DC-DC轉(zhuǎn)換電路課件

2023/1/912023/1/81研討背景在各種電子設(shè)備中，經(jīng)常需要將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換到電路所需要的直流電壓，同時，將不穩(wěn)定的直流電壓變成穩(wěn)定的電壓，這種電路稱為DC-DC電源電路。電路通常用電子開關(guān)器件和起儲能和平滑作用的電感和電容構(gòu)成。DC/DC轉(zhuǎn)換器分為三類：升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器、降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器以及升降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器。用動態(tài)電路分析方法可以解釋這種電路的工作原理。2研討背景在各種電子設(shè)備中，經(jīng)常需要將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換到電路題目一：用動態(tài)分析方法求出電感電流一個周期的波形DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器理論分析電感電流iL分析時假定v0為直流V0

(理論證明假設(shè)成立！)求響應(yīng)的一個周期，

周期起始值等于周期

結(jié)束值3題目一：用動態(tài)分析方法求出電感電流一個周期的波形T導(dǎo)通等效電路+uo-+uL-假設(shè)uC=Uo=常數(shù)iL線性增加uGtuLtiLiMimtiCt0—t1：4T導(dǎo)通等效電路++uL-假設(shè)uC=Uo=常數(shù)iLiLuGttonuLtiCtimtiMtoffT斷開等效電路+uo-+uL-假設(shè)uC=Uo=常數(shù)iL線性減少5iLuGttonuLtiCtimtiMtoffT斷開等效電路升壓變換電路DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器理論分析電感電流iL分析時假定v0為直流V0

求響應(yīng)的一個周期，

周期起始值等于周期

結(jié)束值6升壓變換電路DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器6iLimtuLtuGttoniMiCttoffT導(dǎo)通等效電路T斷開等效電路7iLimtuLtuGttoniMiCttoffT導(dǎo)通等效電路計算過程：0—t1：=+=

Li=C+

化簡可得：+

+=代入數(shù)據(jù)的特征方程為：s2+200s+106=0解得：s1=-100+1000js2=-100-1000j開關(guān)變換頻率f==≈159Hz8計算過程：0—t1：8

綜上所述：

由于開關(guān)的變化，使產(chǎn)生的電感電壓為直流脈沖，分析可得產(chǎn)生的電感電流為三角波，其關(guān)系如下圖所示：

9

綜上所述：

由于開關(guān)的變化，使產(chǎn)生的電感題目二：求出兩個電路中輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系。證明改變占空比d=t1/T可以調(diào)整輸出電壓的高低。設(shè)iL(0)=0Uc(0)=00—t1：iL(t)=dt=t1—T：

iL(t)=又因為電流的不可突變性，所以iL(0)=iL(T)=0

穩(wěn)態(tài)情況下，電感上一周期的平均電壓為零由此可以推出：U0=Uin=dUin同理升壓轉(zhuǎn)換電路中有輸入電壓、輸出電壓、占空比之間的關(guān)系為：U0=Uin=Uin10題目二：求出兩個電路中輸出電壓與輸入電壓仿真：—用脈沖電壓控制兩個開關(guān)同時動作—用20kHz的脈沖波形控制開關(guān)的切換，驗證理論分析結(jié)果—利用受控源測量電感兩端電流和電壓波形題目三：在EWB中，用電壓控制開關(guān)構(gòu)建DC-DC電路的仿真電路11仿真：題目三：在EWB中，用電壓控制開關(guān)構(gòu)建D2023/1/9定義上述電路中導(dǎo)通占空比D為:

通過控制占空比控制輸出電壓R兩端平均電壓：導(dǎo)通占空比占空比導(dǎo)通比122023/1/8定義上述電路中導(dǎo)通占空比D為:通2023/1/9改變占空比D有三種基本方法：脈沖頻率調(diào)制(PFM)維持ton不變，改變TS。改變TS就改變了輸出電壓周期或頻率。tonTS1uttonTS2ut132023/1/8改變占空比D有三種基本方法：脈沖頻率調(diào)制(P2023/1/9②脈沖寬度調(diào)制(PWM)維持TS不變，改變ton在這種方式中，輸出電壓波形的周期不變，僅改變脈沖寬度。有利于濾波器的設(shè)計ton1TSutton2TSut改變占空比D有三種基本方法：142023/1/8②脈沖寬度調(diào)制(PWM)維持TS不變，改變t2023/1/9改變占空比D有三種基本方法：③混合脈沖寬度調(diào)制脈沖周期TS與寬度ton均改變。廣義的脈沖寬度調(diào)制技術(shù)包含上述三種控制方式ton1TSutton2TS2ut152023/1/8改變占空比D有三種基本方法：③混合脈沖寬度調(diào)DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器仿真電路圖波形為：16DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器仿真電路圖16DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器仿真電路圖：波形為：17DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器仿真電路圖：17降壓轉(zhuǎn)換器升壓轉(zhuǎn)換器擴展：用二極管代替開關(guān)s2，分析與仿真—S1閉合時二極管截止（斷開）—S1斷開時電感電流的連續(xù)性產(chǎn)生感應(yīng)電壓，強迫二極管導(dǎo)通（短路）

