開關(guān)電源電子工業(yè) 第3章

1、直流-直流變換器也稱為斬波器，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(fù)載上，通過改變占空比改變輸出電壓平均值。本章首先對直流斬波電路進(jìn)行了簡單介紹，重點(diǎn)對5種DC-DC電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的波形圖進(jìn)行了論述，包括：Buck，Boost，Buck-Boost，Cuk。最后概括地介紹了上述4種結(jié)構(gòu)中參數(shù)的計(jì)算方法。本章要求了解直流斬波電路技術(shù)的內(nèi)涵，重點(diǎn)掌握4種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)、原理及工作過程，從而為開關(guān)電源的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。 一些拓?fù)涓m用于DC/DC變換器，此時(shí)也稱為直流斬波電路。直流斬波是將恒定的直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電，一般指直接將一種直流電變?yōu)榱硪恢?/p>

2、流電，不包括直流交流直流變換。電路選擇時(shí)還要看是大功率還是小功率，高壓輸出還是低壓輸出，有些在相同功率輸出下使用較少器件和可靠性之間有較好的折中。較小的輸入/輸出紋波和噪聲也是拓?fù)浣?jīng)常考慮的因素。另外，有些拓?fù)渥陨砣毕?，需要附加?fù)雜且難以定量分析的電路才能工作。因此，要恰當(dāng)選擇拓?fù)?，熟悉各種不同拓?fù)涞膬?yōu)缺點(diǎn)及使用范圍是非常重要的。錯(cuò)誤的選擇會(huì)使電源設(shè)計(jì)一開始就注定失敗。表3-1給出了不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的性能特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮其中的參數(shù)，選擇最優(yōu)方案。本章將介紹幾種早期的基本拓?fù)洌珺uck、Boost、Buck-Boost、Cuk等并討論其工作原理、典型波形、優(yōu)缺點(diǎn)以及應(yīng)用場合。表3-1 開關(guān)電源

3、拓?fù)涞谋容^拓?fù)涔β史秶?WVin（de） 范圍/V輸入輸出隔離典型效率（%）相對成本Buck電路01000540無701.0Boost電路0150540無801.0Buck-Boost電路0150540無801.0正激式電路01505500有781.4反激式電路01505500有801.2推挽式電路1001000501000有752.0半橋電路100500501000有752.2全橋電路4002000+501000有732.53.2.1電路結(jié)構(gòu)及工作原理Buck變換器又稱為降壓變換器、串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源、三端開關(guān)型降壓穩(wěn)壓器。由圖3-1可知，Buck變換器主要包括：開關(guān)元件VT，二極管D1，電感

4、L1，電容C1和反饋環(huán)路。而一般的反饋環(huán)路由四部分組成：采樣網(wǎng)絡(luò)，誤差放大器，脈寬調(diào)制器(PWM)和驅(qū)動(dòng)電路。VGL1V1IVT誤差放大器反饋環(huán)路驅(qū)動(dòng)電阻vwmveaPWM-+VSVtrVref-+ISI0V0RLR1R2C1IL1IC1ID1VTVdc圖3-1 Buck變換器結(jié)構(gòu) 為了便于對Buck變換器基本工作原理的分析，我們首先作以下幾點(diǎn)合理的假設(shè)：a、開關(guān)元件VT和二極管D1都是理想元件。它們可以快速的導(dǎo)通和關(guān)斷，且導(dǎo)通時(shí)壓降為零，關(guān)斷時(shí)漏電流為零；b、電容和電感同樣是理想元件。電感工作在線性區(qū)而未飽和時(shí)，寄生電阻等于零。電容的等效串聯(lián)電阻和等效串聯(lián)電感等于零；c、輸出電壓中的紋波電壓

5、和輸出電壓相比非常小，可以忽略不計(jì)；d、采樣網(wǎng)絡(luò)R1和R2的阻抗很大，從而使得流經(jīng)它們的電流可以忽略不計(jì)。 (d)(c)(b)(a)TonVGVwmOVV1VdcVtrVea圖3-2 電路節(jié)點(diǎn)波形圖 3.2.2 電路關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)波形T TononT ToffoffV Vdcdc0 00 00 00 0I ID D1 1I IO Ot t0 0I IL L1 1t tt tt tt tI IC C1 1I IVTVTV V1 1T TT Td dT Tidid3.2.3主要參數(shù)計(jì)算方法3.2.4 Buck變換器優(yōu)缺點(diǎn)Buck電路輸入電流斷續(xù)，輸出電流連續(xù)，使用高壓側(cè)開關(guān)。 DCM Buck相對于CC

6、M Buck來說，可以減小電感匝數(shù)，減小開關(guān)管的電流應(yīng)力，但需增大了電感線徑，工作峰值電流會(huì)加倍，有效值電流也會(huì)較大，輸出二極管的電流應(yīng)力較大，這樣會(huì)導(dǎo)致溫升升高，EMC處理難度加大。3.3.1電路結(jié)構(gòu)及工作原理L1vdcVTD1CoR0R1R2VwmVeaVrefV+PWMEA +3.3.2 電路關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)波形VeaI電流D1電流V+VpeakVwm=PWM輸出的脈寬調(diào)制電壓TonTrTr圖3-7 Boost 電路主要波形圖電流L1I1I2導(dǎo)通導(dǎo)通I1II2I1I2I1圖3-8 連續(xù)模式下Boost調(diào)整器VT和1D電流波形3.3.3主要參數(shù)計(jì)算方法3.4.1電路結(jié)構(gòu)及工作原理123456ABC

7、D654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:28-Jul-2011Sheet of File:E:編寫教材開關(guān)電源技術(shù)我編寫部分圖片圖3-9.DdbDrawn By:VsRL1D2C1S1L2D1S2C2+ + + +- -+ +Vo123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:28-Jul-2011Sheet of File:E:編寫教材開關(guān)電源技術(shù)我編寫部分圖片圖3-9.DdbDrawn By:VsRL1L2C2+ + +- -+ +VoABBAS1S2123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:28-Jul-2011Sheet of File:E:編寫教材開關(guān)電源技術(shù)我編寫部分圖片圖3-9.DdbDrawn By:VsRLC+ + +- -+ +VoABBAS1S2C=C2123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:28-Jul-2011Sheet of File:E:編寫教材開關(guān)電源技術(shù)我編寫部分圖片圖3-9.DdbDrawn By:VsRLC+ +- -+ +VoBAS1+ +3.4.2 電路關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)波