第2章 基本DC-DC變換器

1、12345復(fù)合型復(fù)合型DCDCDCDC變換器變換器 本章小結(jié)本章小結(jié) 6學(xué)習(xí)指導(dǎo)學(xué)習(xí)指導(dǎo)DC-DCDC-DC變換器換流及其特性分析變換器換流及其特性分析 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 基本內(nèi)容本章習(xí)題本章習(xí)題 DC-DC變換器（DC-DC converter）是指能將一定幅值的直流輸入電壓（或電流）變換成一定幅值的直流輸出電壓（或電流）的電力電子裝置，主要應(yīng)用于直流電壓變換（升壓、降壓、升降壓等）、開關(guān)穩(wěn)壓電源、直流電機(jī)驅(qū)動等場合。 當(dāng)DC-DC變換器輸入為電壓源，并完成電壓電壓變換 時(shí)，稱之為DC-DC電壓變換器 當(dāng)DC-DC變換器輸入為電流源，并完成電流電流變換 時(shí)

2、，稱之為DC-DC電流變換器 （習(xí)慣上所稱的DC-DC變換器常指DC-DC電壓變換器 ）學(xué)習(xí)指導(dǎo)學(xué)習(xí)指導(dǎo)學(xué)習(xí)指導(dǎo)學(xué)習(xí)指導(dǎo) 理論上，按其變換功能可將DC-DC變換器分為以下4種基本類型：u 降壓型（減流型）DC-DC變換器， 簡稱buck變換器u 升壓型（增流型）DC-DC變換器， 簡稱boost變換器u 升降壓型（增減流型）DC-DC變換器， 簡稱buckboost變換器u 降升壓型（減增流型）DC-DC變換器， 簡稱boostbuck變換器學(xué)習(xí)指導(dǎo)學(xué)習(xí)指導(dǎo) 工程上，依據(jù)DC-DC變換器是否需要電氣隔離，又可將其分為： u 有變壓器的隔離型DC-DC變換器u 無變壓器的非隔離型DC-DC變換器

3、 為討論方便，本章所簡稱的buck變換器、boost變換器、buckboost變換器及boostbuck變換器，除特加說明外，一般均指無隔離變壓器的非隔離型DC-DC變換器。由于非隔離型DC-DC變換器是DC-DC變換器的基礎(chǔ)，因此，本章首先著重討論非隔離型DC-DC變換器的基本原理及其特性，下一章介紹隔離型DC-DC變換器的基本原理及其特性。 學(xué)習(xí)指導(dǎo)學(xué)習(xí)指導(dǎo) 建議重點(diǎn)學(xué)習(xí)以下主要內(nèi)容 DC-DC變換器基本電路構(gòu)成的基本思路與換流分析 開關(guān)變換器中電感、電容元件的基本特性伏秒平衡 特性（電感元件）、 安秒平衡特性（電容元件），是定量分析開關(guān)變換器的基礎(chǔ) （學(xué)會應(yīng)用該特性進(jìn)行定量分析） 電流連

4、續(xù)條件下的DC-DC變換器基本特性分析，這是DC-DC變換器性能分析和參數(shù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，主要包括：穩(wěn)態(tài)增益、電感電流及電容電壓脈動量、功率器件中的電壓及電流關(guān)系等2.1 DC-DC2.1 DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 如圖所示，在變壓器的一次繞組施加交流電壓u1時(shí)，鐵芯內(nèi)磁通就變化，在二次繞組上就產(chǎn)生感應(yīng)電壓u2。如果設(shè)一、二次繞組匝數(shù)為w1、w2時(shí)，在二次繞組中產(chǎn)生的電壓可用下式表達(dá)：u1u2w1w2)w/w(uu)dt/d(wu)dt/d(wu12122211如何改變直流電壓？2.1 DC-DC2.1 DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 如左圖所示。通過串聯(lián)可變電阻改變

5、直流電壓。R，則uL； R ，則uL 。 在串聯(lián)電阻中也流過與負(fù)載電阻電流相同的電流，將產(chǎn)生大的損耗。 利用上述原理，使用開關(guān)器件，將直流電壓轉(zhuǎn)換成脈沖的形式，把這些脈沖組合在一起就得到了輸出電壓。無需加入電阻，降低損耗 由于輸出電壓由一系列脈沖組成，波形看上去就好像被周期性的斬切了一樣。所以稱為直流斬波器。 工程上，一般將以開關(guān)管按一定控制規(guī)律調(diào)制且無變壓器隔離的DC-DC變換器或輸入輸出頻率相同的AC-AC變換器統(tǒng)稱為斬波器斬波器（Chopper） 當(dāng)完成AC-AC變換時(shí)，稱之為交流斬波器交流斬波器（AC Chopper）；而當(dāng)完成DC-DC變換時(shí)，則稱之為直流斬直流斬波器波器（DC Ch

6、opper） 這種開關(guān)管按一定調(diào)制規(guī)律通斷的控制為斬波控制斬波控制 2.1 DC-DC2.1 DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu)2.1 DC-DC2.1 DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 斬波控制斬波控制按開關(guān)管調(diào)制規(guī)律的不同主要分為2種：u脈沖寬度調(diào)制（脈沖寬度調(diào)制（PWM） 這種控制方式是指開關(guān)管調(diào)制調(diào)制信號信號的周期固定不變周期固定不變，而開關(guān)管導(dǎo)通信號導(dǎo)通信號的寬度可調(diào)寬度可調(diào)u脈沖頻率調(diào)制（脈沖頻率調(diào)制（PFM） 這種控制方式是指開關(guān)管導(dǎo)通導(dǎo)通信號信號的寬度固定不變寬度固定不變，而開關(guān)管調(diào)制信號調(diào)制信號的頻率可調(diào)頻率可調(diào) 在以上2種調(diào)制方式中，脈沖寬度調(diào)制（脈沖寬度

7、調(diào)制（PWM）控制方式是電力電子開關(guān)變換器最常用最常用的開關(guān)斬波控制方式，也是本章討論所涉及的主要開關(guān)控制方式。2.1 DC-DC2.1 DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 直流斬波器實(shí)際上是一類基本的DC-DC變換器，按其直流輸入輸出相關(guān)量的大小關(guān)系（升、降、升-降、降-升），這種基本的DC-DC變換器可分為： buck型型 DC-DC變換器變換器 boost 型型 DC-DC變換器變換器 buck-boost型型 DC-DC變換器變換器 boost-buck型型 DC-DC變換器變換器 以下分別討論這類DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)。2.1.1 buck2.1.1 buck型型 DC-

