器还有不同的类型呢！比如说降压型（Buck）、升压型（Boost）和升降压型（Buck-Boost）。
降压型的，顾名思义，就是把输入的高电压降低变成低电压输出。
升压型呢，则是把低电压升高变成高电压输出。
那升降压型，嘿嘿，它可厉害啦，既能升压又能降压！
哎呀呀，这DC-DC 变换器的工作原理是不是很有意思？！在我们生活中的好多地方都能看到它的身影呢！比如说手机充电器、电脑电源，还有电动汽车的电源系统里，到处都有它在默默工作呢！
哇！你想想，如果没有DC-DC 变换器，我们的电子设备还能这么方便地使用吗？肯定不行呀！所以说，了解它的工作原理真的很重
要呢！。
双向DCDC变换器设计
双向DCDC变换器设计双向直流-直流（DC-DC）变换器是一种电力电子设备，能够实现两个不同电压等效电路之间的能量转换和传输。
这种变换器常用于电池系统、节能转换系统和电网隔离系统等应用中。
本文将介绍双向DC-DC变换器的设计原理、工作原理和性能评估。
一、设计原理双向DC-DC变换器可以分为两个部分：升压变换器和降压变换器。
升压变换器将低电压输入提升为较高电压输出，而降压变换器则将高电压输入降压为较低电压输出。
这两个变换器可以通过一个可调节的开关来实现输出电压的控制。
在实际应用中，通过PWM（脉宽调制）技术来控制开关的导通时间，从而实现输出电压的调节。
二、工作原理双向DC-DC变换器的工作原理如下：1.当升压变换器开关导通时，输入电压经过电感储能，同时输出电容储能开始将能量传递到输出端。
2.当升压变换器开关断开时，储能元件的电感和电容开始释放储存的能量，使输出电压保持稳定。
3.当降压变换器开关导通时，输入电压先通过输出电容释放能量，同时电感储能元件开始储存电能。
4.当降压变换器开关断开时，储能元件释放储存的能量，实现输出电压的稳定。
三、性能评估设计双向DC-DC变换器时需要评估以下几个关键性能参数：1.效率：双向DC-DC变换器的效率主要取决于开关的损耗和传输效率。
通过合理选择开关元件和功率传输电路，可以提高变换器的效率。
2.响应时间：双向DC-DC变换器需要能够快速响应输入电压和输出负载的变化。
降低电路和控制系统的响应时间可以提高变换器的动态性能。
3.稳定性：双向DC-DC变换器需要具有良好的稳定性，以确保输出电压在不同负载条件下保持稳定。
在设计过程中应考虑噪声抑制和滤波技术。
4.安全性：在设计双向DC-DC变换器时，需要考虑过电流、过压和过温等保护功能，以防止电路损坏和事故发生。
在实际设计过程中，还需要考虑其他因素，如电路拓扑选择、元件选择、控制算法和布局布线等。
针对不同的应用需求，可能需要做出不同的设计决策。
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Vab＝Vd
T3（D3）、T2（D2）导通
Vab＝－Vd
三种电平
T1（D1）、T3（D3）导通
或T2（D2）、T4（D4）导通
Vab＝0
2π ω t
4.3.3 单极性倍频正弦脉冲宽度调制逆变器（续1）
vc , fc
O
δ2 δ1
δ
δ
3
4
N = fc = 14, P = 6 fr
δ 10 δ 11 δ 12
∫ 总有效值Vab =
2 T0
T0 0
2VD2dt
= VD
基波有效值V1 =
4VD 2π
=
22 π VD
= 0.9VD
4.2.2 电压型单相半桥逆变电路
Co1
T1
VD
n
Z ia a
Co2
T2
Ø 电容分压，半桥电路 Ø T1、T2交替通、断 Ø 二级管D的功用 Ø R、L负载时，T、D交替
导电
D1
4.1 逆变器的类型和性能指标
4.1.1 逆变器的类型 4.1.2 逆变器输出波据直流电源的特性不同可分为：
电压型逆变器VSI
电流型逆变器CSI
按输出电压不同分为CVCF、VVVF、脉冲型 按逆变器电路结构不同分为：
单相半桥
单相全桥
推挽逆变
tdt
冲量等效原理:
大小、波形不相同的窄脉冲变量作用于惯性系统 时，只要它们的冲量即变量对时间的积分相等，其作 用效果基本相同。
p
4.3.3 单极性倍频正弦脉冲宽度调制逆变器
vab
Vd
θ 1 θ1 2 θ 3 θ 4 θ 5 θ 6
i
O ϕ π2 π
π +ϕ
T1（D1）、T4（D4）导通 单极性SPWM电压波形
T1、T4与T2、T3 交替通、断
0
R负载
ia
T0 4
(c)电 阻 负 载 电 流 波 形
3T0 4
0
D 1 D4
T0 2
T1 T4
D 2 D3
T0 T 2 T3
L负 载
ia
θ
0
D1 D4
iD
(d)电 感 负 载 电 流 波 形
T 1 T4
π D2
D3
2π
T 2 T3
RL负 载
(e)R-L负 载 电 流 波 形
p
4.1.2 逆变器输出波形性能指标
(1)谐波系数HFn = Vn /V1
180 方波 VD
v1 (t )
VD
π
0
T
X-Axis
2
180方o 波
∑ (2)总谐波系数THD
=
1 V1
∞
Vn2
n = 2, 3,4
1
2
∑ THD
=
1 V1
∞
（Vn2
