DC-DC变换电路

1 UL TS

TS
0
uL dt
(Ui U o )ton U otoff TS
=0
一、直接DC/DC变换器
1.降压斩波电路
U o ton D U i TS
I1 ton I o DI o TS
0 D 1
Ui I1 Ui DIo Uo Io
输出功率等于输入功率，可 将降压斩波器看作直流降压变压 器。
一、直接DC/DC变换器
5. Sepic斩波电路 电路结构 Speic电路原理
a) Sepic斩波电路
V断态，E—L1—C1—VD—负载回路及L2—VD—负载回路 同时导电，此阶段E和L1既向负载供电，同时也向C1充 电（C1贮存的能量在V处于通态时向L2转移）。
Uo
ton ton D E E E tof f T ton 1 D
L (1 D)2 RTS 2
一、直接DC/DC变换器
3.升降压型电路( Boost-Buck)
2)电流连续状态CCM
一、直接DC/DC变换器
3.升降压型电路( Boost-Buck)
2)电流断续状态DCM
U i DTs U 0Ts U 1 I L 0 2 R
2L K 2 D TS R
求出

1 IL TS

TS
0
1 iL (t )dt I L ( D ) 2

U 1 I L ( D ) o 2 R
Ui Uo 1 (U i U o ) DTS D 2 L Uo R
一、直接DC/DC变换器
1.降压斩波电路
2）电感电流断续工作模式 (DCM)
输出电压：
开关上承 受电压：
N1 uS (1 )U i N3
与降压电路特性相同 广泛应用于功率为数百瓦~数千瓦的开关电源中。
二、带隔离变压器的直-直变换器
一、直接DC/DC变换器
2.升压斩波电路（boost） 3)升压电路的典型应用

当使V2保持通态时，于是V3、VD3和V4、VD4等效为又一
组电流可逆斩波电路，向电动机提供负电压，可使电动机工作 于第3、4象限。 V3和VD3构成降压斩波电路，向电动机供电使其工作于第 3象限即反转电动状态，而V4和VD4构成升压斩波电路，可使 电动机工作于第4象限即反转再生制动状态。
现代功率变换技术
第三讲 直流-直流变换
第三讲 直流-直流变换

将大小固定的直流电压变换成可调的直流电压 的变换称为DC/DC变换。 具有这种DC/DC变换功能的电力电子装置，称 为DC/DC变换器（DC/DC Converter） 直流电动机调速、蓄电池充电、开关电源，特 别是在电力牵引上，如地铁、电气机车等。
Uo D Ui
1 D IL U oTS 2L
1 D I L U oTS L
Uo 1 D U oTS R 2L
临界条件：
L 1 D RTS 2
一、直接DC/DC变换器
1.降压斩波电路
2）电感电流断续工作模式 (DCM) 输出电压：
DTs
(U i U 0 ) DTs U 0Ts 0 Ts
一、直接DC/DC变换器
3.升降压型电路( Boost-Buck)
特点：电路简单； 升压、降压； 输入电流脉动大； 输出电流脉动大；
不能空载运行。
一、直接DC/DC变换器 4. Cuk斩波电路
V通时，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路有电流。
V断时，E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路有电流。 输出电压的极性与电源电压极性相反。
升降压电路也不应空载，否则会产 生很高的电压 用于电池供电设备中产生负电源的电路， 还用于各种开关稳压器中。
一、直接DC/DC变换器
3.升降压型电路( Boost-Buck)
电流断续状态
2L K 2 D TS R
U0 D Ui 1 D
电感电流断续时输出电压要高 于电流连续情况。负载电流很小 时，电感电流将断续。负载电流 越小，Uo越高。输出空载时，Uo 将趋向于无穷大，因此，升降压 电路也不应空载，否则会产生很 高的电压.
当1/2＜Ｄ＜1时，为升压。
占空比不能太大，否则输出电 压过高。
一、直接DC/DC变换器
3.升降压型电路( Boost-Buck)
电流临界临界连续状态
U i DTS I L L
1 I L (1 D ) 2 U o (1 D ) 2 TS 2L ID
+
Io I D
电感电流联系与 断续的条件：
U0 D Ui 1 D
一、直接DC/DC变换器 4. Cuk斩波电路
应用：光伏发电方面的应用，最大跟踪控制， 特点：输入输出脉动小，输出纹波和电磁干扰都比 较小
一、直接DC/DC变换器
5. Sepic斩波电路 电路结构 Speic电路原理
a) Sepic斩波电路
V通态，E—L1—V回路和C1—V—L2回路同时导电，L1 和L2贮能。
一、直接DC/DC变换器
2.升压斩波电路（boost）
2）电感电流断续工作模式(DCM)
Ui DTS (Uo Ui )TS
ID 1 I L 2