8、DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu)DC-DC電壓變換原理電路及輸入、輸出波形 圖3-1a為基本的DC-DC電壓變換原理電路，從圖中可以看出：輸入電壓源Ui通過開關(guān)管VT與負(fù)載RL相串聯(lián)串聯(lián)，當(dāng)開關(guān)管VT導(dǎo)通導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓等于輸入電壓，UoUi；而當(dāng)開關(guān)管VT關(guān)斷關(guān)斷時(shí)，輸出電壓等于零，Uo0。得到的基本電壓變換電路的輸出電壓波形如圖3-1c所示。顯然，若令輸出電壓的平均值為Uo則UoUi ，可見，圖3-1a所示的電壓變換電路實(shí)現(xiàn)了降壓型DC-DC變換器（buck電壓變換器電壓變換器）的基本變換功能DC-DC電流變換原理電路及輸入、輸出波形 2.1.1 buck2.1.1 buck

9、型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 圖3-1b為基本的DC-DC電流變換原理電路，從圖中可以看出：輸入電流源Ii通過開關(guān)管VT與負(fù)載RL相并聯(lián)并聯(lián)，當(dāng)開關(guān)管VT關(guān)斷關(guān)斷時(shí)，輸出電流等于輸入電流，即IoIi；而當(dāng)開關(guān)管VT導(dǎo)通導(dǎo)通時(shí)，輸出電流等于零，即Io0。基本電流變換電路的輸出電流波形如圖3-1d所示。 顯然，若令輸出電流的平均值為Io，則IoIi ?？梢姡瑘D3-1b所示的電流變換電路實(shí)現(xiàn)了降流型DC-DC變換器（buck電流電流變換器變換器）的基本變換功能 2.1.1 buck2.1.1 buck型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 問題的提出

10、 圖3-1a、3-1b所示的原理電路分別實(shí)現(xiàn)了基本的buck型電壓變換和buck型電流變換，但 buck型電壓變換電路的輸輸出電壓出電壓和buck型電流變換電路的輸出電流輸出電流均是脈動脈動的，如何進(jìn)行改進(jìn)？為了減小輸出電壓、輸出電流的脈動幅度，可以考慮在電路中加入適當(dāng)?shù)臑V波環(huán)節(jié)濾波環(huán)節(jié)（提示：電容電壓不突變，可用于濾平電壓脈動；電感中的電流不突變，可用于濾平電流脈動）2.1.1 buck2.1.1 buck型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 為抑制輸出電壓脈動抑制輸出電壓脈動，可在圖3-1a所示的基本原理電路中加入輸出濾波元件輸出濾波元件（如：電容C）如圖3-2a所示

11、 L2.1.1 buck2.1.1 buck型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu)為抑制輸出電流脈動抑制輸出電流脈動，可在圖3-1b所示的基本原理電路中加入輸出濾波元件輸出濾波元件（如：電感L）如圖3-2b所示 2.1.1 buck2.1.1 buck型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu)問題的提出分析已加入濾波環(huán)節(jié)的DC-DC電壓電流變換器u輸出濾波元件輸出濾波元件的加入必然使變換電路中開關(guān)管VT的電電壓、電流應(yīng)力增加壓、電流應(yīng)力增加u圖3-2a所示的DC-DC去脈動電壓變換器電路中，由于UoUi，當(dāng)開關(guān)管 VT導(dǎo)通 時(shí)，電容電容C C將造成輸入輸出將

12、造成輸入輸出短路短路，以至于開關(guān)管VT流入很大的短路電流短路電流而毀壞u圖3-2b所示的DC-DC去脈動電流變換器電路中，由于IoIi，當(dāng)開關(guān)管 VT斷開 時(shí)，電感電感L L將感應(yīng)出極高的將感應(yīng)出極高的電壓電壓，從而使開關(guān)管VT過電壓過電壓而毀壞如何限制電壓電流應(yīng)力？為了限制開關(guān)管的電壓、電流應(yīng)力，可以考慮在電路中加入適當(dāng)?shù)木彌_環(huán)節(jié)緩沖環(huán)節(jié)（如緩沖電感，續(xù)流二極管，緩沖電容，箝位二極管）L2.1.1 buck2.1.1 buck型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 在圖3-2a所示的buck型DC-DC電壓變換電路中為了限制開限制開關(guān)管關(guān)管VTVT導(dǎo)通時(shí)的電流應(yīng)力導(dǎo)通時(shí)的

13、電流應(yīng)力，則將緩沖電感緩沖電感L L串入串入開關(guān)管VT的支路中2.1.1 buck2.1.1 buck型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 在上述改進(jìn)基礎(chǔ)上，為了避免避免開關(guān)管VT關(guān)斷時(shí)緩沖電感關(guān)斷時(shí)緩沖電感L L中電流的突變中電流的突變（減小電壓應(yīng)力），應(yīng)再加入續(xù)流二極管加入續(xù)流二極管VDVD（為電感釋放儲存的能量提供通路，減緩電感電流變化率）如圖3-2c所示結(jié)構(gòu)較為完善的buck型電壓斬波器型電壓斬波器 2.1.1 buck2.1.1 buck型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 在圖3-2b所示的buck型DC-DC電流變換電路中，為了限制限制

14、開關(guān)管開關(guān)管VT關(guān)斷時(shí)的電壓應(yīng)力關(guān)斷時(shí)的電壓應(yīng)力，則將緩沖電容緩沖電容C并入并入開關(guān)管VT的兩端 C2.1.1 buck2.1.1 buck型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 為了避免開關(guān)管避免開關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)緩沖電容兩端電壓的突變導(dǎo)通時(shí)緩沖電容兩端電壓的突變（減少電流應(yīng)力），應(yīng)加入鉗位二極管加入鉗位二極管VD（阻止電容放電）如圖3-2d所示 結(jié)構(gòu)較為完善的buck型電流斬波器型電流斬波器 2.1.1 buck2.1.1 buck型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu)DC-DC變換電路中的儲能元件儲能元件（電容、電感）有濾波濾波與能量緩沖能量緩沖兩種

15、基本功能：u濾波元件濾波元件常設(shè)置在變換器電路的輸入或輸出輸入或輸出u能量緩沖元件能量緩沖元件常設(shè)置在變換器電路的中間中間2.1.1 buck2.1.1 buck型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 針對 圖3-2c （圖3-2d）所示的DC-DC電壓（電流）變換電路u輸入側(cè)為恒壓（恒流）源輸入側(cè)為恒壓（恒流）源，因此電路輸入側(cè)無需濾波電電路輸入側(cè)無需濾波電容（電感）容（電感）u電路的輸出側(cè)輸出側(cè)則由于脈動脈動而需要濾波。需要濾波。即圖3-2c所示的電容C，圖3-2d所示的電感L均起濾波作用。電壓變換器與電流變換器是互補(bǔ)的結(jié)構(gòu)2.1.1 buck2.1.1 buck型型