n=1,2
−
V1
2
)
1
2
=
V V1
2
−
1
vr > vc ，T2通、T3通，vab = −Vd
单极性SPWM（续3）
单脉波起点δ1，终点δ 2，
脉宽θ1 = δ 2 − δ 1，
产生n次谐波幅值为Vnm
Vnm
=
2 π
⋅ VD n
[cos nδ1
− cos nδ 2 ]
2 π
2
⋅VD
=
0.9VD是180宽方波的基波有效值 V1
4.3.2 正脉冲宽度调制SPWM基本原理（续2）
v ( t ) v(t ) = V1m sin ωt
1 2 3 4 5π
2π
0 π 3π 5π 7π 9π 6 7 8 9 10
ωt
10 10 10 10 10
vab (t)
(a)
12 3 4 5
Vd
π
0 θ1 θ 2 θ 3 θ 4 θ 5
=θ2 = θ1
vab
θ
π
VD
π
−VD
π 2
−θ 2
π 2
π +θ 22
2π
θ
ωt
2π ωt
3π
2
2π
ωt
4.3.1 单脉冲宽度调制PWM逆变器（续）
V1m 4Vd π
V3m 4Vd π
θ
Vd
0 π δ1 π δ 2
2π
2
V5m
4Vd
π
V7m
4Vd
π
θ
脉宽为θ的矩形波的 基波、3、5、7次谐波电压相对值
∫ Vab
p
4.2 电压型单相方波逆电路工作原理
4.2.1 电压型单相全桥逆变电路 4.2.2 电压型单相半桥逆变电路 4.2.3 变压器中心抽头推挽式(Push-Pull)单相逆变电路
4.2.1 电压型单相全桥逆变电路
Va b
驱 动 T1 T4
驱 动 T1 T4
0
驱 动 T2 T3
t
ia
(b)负 载 电 压
电力电子学
——电力电子变换和控制技术
直流/交流变换器 （逆变器）
4 直流/交流变换器（逆变器）
4.1 逆变器的类型和性能指标 4.2 电压型单相方波逆变电路工作原理 4.3 电压型单相逆变器电压和波形控制 4.4 三相逆变电路工作原理 4.5 三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制 4.6 大容量逆变器的复合结构 小结
ω ω0
2
=
Vn ( nω )2
ω0
n
n
次谐波衰减了
n
n
第n次谐波的畸变系数
2( ω ω0
:
)2
倍
DFn
=
Vn n2 ⋅V1
=
HFn n2
ωt
t
∑ 总畸变系数
:
DF
=
1 V1
n=
2,3∞,4(Vnn2
)2
1
2
p
4.1.3 其他指标
q逆变器的性能指标除输出波形性能指标外，还应 包括： q逆变效率 q单位重量（或单位体积）输出功率 q可靠性指标 q逆变器输入直流电流中交流分量的数值和脉动频 率 q电磁干扰EMI及电磁兼容性EMC
二极
逆
管整 流器
DC/DC 斩波器
滤波器
变 器
负 载
斩波调压方案
4.3.0 概述（续2）
A
S1
S3
v0
VD
C
D
L
v1
C
S2
S4
B
基本逆变电路
逆变器自身控制方案
vo
v1 vo
E
C
π
ωt
0
DT
X-Axis
t
vo
2
R VD
vo v1
(b) 180 o 方波
π
2π
ωt
0 θ =ωTon T
X-Axis T
van
D2
1 2
V
D
0
ia
驱 动 T1
T0
2
驱 动
T2 T 0
3T 0 2
(b)电 压 波 形
t
0
ia
T1 ON
3 4
T0
1 4
T0
T2 ON
ia m
=
1 8
Vd f0L
T0
(c)电 阻 负 载 电 流 波 形
t
0
ia
D 1 T1 R-
L
D 2 T2
iam
(d)电 感 负 载 电 流 波 形
t
0
t
D 1 T1 D 2 T 2
v0
L
VD
C
D
S2
S4
B
vo
(a) 基本逆变电路
VD
v1 vo
Cπ
0
DT
X-Axis
2
v1
C
逆变电路输出的n次谐波有效值Vn经LC 滤波后在负载上的n次谐波电压VLn为:
V Ln =
Vn
n⋅ωL −
1
×
1 nωc
=
Vn n 2ω 2 LC
−1
nωc
R V Ln
=
Vn n 2 ⋅ ω 2 LC
=
Vn
n 2
(b) (a)正 弦 电 压
θ7 θ8 θ9
2π
ωt
− Vd
(b)SPW M等 效 电 压
4.3.2 正脉冲宽度调制SPWM基本原理（续3）
vab(t)
i(t)
∫ ∫ VD
⋅
dt
= VD
⋅
∆t m
=
V1m sinωtdt
∫ ∆tm
=
1 VD
V1m sinω
tdt
∫ θm
=
ω
⋅
∆tm
=
ω
⋅1 VD
V1m sinω
t
Ton 2
vo
(c) 宽度 θ < 180o 方波
VD
ωt
0
T/2
T
t
PWM输出电压波形
p
4.3.1 单脉冲宽度调制PWM逆变器
正半周中，T1、T4导通θ角 负半周中，T2、T3导通θ角 开关频率决定输出频率 脉宽θ决定输出电压大小
Vg1 ,Vg 4
θ
π
Vg2 ,Vg3
π 2
−θ 2
π 2
π +θ 22
2VD nπ
sin nωt
基波va1
=
2VD π
sinωt
V1 =
2VD 2π
= 0.45VD