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1、第3章直流變換電路1、定義：利用電力開關器件周期性的開通與關斷來改變輸出電壓的大小，將直流電能轉換為另一固定電壓或可調電壓的直流電能的電路稱為直流變換電路。(開關型DC/DC變換電路/斬波器)。2、分類：按穩(wěn)壓控制方式:脈沖寬度調制(PWM)、脈沖頻率調制(PFM)直流變換電路。按變換器的功能:降壓變換電路(Buck)、升壓變換電路(Boost)、升降壓變換電路(Buck-Boost)、庫克變換電路(Cuk)和全橋直流變換電路。3、隔離方式：在直流開關穩(wěn)壓電源中直流變換電路常常采用變壓器實現(xiàn)電隔離，而在直流電機的調速裝置中可不用變壓器隔離。3.1直流變換電路的工作原理3.2降壓變換電路3.3升
2、壓變換電路3.4升降壓變換電路3.5庫克變換電路3.6帶隔離變壓器的直流變換器3.7直流變換電路的PWM控制技術第3章直流變換電路3.1直流變換電路的工作原理工作原理：圖中S是可控開關，R為純阻性負載。在時間內當開關S接通時，電流經負載電阻R流過，R兩端就有電壓；在時間內開關T斷開時，R中電流為零，電壓也變?yōu)榱?。電路中開關的占空比TS為開關T的工作周期，ton為導通時間。由波形圖可得到輸出電壓平均值為若認為開關T無損耗，則輸入功率為式（3.1.2）中Ud為輸入直流電壓。輸出電壓平均值的改變：因為D是0～1之間變化的系數，因此在D的變化范圍內輸出電壓UO總是小于輸入電壓Ud，改變D值就可以改變其
3、大小。占空比的改變：通過改變ton或TS來實現(xiàn)。圖3.1.1基本的斬波器電路及其負載波形（3.1.2）（3.1.1）（3.1.3）直流變換電路的常用工作方式主要有兩種：①脈沖頻率調制(PFM)工作方式：即維持Ton不變，改變TS。在這種調壓方式中，由于輸出電壓波形的周期是變化的，因此輸出諧波的頻率也是變化的，這使得濾波器的設計比較困難，輸出諧波干擾嚴重，一般很少采用。②脈寬調制(PWM)工作方式：即維持TS不變，改變Ton。在這種調壓方式中，輸出電壓波形的周期是不變的，因此輸出諧波的頻率也不變，這使得濾波器的設計容易。3.1直流變換電路的工作原理3.1直流變換電路的工作原理3.2降壓變換電路3
4、.3升壓變換電路3.4升降壓變換電路3.5庫克變換電路3.6帶隔離變壓器的直流變換器3.7直流變換電路的PWM控制技術第3章直流變換電路3.2降壓變換電路原理圖續(xù)流二極管全控型電力器件輸入直流電壓濾波電感濾波電容負載3.2降壓變換電路導通期間（ton）：電力開關器件導通，電感蓄能，二極管D反偏。等效電路如圖3.2.1(b)所示；關斷期間（toff）：電力開關器件斷開，電感釋能，二極管D導通續(xù)流。等效電路如3.2.1(c)所示；由波形圖3.2.1(b)可以計算出輸出電壓的平均值為：圖3.2.1降壓電路及其波形圖(3.2.3)忽略器件功率損耗，即輸入輸出電流關系為：電感中的電流iL是否連續(xù)，取決于
5、開關頻率、濾波電感L和電容C的數值。3.2降壓變換電路圖3.2.2電感電流波形圖Buck變換器的可能運行情況：電感電流連續(xù)模式電感電流臨界連續(xù)狀態(tài)電感電流斷流模式3.2降壓變換電路(3.2.4)1）電感電流iL連續(xù)模式：在ton期間:電感上的電壓為由于電感L和電容C無損耗，因此iL從I1線性增長至I2，上式可以寫成式中△IL=I2－I1為電感上電流的變化量，UO為輸出電壓的平均值。3.2降壓變換電路(3.2.5)(3.2.6)(3.2.7)(3.2.8)(3.2.9)1）電感電流iL連續(xù)模式：在toff期間:假設電感中的電流iL從I2線性下降到I1，則有根據式(3.2.4)、(3.2.5)可求
6、出開關周期ＴS為上式中△IL為流過電感電流的峰－峰值，最大為I2，最小為I1。電感電流一周期內的平均值與負載電流IO相等，即將式(3.2.7)、(3.2.8)同時代入關系式△IL=I2－I1可得2）電感電流iL臨界連續(xù)狀態(tài)：變換電路工作在臨界連續(xù)狀態(tài)時，即有I1=0，由可得維持電流臨界連續(xù)的電感值L0為：即電感電流臨界連續(xù)時的負載電流平均值為：式中Iok為電感電流臨界連續(xù)時的負載電流平均值。總結：臨界負載電流Iok與輸入電壓Ud、電感L、開關頻率f以及開關管T的占空比D都有關。當實際負載電流Io＞Iok時，電感電流連續(xù)；當實際負載電流Io=Iok時，電感電流處于連續(xù)（有斷流臨界點）;當實際負載
7、電流Io＜Iok時，電感電流斷流；3.2降壓變換電路(3.2.10)(3.2.11)輸出紋波電壓：在Buck電路中，如果濾波電容C的容量足夠大，則輸出電壓U0為常數。然而在電容C為有限值的情況下，直流輸出電壓將會有紋波成份。電流連續(xù)時的輸出電壓紋波為其中f為buck電路的開關頻率，fc為電路的截止頻率。它表明通過選擇合適的L、C值，當滿足fc＜＜f時，可以限制輸出紋波電壓的大小，而且紋波電壓的大小