16、DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 一般將上述所加入的 如圖3-2 c）中的緩沖電感和續(xù)流二緩沖電感和續(xù)流二極管組成的電路極管組成的電路 或 如圖3-2 d）中的緩沖電容和鉗位二極緩沖電容和鉗位二極管組成的電路管組成的電路統(tǒng)稱為緩沖電路緩沖電路（或緩沖單元） 2.1.2 boost2.1.2 boost型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu)以上討論了buck型變換器的構(gòu)建，那么如何實(shí)現(xiàn)升壓型（boost）的電壓變換和升流型（boost）的電流變換呢？ 若考慮變換器輸入、輸出能量的不變性輸入、輸出能量的不變性（忽略電路及元件的損耗），則buck型電壓變換器在

17、完成降壓降壓變換的同時(shí)同時(shí)也完成了升流升流（boost）變換。同理buck型電流變換器在完成降流降流變換的同時(shí)同時(shí)也完成了升壓升壓（boost）變換。 boost型電壓變換和buck型電流變換以及boost型電流變換和buck型電壓變換存在功功能上的對偶性能上的對偶性。若已知某種升（降）壓電壓變換器電路則相應(yīng)的降（升）流電流變換器電路可以利用對偶原理對偶原理求出 2.1.2 boost2.1.2 boost型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 從圖3-2c所示的buck型電壓變換器電路出發(fā)，便可以導(dǎo)出boost型電流變換器電路 1)將輸入電壓源轉(zhuǎn)化為電流源將輸入電壓源轉(zhuǎn)化

18、為電流源當(dāng)變換器電路中開關(guān)管的開關(guān)管頻率足夠高時(shí)，圖3-2c所示的buck型電壓變換器電路中的輸入電壓源支路電壓源支路可以用 并聯(lián)并聯(lián)電容的電流源電容的電流源 （Ci、Ii） 支路支路取代取代，如圖3-3b所示 2.1.2 boost2.1.2 boost型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 2) 若令變換器電路中的開關(guān)管、二極管、電容、電感均為理想無損元件時(shí)，則圖3-3b所示電路的輸入功率等于輸出功率即：Ui* IiUo*Io。由于該變換器電路的降壓變換功能，使UoUi ，因此，IoIi boost型電流變換器電路 Uo Io 2.1.2 boost2.1.2 boos

19、t型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 3)考慮到3-3b所示電路中濾波電感L的穩(wěn)流作用以及該電路的電流電流變換功能，因此，輸出濾波電容C是冗余元件，可以省略。 結(jié)構(gòu)簡化后的boost型電流變換器電路如圖3-3d所示 從圖3-2d所示的buck型電流變換器電路出發(fā)，便可以導(dǎo)出boost型電壓變換器 1）將輸入電流源轉(zhuǎn)化為電壓源將輸入電流源轉(zhuǎn)化為電壓源 當(dāng)假設(shè)變換器電路中開關(guān)管的開關(guān)頻率（單位時(shí)間內(nèi)開關(guān)管的通斷次數(shù)）足夠高時(shí)，圖3-2d所示的buck型電流變換器電路中的輸入電流源支路電流源支路可以用串聯(lián)電感的電壓源（串聯(lián)電感的電壓源（Li、Ui）支路支路取代，如圖3-3a所

20、示 2.1.2 boost2.1.2 boost型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 2.1.2 boost2.1.2 boost型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu)2）若令變換器電路中的開關(guān)管、二極管、電容、電感均為理想無損元件時(shí)，則圖3-3a所示電路的輸入功率應(yīng)等于其輸出功率，即ui* iiuo*io 。由于該變換器電路的buck型變換功能，使IoIi ，因此，uoui boost型電壓變換器電路 Io Uo2.1.2 boost2.1.2 boost型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu)3)考慮到3-3a所示電路中濾波電容C

21、的穩(wěn)壓作用以及該電路的電壓電壓變換功能，因此，輸出濾波電感L是冗余元件，可以省略。 結(jié)構(gòu)簡化后的boost型電壓變換器電路如圖3-3c所示。2.1.3boost-buck2.1.3boost-buck型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 以上構(gòu)建了buck型、boost型變換器電路，那么如何在buck型、boost型變換器電路基礎(chǔ)上構(gòu)建boost-buck （升-降）型或buck-boost （降-升）型變換器呢？ 只要將buck型、boost型變換器電路相互串聯(lián)串聯(lián)并進(jìn)行適當(dāng)化簡化簡，即可構(gòu)建boost-buck型或buck-boost型變換器 2.1.3boost-b

22、uck2.1.3boost-buck型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 構(gòu)建boost-buck型電壓變換器電路，可以考慮采用boost-buck串聯(lián)結(jié)構(gòu) ：u 輸入級輸入級采用圖3-3c所示的boost型電壓型電壓變換器電路u 輸出級輸出級采用圖3-2c所示的buck型電壓型電壓變換器電路u 將boost型電壓變換器電路的輸出輸出與buck型電壓變換器電路的輸入串聯(lián)輸入串聯(lián)，串聯(lián)時(shí)：輸入級boost型電壓變換器電路的輸出負(fù)載省略輸出負(fù)載省略，而輸出級buck型電壓變換器電路的輸輸入電壓源省略入電壓源省略，串聯(lián)后的電壓變換器電路如圖3-4a所示 + 2.1.3boost

23、-buck2.1.3boost-buck型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 圖3-4a所示的boost-buck串聯(lián)結(jié)構(gòu)電路中，由于存在兩只開關(guān)管和兩只二極管兩只開關(guān)管和兩只二極管，因而有必要省略冗余元件省略冗余元件以使電路簡化 若假設(shè)兩電路串聯(lián)后的開關(guān)管VT1、VT2為同步斬波同步斬波開關(guān)管開關(guān)管，即開關(guān)管VT1、VT2同時(shí)通、斷同時(shí)通、斷，則有可能使電路得以進(jìn)一步簡化 2.1.3boost-buck2.1.3boost-buck型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 具體簡化步驟 當(dāng)開關(guān)管 VT1、VT2 導(dǎo)通時(shí)，所構(gòu)成的兩個獨(dú)立的電流回路拓?fù)淙?/p>

24、圖3-4b所示觀察圖3-4b所構(gòu)成的兩個獨(dú)立的 電流回路 (開關(guān)管VT1、VT2導(dǎo)通)，并將VT1、VT2合并為VT1、2，所得等效電路如圖3-4d所示2.1.3boost-buck2.1.3boost-buck型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu)當(dāng)開關(guān)管VT1、VT2關(guān)斷時(shí)，所構(gòu)成的兩個獨(dú)立的電流回路拓?fù)淙鐖D3-4c所示觀察圖3-4c所構(gòu)成的兩個獨(dú)立的電流回路(開關(guān)管VT1、VT2關(guān)斷)，并將VD1、VD2合并為VD1、2，所得等效電路如圖3-4e所示2.1.3boost-buck2.1.3boost-buck型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu)綜

