第一节：概述 定义DC-DC：只对直流参数进行变换的电路 直流电源 DC-DC主电路 负载 控制电路 一般结构： 一.直流变换电路的分类

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1 第一节：概述 定义DC-DC：只对直流参数进行变换的电路 直流电源 DC-DC主电路 负载 控制电路 一般结构： 一.直流变换电路的分类 1.换流过程分为: 电压换流 电流换流 2. 降压电路 升压电路 升降压电路 或

2 单向限电路 双向限电路 四象限电路 3. 均为一个方向 和 其中之一改变方向 均改变方向 4. 单相电路:只有一个电路 m相电路:有m个基本电路,采用时分复用的方法 二.理想直流变换应具备的性能 1.输入输出端的电压均为平滑直流,无交流谐波分量 2.输出阻抗为零 3.快速动态响应,抑制能力强 4.高效率小型化

3 三.Application 3.1.Driving:电车,地铁,电动汽车,火车 3.2.直流电机调速系统, 3.3.照明,氙灯ballast 3.4.switching power supply,Eg.Adapter,VRM 四.Typical topologies:Buck,Boost,Buck-Boost, Cuk

4 第二节:单象限降压型电路 一.电路 T是全控元件(GTR,GTO,MOSFET,IGBT),当 时,T导通 D:续流二极管 L0和C0组成LPF

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6 二.工作原理 当 时,控制信号使得T导通,D截止,向L0充磁,向C0充电 当 时,T截止,D续流,U0靠C0放电和L0中电流下降维持 三.假设: 1.T,D均为理想器件 2.L0较大,使得在一个周期内电流连续且无内阻 3.直流输出电压U0为恒定 4.整个电路无功耗 5.电路已达稳态

7 四.电路各点的波形

8 五.电路分析 1.电感电流iL表达式 储能 (1) 当 当 时, 达到最大值, (2) 当 时, 放能 (3) 当 时, 达到最小值 (4) 由于电路达到了稳态,

9 所以(2)式改写为: (5) 2.伏秒平衡定律的证明： 电流增量： 由式（4）得到： （6） 所以有 (7) (8) 得： 这就是电感的伏秒平衡，实际是对 的积分，即平均值为零 平均电流 (9)

10 3.输出电压增益 输出电压平均值 输入电压平均值 由(8)式得: (10) 当D改变,U0改变 输入功率 电流 输出电压 输出电流 4.输入电流平均值Id

11 5.输出电压纹波分析 当 但 为有限值 电感电流 电容电流 负载电流 情况1: C充电 情况2: C放电

12 当 时,电容充电,其电荷量为Q 实际上就是图 中的阴影部分的面积 在 时,阴影部分的面积为: 在 时,阴影部分的面积为:

13 把式(7) 代入上式得: 所以当 与 给定后 当 最大时,用 , 的最大值 为

14 6.保持电流连续的临界电感值 由 的图形可知, 由(7)式可知 当 时, 电流处于 临界连续状态 当 取最大值时, 当 时, 处于连续状态

15 DT T DpT 六.电流断续时的状况 1.求Av 根据伏秒平衡律: 2.求Dp 平均电流:

16 解得:

17 七、Typical Applications
Buck Three Phases Inverters AC motor 交流调 速系统 Signal Phases Hid Lamp illumining system Low v/high I Load Switching power supple system 二次电源 High V/Low I system一次电源

18 作业 1，比较CCM和DCM工作时，电压增益和电流增益公式，电感上电压的差别。 2，试述CCM和DCM工作的优缺点。 3，试述伏秒平衡和电荷平衡定律。 4，画出电容器高频等效电路，并说明其频率特性。

19 第三节:单象限升压型直流变换电路 一.电路 二.工作原理 当 三.连续模型分析 根据伏秒平衡律: 1.直流增益Av

20 说明:1) 所以 是升压电路 2) 可以调压 Two Modes:能量的传输 Mode1:0<t<DT, T is on D is off ,the current iL increase,the equivalent circuit The energy in DC source L Load C Mode2:DT<t<T, T is off, D is on,the current iL decrease, the equivalent circuit The energy in L Load C

21 2.电流增益 根据无耗网络的定义: 3.电流的分析 当 当 当 电荷平衡

22 平均电流 所以 同理可得: 4.波形:

23 5.考虑电感 时的情况 求平均输入电阻

24 6.Typical Applications(1)
Boost type PFC Ac input 90~260V Under 500W/DCM 500~5000W Over 500W/CCM Three Phase Load Three phases 400v DC BUS Universal Line Power Supply Boost type Inverter U PS Battery Uninterruptable Power Supply Union Post Service

25 6.Typical Applications(2)
Solar energy Lighting Boost type Photo- Battery Inverter HM Lamp 12v 400v DC BUS Car’s homework‘s:1.to design a Buck converter and do simulation. Specification:f=25KHz,Ui=300v,Uo=150v,Io=6A,Io=1A, Upp=10v; 2.to design a Boost converter. Specification:f=100KHz,Ui=150v,Uo=300v,Io=6A,IL=1A, Upp=10v;

