DC-DC電壓轉換電路原理研究

1、北京交通大學電路分析研究性實驗論文題目：DC-DC電壓轉換電路原理班級：電子1102學號：姓名：合作者：指導老師：杜普選時間：2012/12/161/10C50uFlOOfi5/10(b)圖2升壓轉換器°。 T圖3開關動作的控制電壓二、實驗內容及理論分析<1)當開關周期動作重復多次后，電路中電壓電流變成周期性波形。用動態(tài)分析方 法求出電感電流一個周期的波形。對于降壓轉換器0E時刻有：KVL： V,=V, (t)+Vc(t)K也i (XC學+竺3 dt RCdi (t)且 VQ 二 L*綜上可得：d%(£ 打 1 dVcG)畀(£ Sdt2"RC d

2、t T LC "lC代入數(shù)據(jù)，特征方程為：s2+200s+106=0解得：sl=-100+1000j s2=-I004000j分析：顯然Vc(t)變換頻率f=1000/2iTai59Hz實驗中開關變換頻率取f=20kHz遠大于Vc(t)變換頻率。即在一個周期T內，可視輸 出電壓10為常數(shù)。因此有V飲二Vz, (t)+Vo, G|jVi, (t)=Vi,-Vooq'T時刻有：KVL： 0-Vz, (t)+Vc(t)“、cdVc (»Vc (t)KAL： i(t)=C+mdi (t)且 V, (t)=L-'同理分析可得此時 綜上所述，EC)為一周期矩形脈沖。乂山

3、關系i(t)=i£'(T)dT可知 所求i(t)為一周期三角波波形，如下圖示意%。八(2)求出兩個電路中輸出電壓與輸入電壓的關系。圖3電壓波形中，脈沖寬度U與 周期T的比值d =ti/ T稱為脈沖波形的占空比。證明改變占空比d可以調整 輸出電 壓的高低。對于降壓轉化器 設i(0)= /Q0- tl： i (t)=i/2a>V(T)dT +/o=7o 弘-%)dt+/o二八0 故有 i(tl)二業(yè)二Ltl-T： i(l) Wj； ： (-Vo)dt+i (二半 0 占)+ 巴壬 21+/0乂因為 i(0) =i(T)即1(丁)二半(刊 +i(0)= hLL最后可以推出：二

4、dV訊分析理解：山于故VQCV沅，即轉換器具有直流降壓作 用且輸出電壓與占空比d有關。對于升壓轉化器O'ti時刻有：KVL： V, (t)=V, |:1丁時刻有:KVL： V 滬 VE (£) +VC (£)KAL： i(t) 乂弊型 3 dt Rcdi (t)且 (£)二 L*同理于降壓轉化器，在升壓轉化器電路中，分析可知，在一個周期T內，也可 視輸出電壓0為常數(shù)。故此時vi, (t)=v,-roo因此，同理分析可知，電感電壓電流波形定性類比于降壓轉化器。設 i(0)= IQ0tl:%) dt+ 0+/oVfi故有 i(tl)=tl+/o£rn

5、T： i(t)二撫 v(T) dT +1 ( “)二式(v, ,-ro) dt + i (ti) (t- tj+護 i+b乂因為 i(0) =i (T)即 i(T)二空產(T ti)+¥tl+A)= i(0)= /o同理升壓轉換電路中有輸入電壓、輸出電壓、占空比之間的關系為：分析理解：山于OdL, ttK,>Vfn,即轉換器具有直流升壓作用且輸出電壓與占空比d有關。三、實驗仿真仿真工具:MultisimlO. 0降壓轉化器電路圖01 /9lilOTf Q II 目1菲些I丑王帝菜T廠兀前期制人 妙£1 去審 fwrJLjpr _L J金同唧A S|卿9 CT-0Q1

6、01*1 Ig/vJ卿人人5山oz陽羽-V廉I v/g 0T Va| _o| 蛛 X A! (ysn os I附羽 =»ilIAB-IjsSSijj. 4x3ro個A TOO TVAUUIZO' T-snns' t-ZISrllZ66' S-AIUT6£心一.，/gc7 1ACOO1 9AUJ9W09 v"if®SUJW9 SLwiBitB "VTrr25XSS磋修liiw波形圖7/10示波器, XSC1ri創(chuàng)空時間lii A通通-B6.180 ms張 OGlmV-11.989 V6.180 ms46. 061 mV-1

7、1.989 V房可！0. 000 s0. 000 V0. 000 V-時間_通 iiA1111 <比例zOus/Div工位重o麗加載I B/A IrT反向Ext. Trigger廠觸岌三一比例IsOmVyDiv比例|5 V/Div邊沿可P IN B I外翔I電平Y位重0¥位重0電平|opA 1/g AC| 0 fpc F AC I 0 RTr類型/白標淮I自迦r'；四.擴展探究將電路中的開關s2用二極管代替，在圖61中，正極在下方；在圖62中，正 極在左側。假設一極管加正向電EE時導通，電阻為6加反向電壓時斷開，電阻無 窮大。方示波器XSC1升壓電波形9/10b”示波器

8、nX3J_ JJ時閭6.103 ms6.103 ms 0. 000 sill A229. 070 nV229. 070 nV 0. 000 V5. 000 V反向T1 4 土T2 4T2-T1時間比例50 Mv通遹比例100 mV/DivX位置5. 000 VJp J0. 000 V通遹:觸發(fā)比例Iio V燦 邊沿 ¥位置o電平fvT » T R/A T弦I標準I自動irExt. Trigger r 丫位置Re Ac | 0 (DC F AC | 0 dT 二LA類型正11五.實踐收獲本次研究性課題的研討與制作我收獲巨大。首先就課內專業(yè)知識而 肓， 為了此次研討9我®新對動態(tài)電路及其分析做了一次復習，對含動態(tài) 元件的動 態(tài)電路分析乂有了進一步的理解與提高。其次9在自主學習方面，山于本研 討需要用到仿真軟件，因此我在結合課內所介紹的EWB的基礎之上，自學了 更高版本的MultisimlO.O,通過與合作伙伴的研究，基 本掌握了運用此軟件進 行電路仿真的方法，在熟悉軟件操作界面及方法的前提下，通過本次實驗， 我重點掌握了壓控開關的使用以及運用電流控制