25、合分析圖3-4d、3-4e所示等效電路 ， 并使所得變換器電路的輸入輸出有公共電位參考輸入輸出有公共電位參考點(diǎn)點(diǎn)，簡化后的基于boost-buck串聯(lián)結(jié)構(gòu)的boost-buck電壓變換器電路如圖3-4f所示 ( 需要注意：圖3-4f所示的boost-buck電壓變換器，雖然其電路結(jié)構(gòu)得到了簡化，但是變換器輸入輸出電壓的極性則由原來的同向極性變?yōu)橥驑O性變?yōu)榉聪驑O反向極性性)由于是Slobodan Cuk 于1980年首次深入研究了boost-buck串聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換器，因此，通常稱boost-buck電壓變換器為Cuk變換器變換器 2.1.3boost-buck2.1.3boost-buck型型

26、 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 針對Cuk變換器輸入輸出電壓反向極性的不足，將Cuk變換器的輸出環(huán)節(jié)或輸出環(huán)節(jié)加以改造，可以得到輸入輸出電壓同向極輸入輸出電壓同向極性性的boost-buck型電壓變換器，即所謂的Sepic變換器變換器和Zeta變變換器換器，如圖3-5所示 Sepic變換器和Zeta變換器特征u Sepic變換器和Zeta變換器與Cuk變換器具有相同的穩(wěn)態(tài)電壓相同的穩(wěn)態(tài)電壓增益增益 M=D/(1-D)u Sepic變換器的輸入輸出電流連輸入輸出電流連續(xù)續(xù)(較易濾波)u Zeta變換器的輸入電流則斷續(xù)輸入電流則斷續(xù)Sepic變換器Zeta變換器 2.1.4

27、buck2.1.4buckboosboost型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 構(gòu)建buckboost型電壓變換器，可以考慮采用buckboost串聯(lián) :u 輸入級采用圖3-2c所示的buck型電壓變換器電路u 輸出級則采用圖3-3c所示的boost型電壓變換器電路u 將buck型電壓變換器電路的輸出與boost型電壓變換器電路的輸入串聯(lián)。串聯(lián)時(shí)：輸入級buck型電壓變換器電路的輸出負(fù)載省略，而輸出級boost型電壓變換器電路的輸入電壓源省略，兩級變換器串聯(lián)后的電路如圖3-6a所示 + 2.1.4buck2.1.4buckboostboost型型 DC-DCDC-DC變

28、換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 圖3-6a所示的buckboost串聯(lián)結(jié)構(gòu)電路中，由于存在兩只開關(guān)管和兩只兩只開關(guān)管和兩只二極管二極管，因而有必要省略省略冗余元件冗余元件以簡化電路 同上分析，若假設(shè)兩電路串聯(lián)后的開關(guān)管VT1、VT2為同步斬波開關(guān)管同步斬波開關(guān)管，即開關(guān)管VT1、VT2同時(shí)通、斷，則有可能使電路得以進(jìn)一步簡化 2.1.4buck2.1.4buckboosboost型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 具體簡化步驟 首先將圖3-6a中VT1、VT2之間的T型儲能網(wǎng)絡(luò)中的電容省略，并合并L1、L2為L12，如圖3-6b所示 合并后的VT1、VT2之間的儲能電感

29、L12仍能使串聯(lián)后的兩級電壓變換器電路正常工作 2.1.4buck2.1.4buckboosboost型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu)當(dāng)開關(guān)管VT1、VT2導(dǎo)通時(shí)，所構(gòu)成的兩個獨(dú)立的電流回路拓?fù)淙鐖D3-6c所示 觀察圖3-6c所構(gòu)成的兩個獨(dú)立的電流回路(開關(guān)管VT1、VT2導(dǎo)通)，并將VT1、VT2合并為VT12，所得等效電路如圖3-6d所示；VT12 當(dāng)開關(guān)管VT1、VT2關(guān)斷時(shí)，所構(gòu)成的兩個獨(dú)立的電流回路拓?fù)淙鐖D3-6e所示 觀察圖3-6e所構(gòu)成的兩個獨(dú)立的電流回路(開關(guān)管VT1、VT2關(guān)斷)，并將VD1、VD2合并為VD12，所得等效電路如圖3-6f所示 VD1

30、2C22.1.4buck2.1.4buckboosboost型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu)2.1.4buck2.1.4buckboosboost型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 綜合分析圖3-6d、3-6f所示等效電路，并使所得變換器電路的輸入輸出有公共電位參考點(diǎn)公共電位參考點(diǎn)，因此，簡化后的基于buck-boost串聯(lián)結(jié)構(gòu)的buck-boost電壓變換器電路如圖3-6g所示 (需要注意：圖3-6g所示的buck-boost電壓變換器，雖然其電路結(jié)構(gòu)得到了簡化，但是變換器輸入輸出電壓的極性則由原來的同向極性變?yōu)橥驑O性變?yōu)榉聪驑O性反向極性)

31、2.1.4buck2.1.4buckboostboost型型 DC-DCDC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)變換器的基本結(jié)構(gòu) 對比圖3-4f、3-6g所示的boost-buck型電壓變換器和buck-boost型電壓變換器電路可以看出?u 兩者的輸入輸出電壓極性均為反均為反向極性向極性u 相對于boost-buck型電壓變換器電路，buck-boost型電壓變換器電路結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單，并且其中的儲能元儲能元件件也較少較少u buck-boost型電壓變換器的輸入和二極管輸出電流均為斷續(xù)的脈動斷續(xù)的脈動電流電流;而boost-buck型電壓變換器中由于輸入輸出均有電感，因此變換器的輸入輸出電流一般情況變換

32、器的輸入輸出電流一般情況下均為連續(xù)電流下均為連續(xù)電流（輕載時(shí)電流可能斷續(xù)）boost-buck型電壓變換器buck-boost型電壓變換器2.2 DC-DC2.2 DC-DC變換器換流及其特性分析變換器換流及其特性分析問題的提出 在討論了如何根據(jù)輸入輸出的變換要求來構(gòu)建DC-DC變換器的基本電路之后，那么在實(shí)際應(yīng)用中如何根據(jù)具體的DC-DC變換器電路來分析其基本換流過程以及基本的輸入輸出關(guān)系呢？ (說明：1.考慮到實(shí)際應(yīng)用及電流變換器和電壓變換器的對偶關(guān)系,以下主要研究DC-DC電壓變換器電壓變換器，分別簡稱為buck變換器、boost變換器、buck-boost變換器、boost-buck變