26 第四节:单象限升/降压直流变换电路(Buck-Boost)
一.电路 输入和输出反相 二.工作原理: 在T导通时,D截止,电源向Ld输送能量,输出电压是靠C0的放电保 持基本不变;在T/off时,D on,把存放在中的能量释放给负载和电容 三.连续模型的分析方法 1.电压增益 根据伏秒平衡律:

27 1 >1 <1 2.输入电流脉动 输入电流增量: 输入电感电流的最大值: 由无耗性可知:

28 3.输出电压的脉动值 当VTon,VD off时,电容C0放电维持输出电压 选大电容可以消除U0的脉动 4.考虑rL的影响 若 的纹波很小时,平均值与有效值相等

29 在求均值时,电感短路,电容开路,所以: 作业：计算T和D的耐压。

30 第五节:单象限的CUK电路 一.CUK电路的特点: 1.输入,输出电流皆没有脉动,只是在直流成分的基础上附加了一个不 大的开关纹波 2.电压增益 3.开关晶体管发射极接地 4.输入输出电压反向 二.CUK电路

31 三.工作原理: 这个电路的关键是靠C1传输能量 在 期间, VT/on,Vd/off, 输入电路:Ud给L1充磁, 输出电路:Uc1给L2充磁 L1,L2中的能量均是增加的 在 期间,VT/off,Vd/on, 输入电路:把L1中的存能送给C1,给C1充电,L1,L2中的能量均是减小的 输出电路:靠L2,C2中的存能维持输出电压基本不变 VTon,VDoff 等效电路 VToff,VDon 等效电路

32 四.电路分析(连续模型) 1.均值等效电路 所以电感两端的均值电压为0,相当于虚短 所以电容中的电流的均值为0,相当于虚断

33 2.CUK均值等效电路 <1> 3.电压增益 L1电压的瞬时值: 若C1,C2较大,认为电压恒定即: <2> 所以:

34 L2电压的瞬态值: （3） 结论:如果 （4） 根据伏秒平衡律: (5)

35 CUK: Buck: Boost: 所以Buck-Boost及Cuk的增益为Buck与 Boost增益的积 电流增益: (6) 4.输出，入端电流脉动 (7) 入端: 出端: (8)

36 上式说明:如果 如果 式（7)和式(8)相除得: 上式再次证明了 的结论 输入电流的最大值: (9) 输出电流的最大值: (10) VT电流最大值,

37 注意: 的最大值发生在 与 的最大值同时发生 5.波形(自己画)

38 6.考虑L1,L2内阻的分析 均值等效电路 令

39 第六节:双象限直流电压变换电路 一.双象限电路的分类 <一>输出电流平均值I0极性可变 原理: 当 ,当 输出电流: 负载等效电压: 输出电压: 恒大于零 应用:负载为直流电机时,构成具有再生制动力的不可逆调速系统 (减速运行) 正转 正转制动力

40 典型电路: 1)Buck与Boost组合电路,工作在Buck电路时,电源向负载传输能量, 工作在Boost电路时,负载向电源反馈能量 2)双向CUK电路 分析输出电压均用正向传输电路;分析输出电流 <二>输出电压U0极性可变电路 原理:靠改变占空比改变U0的极性 应用负载为电机时,构成可逆调速系统 正转 反转制动 典型电路:双管正激电路 <三>电机负载下输出电压和输出电流的分析方法

41 1.等效电路: + - 2.求E值.在稳态时, 令 3.求 的均值U0是根据开关电路决定 4.求 的表达式 令R=0,根据 的瞬态表达式

42 第七节:四象限桥式直流变换电路 一.四象限桥式直流变换电路概述 1.应用具有摩擦负载的可逆直流调速系统 2.优点:以DC-DC原理实现的直流变换电路,具有网络侧功率因数高, 响应速度快 3.分类: 同频电路 单极性电路 倍频电路 全桥电路 双极性电路 半桥电路 4.双极性电路:指在一个斩波周期内,输出电压 只有一个极性变换 的电路

43 的平均值 由上式可知:U0随D改变而改变 特点:电流脉动大,但不会出现断续情况 5.单极性电路:在一个斩波周期内,输出电压仅有幅度变化而无极性 变化 当 当

44 平均值: 特点:电流脉动小,但在轻载或低速运行时会出现负载电流断续状况 6.同频电路: 输出电压的斩波频率为f,开关元件的开关频率为fs 同频电路:f=fs 倍频电路:f=2fs 正转 正转制动 7.电机调速系统的工作 反转 反转制动 二.双级性全桥电路 <一>控制电压的分布(与普通的全桥电路相同) 同相,脉宽为DT 同相,脉宽为D0T

45 三种情况: 时区A, D>0.5, I0>0, 时区B, D=0.5, I0=0, 时区C, D<0.5, I0<0, 控制信号与占空比D的关系 最大控制电压

46 <二>工作过程分析: 只讨论D=0.5 因为 不能on,而VD1与VD3on, 当 但 当

47 (三)直流增益: 双极性桥式直流变换器,实质上是一个线性放大器 四.电流脉动计算 (5-178)