二极管电流开关周期平均值为
电容Ｃ的开关周期平均电流为零， 故二极管电流开关周期平均值等于 负载电流
U 1 I L o 2 R
2L K 2 D TS R
电路相当于开关S在A、B两点之间交替切换。
一、直接DC/DC变换器 4. Cuk斩波电路
设两个电感电流连续
u L1 uL 2 U i ton (U i U c1 )Toff Ts (U c1 U 0 )ton U 0Toff Ts
D
0 0
1时，U0
无穷，避免
特点：升压、降压； 输如、输出电流脉 动小； 不能空载运行，控制较为复杂。
一、直接DC/DC变换器
1.降压斩波电路
2）电感电流断续工作模式 (DCM)
电流断续时，总是有Uo＞DUi，且负载电流越小，Uo 越高。输出空载时，Uo=Ui
一、直接DC/DC变换器
1.降压斩波电路
2）电感电流断续工作模式 (DCM)
特点：电路简单；
只能降压；
输入电流脉动大；
DTs
Ts
输出电流脉动小。
电流跟踪控制
一、直接DC/DC变换器
2.升压斩波电路（boost）
一、直接DC/DC变换器
3.升降压型电路( Boost-Buck)
1)电流连续状态CCM
uL U i ton U 0Toff Ts 0
U0 D Ui 1 D
特点：输出电压与输入电压反向 则当0＜Ｄ＜1/2时，降压；
Ui Uo 1 U i DTS D 2 L Uo Ui R
Uo 1 1 4 / K 1 Ui 2 1 D
一、直接DC/DC变换器
2.升压斩波电路（boost）
2）电感电流断续工作模式
Uo 1 1 4 / K 1 Ui 2 1 D
电感电流断续时的输出电压要高于电 感电流连续时的输出电压。输出空载时， K趋于无穷大，输出电压Uo也趋于无穷 大。 升压电路不应空载，否则会产生很高 的电压而造成电路中元器件的损坏。
Ui Uo 1 (U i U o ) DTS D 2 L Uo R
( Ui 2 Ui 2L ) 2 0 Uo U o D TS R
2L K 2 D TS R
DTs
Ts
Uo 1 4K 1 D Ui 2K
断续时D与负载 和电感、开关周 期有关。
电流断续时，总是有Uo＞DUi，且负载电流 越小，Uo越高。输出空载时，Uo=Ui
一、直接DC/DC变换器
1.降压斩波电路
2）电感电流断续工作模式(DCM )
临界点： I o I L
1 IL TS
L
电容电流一周期上平均值为零
1 1 1 ( I LTS ) I L TS 2 2
I L Ui Uo DTS L

TS
0
iL (t )dt
diL Ui Uo dt
0 D 1
升压
无穷，避免
I1 I L toff I L UiI L UiI1 U o I o U o T
一、直接DC/DC变换器
2.升压斩波电路（boost）
2）电感电流断续工作模式 (DCM)
I L u ( t ) L U o D(1 D)TS L DT I S L L u (t ) U | i 0 t DTS L
U o D(1 D)2 TS 1 I D I L (1 D) I L (1 D) 2 2L
电感电流连续的临界条件推导 二极管VD电流的开关周期平均 值等于负载电流Io。
Io I D
U o U o D(1 D) 2 TS R 2L
L D(1 D)2 临界条件： RT 2 S