33、換器 2.各DC-DC變換器的開關(guān)調(diào)制均采用PWM控制控制 ）？2.2 DC-DC2.2 DC-DC變換器換流及其特性分析變換器換流及其特性分析 為簡化各類DC-DC變換器的基本特性分析，所討論的變換器均為理想變換器理想變換器，且滿足以下理想條件： 1)開關(guān)管、二極管瞬間通斷瞬間通斷，且無通態(tài)和開關(guān)損耗無通態(tài)和開關(guān)損耗 2)電容、電感均為無損耗的理想儲能元件無損耗的理想儲能元件 3)線路阻抗為零線路阻抗為零 4)開關(guān)頻率足夠高，每個開關(guān)周期中的電感電流、電容電每個開關(guān)周期中的電感電流、電容電壓近似不變壓近似不變2.2.12.2.1開關(guān)變換器中電容、電感的基本特性開關(guān)變換器中電容、電感的基本特性

34、 根據(jù)開關(guān)變換器的理想條件： 每個開關(guān)周期Ts中（ Ts= ton+toff ，其中：Ts為開關(guān)周期；ton為開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間；toff為開關(guān)關(guān)斷時(shí)間）,變換器中的電感電流、電容電壓保持恒定，且無任何損耗 可得開關(guān)變換器中電容、電感的基本特性： 提示：對于電容有iC=CduC/dt uC =(1/C) iCdt 對于電感有uL=LdiL/dt iL =(1/L) uLdt 2.2.12.2.1開關(guān)變換器中電容、電感的基本特性開關(guān)變換器中電容、電感的基本特性 (1)電感電壓的電感電壓的伏秒平衡特性伏秒平衡特性 穩(wěn)態(tài)條件穩(wěn)態(tài)條件下，理想開關(guān)變換器中的電感電壓必然周期性重電感電壓必然周期性重復(fù)復(fù)，由于每

35、個開關(guān)周期中電感的儲能為零每個開關(guān)周期中電感的儲能為零，并且電感電流電感電流保持恒定保持恒定I=0，因此，每個開關(guān)周期中電感電壓UL的積的積分恒為零分恒為零，即：即： 0dtdtdt00TstLtLTsLononuuu2.2.12.2.1開關(guān)變換器中電容、電感的基本特性開關(guān)變換器中電容、電感的基本特性 (2)電容電流的電容電流的安秒平衡特性安秒平衡特性 穩(wěn)態(tài)條件穩(wěn)態(tài)條件下，理想開關(guān)變換器中的電容電流必然周期性重電容電流必然周期性重復(fù)復(fù)，而，而每個開關(guān)周期中電容的儲能為零每個開關(guān)周期中電容的儲能為零，并且電容電壓保電容電壓保持恒定持恒定U=0，因此，每個開關(guān)周期中電容電流IC的積分恒為零，即：

36、TsttTsononiiidtdtdtc0c0c2.2.2 buck2.2.2 buck變換器換流及其特性分析變換器換流及其特性分析 -2.2.2.1 buck-2.2.2.1 buck變換器的換流狀態(tài)變換器的換流狀態(tài) buck變換器的電路結(jié)構(gòu)如圖3-7a所示,根據(jù)其中開關(guān)管和二極管不同的通斷組合，可形成不同的換流狀態(tài)，buck變換器不同換流狀態(tài)時(shí)的換流電路如圖3-7所示 圖3-7b所示開關(guān)狀態(tài)1時(shí)的換流電路開關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)，二極管VD承受反壓而關(guān)斷，此時(shí)，輸入電源通過電感L向負(fù)載傳輸能量，因此Ii增加，從而使電感L中的磁能亦增加 2.2.2.1 buck2.2.2.1 buck變換器的換流狀

37、態(tài)變換器的換流狀態(tài) 圖3-7c所示開關(guān)狀態(tài)2 時(shí)的換流電路 開關(guān)管VT關(guān)斷，由于電感電流不能突變，從而使二極管VD導(dǎo)通，而續(xù)流電感L向負(fù)載釋放能量，Ii減少 圖3-7d所示開關(guān)狀態(tài)3時(shí)的換流電路 與電流連續(xù)時(shí)情況不同，當(dāng)電感L電流衰減到零以前，若開關(guān)管VT還未導(dǎo)通，則電感電流斷續(xù)，此時(shí)，開關(guān)管VT、二極管VD全都關(guān)斷，并僅由電容向負(fù)載提供能量 2.2.2.1 buck2.2.2.1 buck變換器的換流狀態(tài)變換器的換流狀態(tài)電路工作狀態(tài)的定義注意：所謂“電流的連續(xù)或斷續(xù)”是指變換器緩沖元件指變換器緩沖元件中電流的連續(xù)或斷續(xù)中電流的連續(xù)或斷續(xù)。如圖3-7 所示buck變換器中的緩沖元件為電感L，因

38、此討論buck變換器的電流連續(xù)或斷續(xù)工作狀態(tài)是針對其中的電感針對其中的電感L而言而言的u當(dāng)電感電流iL 0時(shí)，buck變換器工作在電流連續(xù)狀態(tài)u當(dāng)一段時(shí)間中存在iL0，則buck變換器工作在電流斷續(xù)狀態(tài)u若只有一瞬時(shí)時(shí)刻存在iL0，則buck變換器工作在臨界狀態(tài)(臨界狀態(tài)是電流連續(xù)狀態(tài)的一種特例) 2.2.2.1 buck2.2.2.1 buck變換器的換流狀態(tài)變換器的換流狀態(tài) 圖3-7b,圖3-7c所示開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)1 、2對應(yīng)的換流表示了buck變換器電流連續(xù)電流連續(xù)時(shí)的工作過程 圖3-7b,圖3-7c，圖3-7d所示開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)1、2 、3對應(yīng)的換流表示了buck變換器電流斷續(xù)電流

39、斷續(xù)時(shí)的工作過程2.2.2.1 buck2.2.2.1 buck變換器的換流狀態(tài)變換器的換流狀態(tài)buck變換器中電感電流連續(xù)電感電流連續(xù)時(shí)的相關(guān)波形如圖3-7e所示 2.2.2.1 buck2.2.2.1 buck變換器的換流狀態(tài)變換器的換流狀態(tài) buck變換器中電感電流斷續(xù)電感電流斷續(xù) 時(shí)的相關(guān)波形如圖3-7f所示 1穩(wěn)態(tài)電壓增益GV buck變換器的穩(wěn)態(tài)電壓增益是指：穩(wěn)態(tài)條件下，變換器輸出平均電壓Uo與輸入平均電壓Ui的比值，即GVUo/Ui 由于buck變換器中的緩沖元件是電感L，因此對電感L利用 伏秒平衡特性伏秒平衡特性進(jìn)行分析得出 式（3-3） 令PWM占空比D= ton/ Ts，則

