buck三电平直流变换器的研究

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1、壹室塾窒塾丕奎堂堡主兰焦丝苎————————————一2．1工作原理第二章BuckTL变换器图2-1是Bw七TL变换器的电路拓扑，其中c_和C以为两个分压电容，其容量很大且相等，电压均为输入电压％的一半。Ql、9．2是两只开关管，Dl和l：h是续流二极管，匆是滤波电感，9是滤波电容，尺叫是负载。Q1和92交错工作，其驱动信号相差180。相角，图2-2给出了不同开关模态的等效电路。图2-1BuckTL变换器当开关管的占空比大于0．5和小于0．5时，变换器工作模式有所不同，下面分别加以分析。在分析之前，做如下假设：

2、1)所有开关管、二极管为理想器件，电感、电容为理想元件；2)Ca『l=Cra且足够大，均分输入电压，可以看成两个电压为Vf,／2的电压源；3)输出电容足够大，等效为电压源％。2．1．1D>0．5当开关管的占空比大于0．5时，其主要波形如图2—3所示。在一个开关周期内，变换器有四个开关模态。】)开关模态1【to，，1]【图2-2(a)】Ql和Q2同时导通，AB两点间电压为输入电压％，滤波电感白的电流线性增加。删吨(f0)+半”fo)2)开关模态2【fJ，t2】【图2-2(b)】Dl和JD2上的电压为vf,／2。(

3、2—1)璺竺!丝奎垫墨—————————————————————————————————————————————————————一一，l时刻关断Ql，Q2继续导通，Dl导通。v,B=V,w2，gl和D2上电压为～2a／,i电流线性下降。-(，)_-叭毕(t--11)(2-2)‘ff2时刻开通Q】，Q2继续导通，电路进入开关摸态3。开关模态3与开关模态1相同，如图2．2(a)所示。f3时刻关断Q2，Ql继续导通，电路进入开关模态4，如图2-2(c)所示。电路工作情况同开关模态2类似，此处不再赘述。v。，

4、。pm

5、

6、(a)Ql和Q2同时导通(b)Q2导通，Ql关断屹／吆／(c)Ql导通，Q2关断(d)Ql和Q2同时关断图2-2不同开关模态的等效电路‘一￡，}，!丁一．．

7、r叼QlIQll幺幺r小h／’<3⋯—￡：==f7l1气砌I隘／‘fH；‰{．；，’圪il7”l；?_∥i-‘fo71f2‘3，4图2-3D>0．5时的主要波形南京航空堕蒌丕堂堡主兰焦堕塞—一—————————————————一由图2-3可知：+孥赔伊”^)1}=D·圪AILf．H=I吁m．H—ILfmin_H=ltg(tt)——ILl(to)繇一voX2

8、D-1)"T，珥厶=三‰蚶+‰皑)其中，石是开关频率，瓦一l据是开关周期管的截止时间。定义D=TodT。为占空比；△虹电感电流脉动值、电感电流最小值和最大值。2．1．2D<0．5(20)(2-4)(2-5)％为开关管的导通时间，砀为开关小硒*』和％i。』分别为D>0．5的当开关管的占空比小于0．5时，变换器的主要波形如图2-4所示。一个开关周期内包括4个开关模态。l、开关模态l[to，ti][图2-2(c)】Ql导通，D2@J盈，ⅥB=K以，Q2和Dl上的电压为vd2。f巧(f)=lLf(to)+2}开关模态2

9、【ti，t2】【图2-2(d)]f1时刻关断Ql，D1和D2导通。VAB=O，Ol、Q2两端电压均为H，／2。删嘞“)一告”f1)(2-6)(2—7)81¨¨_1％^卜◇％i也忍伊量2矽釜2卜0rkr，％一P堡¨一。盟。㈨等BuckTL变换器r。∞7。盯Ql～Q2／。妥．／氐／气磊c『--＼，一一10一％口●【lt／2yaL10J】t2t3，4t图2-4D<0．5的主要波形t2时刻开通Q2，电路进入开关模态3。开关模态3与开关模态l相类似，此时02导通，DI导通，如图2-2Co)所示。t3时刻关断Q2，电路进入

10、开关模态4，同开关模态2工作情况相同，如图2-2(d)所示，此处不再赘述。由图2-4可知：zo--专rv。dt=i1‘知_r0)+(。。】2D‘％(2．8)A／Lf—L2I堪maxL—ILj池一L：警％‘J=盟掣2L(2-9)，L”7，L=昙(，玎。蜓。+_。iL。)(2-10)其中厶正址小正拗礁』和Z咖酊-￡分别为D<0．5时的电感电流脉动、电感电流最小值和最大值。2．2BuckTL变换器的外特性在恒定占空比下，变换器输出电压与输出电流的关系Vo=必Io)JD称为变换器的外特性。2．2。1电感电流连续塑壅塾窒

11、塾墨奎堂堡主堂堡垒奎——由式(2．3)和(2—8)知道，当电感电流连续时：％=‰．D(2-11)2．2．2电感电流断续如果滤波电感较小或负载较轻，滤波电感电流将会断续。由图2-2和2-4可知，当负载电流减小到使o。=0时，△■=■一，此时的负载电流，赢m即为电感临界连续电流尼，此时变换器的外特性仍满足关系式(2—11)。，G=‰扩丢_。。=互1M∥(2-12)下面分D>0．5和D<0．