第三讲 直流-直流变换

结构 直接 型：降压斩波电路，升压斩波电 路， 升降压型电路等(直流斩波)

隔离型：正激（Forward）电路，反激 （Flyback）电路，半桥型，全桥型电路等
一、直接DC/DC变换器
1.降压斩波电路
1）电感电流连续工作模式（CCM）
电感，电容，二极管的作用？
稳态条件下电感两端电压在一 个开关周期内平均值为零
2.升压斩波电路（boost）
一、直接DC/DC变换器
2.升压斩波电路（boost）
一、直接DC/DC变换器
2.升压斩波电路（boost）
PWM驱动生成方法： 载波调制法 电流跟踪法
一、直接DC/DC变换器
2.升压斩波电路（boost）
电流跟踪控制
一、直接DC/DC变换器
2.升压斩波电路（boost）
实现相互隔离的多路输出； 实现电压等级的变换； 采用高频变压器，减小变压器和滤波电感、滤波电容的 体积和重量。
二、带隔离变压器的直-直变换器
1.正激（Forward）电路 1）电流连续工作状态DCM 在输出滤波电感连续情况下
U o N 2 ton N 2 D U i N1 T N1
一、直接DC/DC变换器
一、直接DC/DC变换器
一、直接DC/DC变换器
5. Sepic斩波电路
特点：升压、降压；
a) Sepic斩波电路
输入电流脉动小；输出电流脉动大；
不能空载运行； 输入输出隔离； 控制、结构较为复杂； 单相功率因数校正电路。
二、带隔离变压器的直-直变换器
结构：电源→输入滤波器→全桥整流→直流滤波→ 开关管（振荡逆变）→高频变压器→输出整流与滤波
一、直接DC/DC变换器
1.降压斩波电路
应用于直流稳压开关电源和直流拖动。
不可逆直流电动机调速
一、直接DC/DC变换器
2.升压斩波电路（boost）
1）电感电流连续工作模式(CCM)
uL U i ton (U i U 0 )Toff Ts 0
Uo 1 Ui 1 D
D 1时，U0
一、直接DC/DC变换器
2.升压斩波电路（boost）
3）升压电路的典型应用
常用于将较低直流电压变换为较高的直流电压，如电池供电设 备中的升压电路、液晶背光电源，单相功率因数校正电路等。
一、直接DC/DC变换器
2.升压斩波电路（boost） 3)升压电路的典型应用
当使V4保持通态时，
V1发PWM波，则提供正电压，可使 电动机工作于第1、2象限，即正转电动和正转再生制动状 态。此时，需要防止V3导通造成电源短路。 V1和VD1构成降压斩波电路，向电动机供电使其工作于 第1象限即正转电动状态，而V2和VD2构成升压斩波电路， 可使电动机工作于第2象限即正转再生制动状态。
D 1时，U0
(
ID
1 I L 2
Ui 2 2L ) 2 Uo D TS R
U0 D Ui 1 D
无穷，避免
一、直接DC/DC变换器
3.升降压型电路( Boost-Buck)
2)电流断续状态DCM
2L K 2 D TS R
U0 D Ui 1 D
Baidu Nhomakorabea
电感电流断续时输出电压要高于电 流连续情况。负载电流很小时，电感电 流将断续。负载电流越小，Uo越高。输 出空载时，Uo将趋向于无穷大.
一、直接DC/DC变换器
2.升压斩波电路（boost）
升压斩波电路（boost）的应用 功率因数校正电路
一、直接DC/DC变换器
2.升压斩波电路（boost）
一、直接DC/DC变换器
2.升压斩波电路（boost）
一、直接DC/DC变换器
2.升压斩波电路（boost）
一、直接DC/DC变换器