40、從上式可求出buck變換器的電感電流連續(xù)時(shí)的穩(wěn)態(tài)電壓增益GV ioonoson()()UU TU Tt-=- 2.2.2.2 2.2.2.2 電流連續(xù)時(shí)的電流連續(xù)時(shí)的buckbuck變換器變換器 基本特性分析基本特性分析 由于D1，即buck變換器的穩(wěn)態(tài)電壓增益GV1，因此buck變換器具有降壓變換特性 由于buck變換器的穩(wěn)態(tài)輸出平均電壓與占空比D成正比，因此，buck變換器的穩(wěn)態(tài)輸出平均電壓可由占空比D控制 oonVisUtGDUT=式（3-4） 2.2.2.2 2.2.2.2 電流連續(xù)時(shí)的電流連續(xù)時(shí)的buckbuck變換器變換器 基本特性分析基本特性分析2.穩(wěn)態(tài)電感電流脈動量 由于有限的

41、電感和有限的開關(guān)頻率穩(wěn)態(tài)條件下，buck變換器的電感電流實(shí)際上是脈動的，如圖3-7e所示 當(dāng)t0時(shí)，開關(guān)管VT導(dǎo)通，若電容C足夠大，此時(shí)，電容電壓近似不變，而電感電流iL線性增加 2.2.2.2 2.2.2.2 電流連續(xù)時(shí)的電流連續(xù)時(shí)的buckbuck變換器變換器 基本特性分析基本特性分析 當(dāng)tD Tston時(shí)，電感電流iL增加至最大值ILmax。根據(jù)電感的電壓、電流關(guān)系即uL=LdiL/dtLiL/t，容易導(dǎo)出t0ton期間（開關(guān)管VT導(dǎo)通）的電流增量iL為 LDTUUtLUUisoionoiL)(式（3-6） 2.2.2.2 2.2.2.2 電流連續(xù)時(shí)的電流連續(xù)時(shí)的buckbuck變換器變

42、換器 基本特性分析基本特性分析 當(dāng)tton時(shí)，開關(guān)管VT關(guān)斷若電感L、電容C足夠大，此時(shí)，電容電壓近似不變，而電感電流iL線性減小 當(dāng)tTs時(shí)，電感電流iL減小至最小值ILmin。ttonTs期間（開關(guān)管VT關(guān)斷）的電流增量iL-為 式（3-7）LTDUtTLUisoonsoL)1 ()( 2.2.2.2 2.2.2.2 電流連續(xù)時(shí)的電流連續(xù)時(shí)的buckbuck變換器變換器 基本特性分析基本特性分析soLoLmax)1 (2121TDLRRUiIIsoLoLmin)1 (2121TDLRRUiII式（3-8）式（3-9）穩(wěn)態(tài)時(shí)，iL+iL-iL且電容C的平均電流為零，因此，電感電流最大值ILm

43、ax、最小值ILmin分別為 2.2.2.2 2.2.2.2 電流連續(xù)時(shí)的電流連續(xù)時(shí)的buckbuck變換器變換器 基本特性分析基本特性分析 2穩(wěn)態(tài)電流增益GI buck變換器的穩(wěn)態(tài)電流增益是指：穩(wěn)態(tài)條件下，變換器輸出平均電流Io與輸入平均電流Ii的比值，即GIIo/Ii。 由于討論的是無損的理想變換器，因此，變換器的輸入、輸出功率平衡，即Ii Ui=Io Uo，這樣，通過式（3-4）容易求出buck變換器電感電流連續(xù)時(shí)的的穩(wěn)態(tài)電流增益GI為 式（3-5）oiIio1IUGIUD= 2.2.2.2 2.2.2.2 電流連續(xù)時(shí)的電流連續(xù)時(shí)的buckbuck變換器變換器 基本特性分析基本特性分析

44、從式（3-5）不難看出：由于D1，即buck變換器的穩(wěn)態(tài)電流增益GI1，因此，buck變換器具有增流變換特性 因?yàn)閎uck變換器的穩(wěn)態(tài)輸出平均電流Io與占空比D成反比因此，buck變換器的穩(wěn)態(tài)輸出平均電流可由占空比D控制 2.2.2.2 2.2.2.2 電流連續(xù)時(shí)的電流連續(xù)時(shí)的buckbuck變換器變換器 基本特性分析基本特性分析4開關(guān)管VT的電流、電壓的定量關(guān)系 流過開關(guān)管VT的平均電流IS和buck變換器的輸入平均電流Ii相等，即ISIiD Io； 流過開關(guān)管VT的最大電流ISmax和變換器電感電流最大值ILmax相等，即ISmaxILmax； 流過開關(guān)管VT的最小電流ISmin和變換器電

45、感電流最小值ILmin相等，即ISminILmin； 開關(guān)管關(guān)斷時(shí)所承受的正向電壓正向電壓等于變換器的輸入電壓 2.2.2.2 2.2.2.2 電流連續(xù)時(shí)的電流連續(xù)時(shí)的buckbuck變換器變換器 基本特性分析基本特性分析5二極管VD的電流、電壓定量關(guān)系 由于二極管VD與開關(guān)管VT互補(bǔ)通斷，且ISD Io，流過二極管VD的平均電流ID滿足： ID（1D）Io 流過二極管VD的最大電流IDmax和變換器電感電流最大值ILmax相等，即IDmaxILmax； 流過二極管VD的最小電流IDmax和變換器電感電流最小值ILmin相等，即IDmax ILmin ； 二極管VD截止時(shí)所承受的反向電壓反向電

46、壓等于變換器的輸入電壓 2.2.2.2 2.2.2.2 電流連續(xù)時(shí)的電流連續(xù)時(shí)的buckbuck變換器變換器 基本特性分析基本特性分析 6穩(wěn)態(tài)輸出電壓脈動量 由于有限的輸出電容和有限的開關(guān)頻率，因此，穩(wěn)態(tài)條件下，buck變換器的輸出電壓uo存在脈動，如圖3-7e所示 根據(jù)電容電壓與電容電荷量之間的正比關(guān)系，輸出電壓脈動輸出電壓脈動量量Uo應(yīng)與電容電荷脈動量應(yīng)與電容電荷脈動量Q成正比成正比，即UoQ/C。求取輸出電壓脈動量Uo，關(guān)鍵在于求取電容電荷脈動量Q，而電容電荷量的脈動是由電容充電容電荷量的脈動是由電容充放電所致放電所致 2.2.2.2 2.2.2.2 電流連續(xù)時(shí)的電流連續(xù)時(shí)的buckbu

