4直流直流變換

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1、第4章直流-直流變換器DC-DCConverter的應用：DC-DC變換器是將固定的直流電壓轉換為可調(diào)的直流電壓，廣泛應用在直流電源和直流電機驅動系統(tǒng)中。4.1簡介直流-直流變換器主要有如下幾種基本型式：1.降壓直流-直流變換器(BuckConverter)2.升壓直流-直流變換器(BoostConverter)3.降壓-升壓復合型直流-直流變換器(Buck-BoostConverter)4.降壓-升壓復合型：Cuk直流-直流變換器5.全橋式直流-直流變換器(FullBridgeConverter)本章主要內(nèi)容：降壓變換器、升壓變換

2、器、降壓-升壓變換器的拓撲結構、工作原理、在電流連續(xù)和斷續(xù)模式下的各物理量之間的函數(shù)關系；全橋式直流-直流變換器在單極性和雙極性控制方式時的工作原理；影響直流-直流變換器輸出電壓紋波的因素；比較幾種不同變換器的開關利用率。4.2直流-直流變換器的控制直流-直流變換器基本原理：通過對電力電子器件的通斷控制，將直流電壓斷續(xù)地加到負載上，通過改變占空比改變輸出電壓平均值，因此也稱為斬波器?；镜闹绷?直流變換器和它的輸出波形開關管導通時，輸出電壓等于輸入電壓Ud；開關管斷開時，輸出電壓等于0。輸出電壓波形如上圖所示，輸出電壓的平均值Uo為

3、：思考：這個電路有什么問題嗎？在實際應用中，有如下問題：1．實際的負載應該是感性的。即使是阻性負載，也總有線路電感，電感電流不能突變，因此，圖4-1的電路可能由于電感上的感應電壓毀壞開關管。采用圖4-3的電路，則電感中儲存的電能可以通過二極管續(xù)流釋放給負載；2．在大多數(shù)應用中需要的是平穩(wěn)的直流電壓。而圖4-1的電路輸出電壓在0和Ud間變化。采用由電感和電容組成的低通濾波器可以得到平穩(wěn)的輸出電壓。圖(a)所示的輸入電壓Uoi的波形，可以分解成直流分量Uo、具有開關頻率fs的諧波分量，如圖(b)所示。采用由電感和電容組成的低通濾波器的特

4、性如圖(c)所示。低通濾波器的角頻率fc<

5、為后2種方式改變了開關頻率，而輸出級濾波器是根據(jù)開關頻率設計的，顯然，方式1有較好的濾波效果。圖4-2(a)是脈寬調(diào)制方式的控制原理圖。給定電壓與實際輸出電壓經(jīng)誤差放大器得到誤差控制信號uco，該信號與鋸齒波信號比較得到開關控制信號，控制開關管的導通和關斷，得到期望的輸出電壓。圖4-2(b)給出了脈寬調(diào)制的波形。鋸齒波的頻率決定了變換器的開關頻率。一般選擇開關頻率在幾千赫茲到幾百千赫之間。按照控制電壓和鋸齒波幅值的關系，開關占空比D可以表示成：直流-直流變換器有兩種不同的工作模式：1.電感電流連續(xù)模式2.電感電流斷續(xù)模式在不同的情況

6、下，變換器可能工作在不同的模式。因此，設計變換器和它的控制器參數(shù)時，應該考慮這兩種不同的工作模式的特性。4.3降壓變換器降壓變換器電路原理圖4.3.1電流連續(xù)模式時的工作情況在開關管導通期間ton，輸入電源經(jīng)電感流過電流，二極管反偏。這導致在電感端有一個正向電壓uL=Ud-Uo，如圖4-5(a)所示。這個電壓引起電感電流iL的線性增加；當開關管關斷時，由于電感中儲存電能，產(chǎn)生感應電勢，使二極管導通，iL經(jīng)二極管繼續(xù)流動，uL=-Uo，電感電流下降，如圖4-5(b)所示。輸出電壓(4-5)因此，在電流連續(xù)模式中，當輸入電壓不變時，輸出

7、電壓Uo隨占空比而線性改變，而與電路其他參數(shù)無關。降壓變換器工作過程演示忽略電路所有元件的能量損耗，則因此,故有(4-6)因此，在電流連續(xù)模式下，降壓變換器相當于一個直流變壓器，通過控制開關的占空比，可以得到要求的直流電壓。由式(4-6)有，輸入電流平均值Id與輸出電流Io是變比的關系，但當開關管斷開時，瞬時輸入電流從峰值跳變到0，這樣對輸入電源會有較大的諧波存在，因此，在輸入端加入一個適當?shù)臑V波器用來消除不必要的電流諧波。4.3.4輸出電壓紋波在前面的分析中，假設輸出電容足夠大從而使uo=Uo。然而，實際上，輸出電容值是有限的，因

8、此輸出電壓是有紋波的。在電流連續(xù)模式下的輸出電壓的波形如圖4-10所示。電壓紋波的峰-峰值△Uo為:(4-24)式(4-24)表明：通過選擇輸出端低通濾波器的角頻率fc，使fc<