第6章DC-DC变换.ppt

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1、电力电子学第六章DC-DC变换（直流斩波器）电能变换的形式有四种：整流AC—DC斩波DC—DC交交变换AC—AC逆变DC—ACDCACACDCDC—DC变换电路把直流电的幅值进行转换。降压变换器、升压变换器、降压-升压变换器的拓扑结构、工作原理；各变换器在电流连续和断续模式下的各物理量之间的函数关系；全桥式直流-直流变换器在单极性和双极性控制方式时的工作原理；影响直流-直流变换器输出电压纹波的因素。本章主要内容直流-直流变换器主要有如下几种基本型式：1.降压变换器(BuckConverter)2.升压变换器(BoostConverter)3.降压-升压复合型变换器(Buck-BoostConv

2、erter)4.库克变换器(CukConverter)5.全桥式变换器(FullBridgeConverter)直流-直流变换器通过对电力电子器件的通断控制，将直流电压断续地加到负载上，通过改变占空比改变输出电压平均值。基本的直流-直流变换器和它的输出波形6.1直流-直流变换器的控制方法开关导通时，输出电压等于输入电压Ud；开关断开时，输出电压等于0。输出电压波形如上图所示，输出电压的平均值Uo为：式中Ts—开关周期，D—开关占空比。1.开关周期Ts保持不变，改变开关管导通时间ton。也称为脉宽调制(PWM)。2.开关管导通时间ton保持不变，改变开关周期Ts。3.改变开关管导通时间ton，同

3、时也改变开关周期Ts。改变负载端输出电压有3种调制方法：方式1的PWM是最常见的调制方式，这主要是因为后2种方式改变了开关频率，而输出级滤波器是根据开关频率设计的，显然，方式1有较好的滤波效果。脉宽调制方式的控制原理如图。给定电压与实际输出电压经误差放大器得到误差控制信号uco，该信号与锯齿波信号比较得到开关控制信号，控制开关管的通断，得到期望的输出电压。图中给出了脉宽调制的波形。锯齿波的频率决定了变换器的开关频率。一般选择开关频率在几千赫兹到几百千赫之间。在不同的情况下，变换器可能工作在不同的模式。因此，设计变换器和它的控制器参数时，应该考虑这两种不同的工作模式的特性。按照控制电压和锯齿波幅

4、值的关系，占空比D可以表示成：直流-直流变换器有两种不同的工作模式：1.电感电流连续模式2.电感电流断续模式大多数应用中需要的是平稳的直流电压。而基本变换电路输出电压在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。6.2降压变换器降压变换器也称为Buck变换器，输出电压Uo低于输入电压Ud。降压变换器电路原理图图(a)为滤波器的输入电压Uoi的波形，可以分解成直流分量Uo、具有开关频率fs的谐波分量，如图(b)所示。图(c)为该低通滤波器的特性。低通滤波器的角频率fc应大大低于开关频率fs，经过滤波器后的输出电压基本消除了开关频率造成的纹波。假设输出端的滤波电容足够大

5、，则输出电压的瞬时值不变，即uo=Uo。在稳态情况下，因为电容电流平均值为0，所以电感电流平均值等于输出电流平均值Io。6.2.1电感电流连续模式时的工作情况在ton期间，电感正向电压uL=Ud-Uo。电感电流iL的线性增加；开关管关断时，电感中的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。输出电压在电流连续模式中，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。忽略电路所有元件的能量损耗，则：因此故有因此，在电流连续模式下，降压变换器相当于一个直流变压器，通过控制开关的占空比，可以得到要求的直流电压。输入电流平均值Id与输出电流Io是变比的

6、关系，但当开关管断开时，瞬时输入电流从峰值跳变到0，这样对输入电源会有较大的谐波存在，因此，在输入端加入一个适当的滤波器用来消除不必要的电流谐波。6.2.2输出电压纹波前面假设输出电容足够大从而使uo=Uo。但实际上，输出电容值是有限的，输出电压是有纹波的。在电流连续模式下的输出电压的波形如图所示。电压纹波的峰-峰值△Uo为:通过选择低通滤波器的角频率fc，使fc<

7、Boost变换器，其输出电压总是高于输入电压。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，假定输出端的滤波电容器为足够大以确保输出电压保持恒定，即uo=Uo。6.3.1电流连续模式时的工作情况在稳态时，电感电压在一个周期内的积分是0，上