47、ck變換器變換器 基本特性分析基本特性分析 根據(jù)buck變換器的電路結(jié)構(gòu)，當(dāng)電感電流iLIo時(shí)，輸出電容充電，反之則放電。由于電容電荷量是電容電流對電容電荷量是電容電流對時(shí)間的積分時(shí)間的積分，而穩(wěn)態(tài)時(shí)電容的平均電流為零穩(wěn)態(tài)時(shí)電容的平均電流為零，分析易得電容電荷變化量為： Q(iL/2)/2( Ts/2)iL/（8fs） 綜合以上分析，由于開關(guān)頻率fs1/Ts且iLiL-iL，考慮式（3-7） buck變換器的穩(wěn)態(tài)輸出電壓脈動量Uo：2soo8)1 (LCfUDCQU 2.2.2.2 2.2.2.2 電流連續(xù)時(shí)的電流連續(xù)時(shí)的buckbuck變換器變換器 基本特性分析基本特性分析 1穩(wěn)態(tài)電壓增益G

48、V 令buck變換器中的二極管續(xù)流時(shí)間為toff1，則在iL0的時(shí)間段對電感L利用伏秒平衡特性伏秒平衡特性進(jìn)行分析，不難得出 式（3-11） 令二極管續(xù)流占空比D1= toff1/Ts，則從式（3-11）可求出buck變換器電感電流斷續(xù)時(shí)的穩(wěn)態(tài)電壓增益GV為 式（3-12）（off1onoonittUtU11offononiotttDDDUUGV 2.2.2.3 2.2.2.3 * * 電流斷續(xù)時(shí)的電流斷續(xù)時(shí)的buckbuck變換器變換器 基本特性分析基本特性分析2.2.3 boost2.2.3 boost變換器換流及其特性分析變換器換流及其特性分析 -2.2.3.1 boost-2.2.3.

49、1 boost變換器的換流狀態(tài)變換器的換流狀態(tài) boost變換器的電路結(jié)構(gòu)如圖3-8a所示，根據(jù)其中的開關(guān)管和二極管不同通斷組合時(shí)，可形成不同的換流狀態(tài)，boost變換器不同換流狀態(tài)時(shí)的換流電路如圖3-8所示 圖3-8b所示開關(guān)狀態(tài)1時(shí)的換流電路開關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)，二極管VD承受反壓而關(guān)斷，此時(shí)，輸入電源通過電感L儲能，因此IL增加，從而使電感L中的磁能亦增加，這時(shí)的負(fù)載僅靠輸出電容C的儲能供電 圖3-8c所示開關(guān)狀態(tài)2時(shí)的換流電路 開關(guān)管VT關(guān)斷時(shí)，由于電感電流不能突變，此時(shí)二極管VD導(dǎo)通，且電源Ui和電感L通過二極管VD同時(shí)向負(fù)載供電，并對輸出電容充電，IL減少 圖3-8d所示開關(guān)狀態(tài)3時(shí)的

50、換流電路 與電流連續(xù)時(shí)的情況不同，當(dāng)電感L電流衰減到零以前，若開關(guān)管VT還未導(dǎo)通，則電感電流斷續(xù)，此時(shí)，開關(guān)管VT、二極管VD全都關(guān)斷，并僅由電容向負(fù)載提供能量2.2.3.1 boost2.2.3.1 boost變換器的換流狀態(tài)變換器的換流狀態(tài) boost變換器電路工作狀態(tài)定義同buck變換器電路 （電流連續(xù)，電流斷續(xù)，臨界狀態(tài)） boost變換器中的緩沖元件是電感L，因此討論boost變換器的電流連續(xù)或斷續(xù)工作狀態(tài)也是針對其中的電針對其中的電感感L而言的 開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)1、2對應(yīng)的換流表示了boost變換器電流連電流連續(xù)續(xù)時(shí)的工作過程 開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)1、2、3對應(yīng)的換流表示了boost變

51、換器電流電流斷續(xù)斷續(xù)時(shí)的工作過程 2.2.3.1 boost2.2.3.1 boost變換器的換流狀態(tài)變換器的換流狀態(tài)boost變換器中電感電流連續(xù)電流連續(xù)時(shí)的相關(guān)波形如圖3-8e所示 2.2.3.1 boost2.2.3.1 boost變換器的換流狀態(tài)變換器的換流狀態(tài)boost變換器中電感電流斷續(xù)電流斷續(xù)時(shí)的相關(guān)波形如圖3-8f所示 2.2.3.1 boost2.2.3.1 boost變換器的換流狀態(tài)變換器的換流狀態(tài) 1穩(wěn)態(tài)電壓增益GV boost變換器的穩(wěn)態(tài)電壓增益指：穩(wěn)態(tài)條件下，變換器輸出平均電壓Uo與輸入平均電壓Ui的比值，即GVUo/Ui。 由于boost變換器中的緩沖元件是電感L，

52、對電感L利用伏秒平衡特性進(jìn)行分析得 式（3-19）onsioonitTUUTU2.2.3.2 2.2.3.2 電流連續(xù)時(shí)的電流連續(xù)時(shí)的boostboost變換器變換器 基本特性分析基本特性分析 令PWM占空比D= ton/ Ts，則從式（3-19）可求出boost變換器的電感電流連續(xù)時(shí)的穩(wěn)態(tài)電壓增益GV為 式（3-20） 由于D1，即boost變換器的穩(wěn)態(tài)電壓增益GV1，因此boost變換器具有升壓特性，并且變換器的穩(wěn)態(tài)輸出平均電壓（1D）成反比 oVi11UGUD=-2.2.3.2 2.2.3.2 電流連續(xù)時(shí)的電流連續(xù)時(shí)的boostboost變換器變換器 基本特性分析基本特性分析 2穩(wěn)態(tài)電流

53、增益GI boost變換器的穩(wěn)態(tài)電流增益是指：穩(wěn)態(tài)條件下，變換器輸出電流平均Io與輸入平均電流Ii的比值，即GIIo/Ii。 由于討論的是無損的理想變換器，變換器的輸入輸出功率平衡，即Ii Ui=Io Uo，這樣，由式（3-20）易求出boost變換器電感電流連續(xù)時(shí)的的穩(wěn)態(tài)電流增益GI為 由于D1，即boost變換器的穩(wěn)態(tài)電流增益GI1，因此，boost變換器具有減流特性，并且變換器的穩(wěn)態(tài)輸出平均電流Io與（1D）成正比。oIi1IGDI=- 式（3-21）2.2.3.2 2.2.3.2 電流連續(xù)時(shí)的電流連續(xù)時(shí)的boostboost變換器變換器 基本特性分析基本特性分析 2.穩(wěn)態(tài)電感電流脈動量

