二讲一基本开关型变换器主电路拓扑论述.ppt

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1、第2章直流/直流变换器主电路拓扑开关电源基本构成方框图整流滤波开关电源控制器滤波整流及滤波AC/DC输入回路功率开关器件高频变压器DC/DC功率变换器UoutUinDC/DC变换器直流/直流变换器拓扑1直流/直流降压变换器（BuckDC/DC变换器）2直流/直流升压变换器（BoostDC/DC变换器）3直流升压－降压变换器（Boost-Buck变换器或Cuk变换器）*4两象限、四象限直流/直流变换器*5多相、多重直流/直流变换器6带隔离变压器的直流/直流变换器小结1.1降压变换器（BuckDC/DC变换器）1.1.1电路结构和调压、降压原理1.1.2电感电流连续时工作

2、特性1.1.3电感电流断流时工作特性降压变换如何实现？1.1.1电路结构和调压、降压原理1.理想化处理2.调压原理分析3.控制方式分类4.输出电压LC滤波分析1.理想的电力电子电路为获得开关型变换器的基本工作特性，简化分析，假定的理想条件是：（1）开关管T和二极管D从导通变为阻断，或从阻断变为导通的过渡过程时间均为零；（暂不考虑开关频率）（2）开关器件的通态电阻为零，电压降为零。断态电阻为无限大，漏电流为零；（暂不考虑功耗）（3）电路中的电感和电容均为无损耗的理想储能元件；（4）线路阻抗为零。电源输出到变换器的功率等于变换器的输出功率。（无功耗、无谐波干扰）2.调压、

3、降压原理对开关管T加驱动信号VG,开关周期为TVG>0,T管导通开关管T导通VG=0,T管阻断在稳定输出工作期间：开关管T截止计算法二：输出电压谐波计算法变压比为Mn次谐波幅值输出电压的直流平均值2.变压比、导通比的定义变压比与电路结构和导通比D都有关系，它们之间的关系可用多种方法推导。导通比（占空比）：变压比：计算法三：用波形积分的方法求变压比vEO的直流分量V0为:用傅立叶分解方法求变压比和谐波分量周期性函数可以分解为无限项三角级数——傅立叶级数：用傅立叶分解方法求变压比和谐波分量周期性函数可以分解为无限项三角级数——傅立叶级数：F(ωt)也可表达为：3.控制方

4、式改变开关管T的导通时间，即改变导通占空比D，即可改变变压比M,调节或控制输出电压VO。(1)脉冲宽度调制方式PWM(PulseWidthModulation)开关频率不变，改变输出脉冲电压的宽度(2)脉冲频率调制方式PFM（PulseFrequencyModulation）脉宽不变，改变开关频率或周期。为什么实际应用中广泛采用PWM方式？问题思考4.输出电压LC滤波滤波电感的作用：对交流高频电压电流呈高阻抗，对直流畅通无阻滤波电容的作用：对直流电流阻抗为无穷大，对交流电流阻抗很小。直流输出电压中含有各次谐波电压，在Buck开关电路的输出端与负载之间加接一个LC滤

5、波电路，减少负载上的谐波电压。如何选取LC？问题思考滤波器电抗对谐波的阻抗为：ωL滤波器电容对谐波的阻抗为：1/ωC如果：各谐波经过滤波器后几乎衰减为零。直流量通过滤波器时其大小不受任何影响。滤波电容C在一个开关周期内的充、放电电荷为：输出电压中纹波量1.1.2电感电流连续时工作特性Buck变换器有两种可能的运行状况：（1）电感电流连续模式CCM(ContinuousCurrentMode)：指电感电流在整个开关周期中都不为零；（2）电感电流断流模式DCM（DiscontinuousCurrentMode）：指在开关管T阻断期间内经二极管续流的电感电流已降为零。二者

6、的临界：称为电感电流临界连续状态：指开关管阻断期结束时，电感电流刚好降为零。1.电流连续时只有两种开关状态(2)开关状态2：T管阻断,D管导通(1)开关状态1：T管导通,D管阻断电流连续模式跟哪些因素有关?电感电压与电感电流方向为非关联，所以有“-”负号问题思考1.1.3电感电流断流时工作特性1.三种开关状态和变压比2.临界负载电流3.BUCK变换器输出电压外特性存在第三种状态:T、D都截止。变压比1.三种开关状态和变压比开关管T开通时开关管T关短，续流管D导通电路稳定输出时一般情况下，D2不如D1表示方便，用D1表示M的推导如下：参教材P8图1-5，断续和连续临界点

7、的确定D选择：开关管T选择：Buck变换电路的特点优点：1、连续续流工作时，都有电流对负载补能，因此，输出电压脉动小，带负载能力强；2、续流二极管的反偏电压等于输入电压，对开关管反向耐压和续流管耐压要求不高；缺点：1、Ii工作是不连续的，对电源不利，对滤波电路有要求；2、开关管T与负载串接，如T击穿，负载电压加大，存在安全隐患，需要保护电路；3.Buck变换器输出电压外特性变换器的变压比（或输出电压）与占空比和负载电流的函数关系称为外特性。电感电流连续时，变压比等于占空比，输出电压与负载电流无关。控制特性是线性的。在电感电流断流的情况下，控制特性是非