54、 由于有限的電感和有限的開關(guān)頻率，在穩(wěn)態(tài)條件下，boost變換器的電感電流實(shí)際是脈動的如圖3-8e所示 當(dāng)t0時(shí)，開關(guān)管VT導(dǎo)通，若電感L、電容C足夠大，此時(shí)，電容電壓近似不變，而電感電流iL線性增加sioniLDTLUTLUi2.2.3.2 2.2.3.2 電流連續(xù)時(shí)的電流連續(xù)時(shí)的boostboost變換器變換器 基本特性分析基本特性分析 當(dāng)tD Tston時(shí)，電感電流iL增加至最大值ILmax t0ton期間（開關(guān)管VT導(dǎo)通期間）的電流增量iL為 式（3-22）sioniLDTLUTLUi2.2.3.2 2.2.3.2 電流連續(xù)時(shí)的電流連續(xù)時(shí)的boostboost變換器變換器 基本特性分析

55、基本特性分析 當(dāng)tton時(shí)開關(guān)管VT關(guān)斷，若電感L、電容C足夠大，電容電壓近似不變，而電感電流iL線性減小 當(dāng)tTs時(shí)，電感電流iL減小至最小值ILmin ttonTs期間（開關(guān)管VT關(guān)斷期間）的電流增量iL-為 式（3-23）sioonsioL)1 ()(TDLUUtTLUUi2.2.3.2 2.2.3.2 電流連續(xù)時(shí)的電流連續(xù)時(shí)的boostboost變換器變換器 基本特性分析基本特性分析 穩(wěn)態(tài)時(shí)，iLiL-iL，因此，電感電流最大值ILmax、最小值ILmin分別為 （3-24） （3-25）sooLILmax2)1 (121LfDUDDIiIIsooLILmax2)1 (121LfDUD

56、DIiII2.2.3.2 2.2.3.2 電流連續(xù)時(shí)的電流連續(xù)時(shí)的boostboost變換器變換器 基本特性分析基本特性分析 4開關(guān)管VT的電流、電壓的定量關(guān)系 流過開關(guān)管VT的平均電流IS為 ISIiIoD Io/(1D) 流過開關(guān)管VT的最大電流ISmax和變換器電感電流最大值ILmax相等，即ISmax ILmax 流過開關(guān)管VT的最小電流ISmin和變換器電感電流最小值ILmin相等，即ISmin ILmin 開關(guān)管關(guān)斷時(shí)所承受的正向電壓等于變換器的輸出電壓 2.2.3.2 2.2.3.2 電流連續(xù)時(shí)的電流連續(xù)時(shí)的boostboost變換器變換器 基本特性分析基本特性分析 5二極管VD

57、的電流、電壓的定量關(guān)系 穩(wěn)態(tài)時(shí)，由于輸出電容的平均電流為零，因此，流過二極管VD的平均電流ID為IDIo 流過二極管VD的最大電流IDmax和變換器電感電流最大值ILmax相等，即IDmaxILmax 流過二極管VD的最小電流IDmin和變換器電感電流最小值ILmin相等，即IDminILmin 二極管VD截止時(shí)所承受的反向電壓等于變換器的輸出電壓2.2.3.2 2.2.3.2 電流連續(xù)時(shí)的電流連續(xù)時(shí)的boostboost變換器變換器 基本特性分析基本特性分析 6穩(wěn)態(tài)輸出電壓脈動量 由于有限的輸出電容和有限的開關(guān)頻率，因此穩(wěn)態(tài)條件下，boost變換器的輸出電壓uo存在脈動，如圖3-8e所示 輸

58、出電壓脈動量Uo等于開關(guān)管VT導(dǎo)通期間電容C的電壓變化量。根據(jù)電容電壓與電容電荷量之間的正比關(guān)系電容電壓與電容電荷量之間的正比關(guān)系，輸出電壓脈動量Uo與電容電荷脈動量Q之間也成的正比，即UoQ/C。因此boost變換器的輸出電壓脈動量Uo可近似求取如下 式（3-26）其中 fs 為開關(guān)頻率ossoonoominomaxo11ICfDDTICtICCQUUU2.2.3.2 2.2.3.2 電流連續(xù)時(shí)的電流連續(xù)時(shí)的boostboost變換器變換器 基本特性分析基本特性分析2.2.4 cuk2.2.4 cuk變換器換流及其特性分析變換器換流及其特性分析 -2.2.4.1 cuk-2.2.4.1 cu

59、k變換器的換流狀態(tài)變換器的換流狀態(tài) cuk變換器的電路結(jié)構(gòu)如圖3-9a所示，根據(jù)其中的開關(guān)管和二極管不同通斷組合時(shí)，可形成不同的換流狀態(tài)，cuk變換器不同換流狀態(tài)時(shí)的等值電路如圖3-9所示如圖3-9b所示開關(guān)狀態(tài)1時(shí)的換流電路當(dāng)開關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)二極管VD因承受反壓UC1而關(guān)斷，此時(shí)，輸入電源通過電感L1儲能，因此iL1增加，從而使電感L1中的磁能亦增加。同時(shí)電容C1向電感L2和電容C2充電，并向負(fù)載供電，從而使電感L2中的磁能亦增加b)b)2.2.4.1 cuk2.2.4.1 cuk變換器的換流狀態(tài)變換器的換流狀態(tài) 如圖3-9c所示開關(guān)狀態(tài)2時(shí)的換流電路 當(dāng)開關(guān)管VT關(guān)斷時(shí)，由于電流連續(xù)即iL

60、1iL20，因此二極管VD導(dǎo)通，且電源Ui和電感L1通過二極管VD同時(shí)向電容C1充電，電感L1中的磁能減少。與此同時(shí)，電感L2通過二極管VD向電容C2充電，并同時(shí)向負(fù)載供電，使電感L2中的磁能減少 如圖3-9d所示開關(guān)狀態(tài)3時(shí)的換流電路 與電流連續(xù)時(shí)的情況不同，當(dāng)iL1iL2衰減到零以前，若開關(guān)管VT還未導(dǎo)通則開關(guān)管VT、二極管VD全都關(guān)斷，并僅由電容向負(fù)載提供能量2.2.4.1 cuk2.2.4.1 cuk變換器的換流狀態(tài)變換器的換流狀態(tài) 電路換流狀態(tài)的定義u當(dāng)iL1iL20時(shí)，cuk變換器工作在電流連續(xù)狀態(tài)u當(dāng)一段時(shí)間中存在iL1iL20，則cuk變換器工作在電流斷續(xù)狀態(tài)u若只有一瞬時(shí)時(shí)刻