題目四：重復(fù)題三的理論分析，并進行EWB仿真18降壓轉(zhuǎn)換器升壓轉(zhuǎn)換器擴展：用二極管代替開關(guān)s2，分析與仿真將電路中的開關(guān)s2用二極管代替，在圖4-1中，正極在下方；在圖4-2中，正極在左側(cè)。假設(shè)二極管加正向電壓時導(dǎo)通，電阻為0；加反向電壓時斷開，電阻無窮大。19將電路中的開關(guān)s2用二極管代替，在圖4-1中，理論分析與上面相同，用WEB仿真電路圖及波形為：

降壓轉(zhuǎn)換器波形為：20理論分析與上面相同，用WEB仿真電路圖及波形為：20升壓轉(zhuǎn)換器波形為：21212023/1/9謝謝觀賞！222023/1/8謝謝觀賞！222023/1/9232023/1/81研討背景在各種電子設(shè)備中，經(jīng)常需要將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換到電路所需要的直流電壓，同時，將不穩(wěn)定的直流電壓變成穩(wěn)定的電壓，這種電路稱為DC-DC電源電路。電路通常用電子開關(guān)器件和起儲能和平滑作用的電感和電容構(gòu)成。DC/DC轉(zhuǎn)換器分為三類：升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器、降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器以及升降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器。用動態(tài)電路分析方法可以解釋這種電路的工作原理。24研討背景在各種電子設(shè)備中，經(jīng)常需要將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換到電路題目一：用動態(tài)分析方法求出電感電流一個周期的波形DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器理論分析電感電流iL分析時假定v0為直流V0

(理論證明假設(shè)成立！)求響應(yīng)的一個周期，

周期起始值等于周期

結(jié)束值25題目一：用動態(tài)分析方法求出電感電流一個周期的波形T導(dǎo)通等效電路+uo-+uL-假設(shè)uC=Uo=常數(shù)iL線性增加uGtuLtiLiMimtiCt0—t1：26T導(dǎo)通等效電路++uL-假設(shè)uC=Uo=常數(shù)iLiLuGttonuLtiCtimtiMtoffT斷開等效電路+uo-+uL-假設(shè)uC=Uo=常數(shù)iL線性減少27iLuGttonuLtiCtimtiMtoffT斷開等效電路升壓變換電路DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器理論分析電感電流iL分析時假定v0為直流V0

求響應(yīng)的一個周期，

周期起始值等于周期

結(jié)束值28升壓變換電路DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器6iLimtuLtuGttoniMiCttoffT導(dǎo)通等效電路T斷開等效電路29iLimtuLtuGttoniMiCttoffT導(dǎo)通等效電路計算過程：0—t1：=+=

Li=C+

化簡可得：+

+=代入數(shù)據(jù)的特征方程為：s2+200s+106=0解得：s1=-100+1000js2=-100-1000j開關(guān)變換頻率f==≈159Hz30計算過程：0—t1：8

綜上所述：

由于開關(guān)的變化，使產(chǎn)生的電感電壓為直流脈沖，分析可得產(chǎn)生的電感電流為三角波，其關(guān)系如下圖所示：

31

綜上所述：

由于開關(guān)的變化，使產(chǎn)生的電感題目二：求出兩個電路中輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系。證明改變占空比d=t1/T可以調(diào)整輸出電壓的高低。設(shè)iL(0)=0Uc(0)=00—t1：iL(t)=dt=t1—T：

iL(t)=又因為電流的不可突變性，所以iL(0)=iL(T)=0

穩(wěn)態(tài)情況下，電感上一周期的平均電壓為零由此可以推出：U0=Uin=dUin同理升壓轉(zhuǎn)換電路中有輸入電壓、輸出電壓、占空比之間的關(guān)系為：U0=Uin=Uin32題目二：求出兩個電路中輸出電壓與輸入電壓仿真：—用脈沖電壓控制兩個開關(guān)同時動作—用20kHz的脈沖波形控制開關(guān)的切換，驗證理論分析結(jié)果—利用受控源測量電感兩端電流和電壓波形題目三：在EWB中，用電壓控制開關(guān)構(gòu)建DC-DC電路的仿真電路33仿真：題目三：在EWB中，用電壓控制開關(guān)構(gòu)建D2023/1/9定義上述電路中導(dǎo)通占空比D為:

通過控制占空比控制輸出電壓R兩端平均電壓：導(dǎo)通占空比占空比導(dǎo)通比342023/1/8定義上述電路中導(dǎo)通占空比D為:通2023/1/9改變占空比D有三種基本方法：脈沖頻率調(diào)制(PFM)維持ton不變，改變TS。改變TS就改變了輸出電壓周期或頻率。tonTS1uttonTS2ut352023/1/8改變占空比D有三種基本方法：脈沖頻率調(diào)制(P2023/1/9②脈沖寬度調(diào)制(PWM)維持TS不變，改變ton在這種方式中，輸出電壓波形的周期不變，僅改變脈沖寬度。有利于濾波器的設(shè)計ton1TSutton2TSut改變占空比D有三種基本方法：362023/1/8②脈沖寬度調(diào)制(PWM)維持TS不變，改變t2023/1/9改變占空比D有三種基本方法：③混合脈沖寬度調(diào)制脈沖周期TS與寬度ton均改變。廣義的脈沖寬度調(diào)制技術(shù)包含上述三種控制方式ton1TSutton2TS2ut372023/1/8改變占空比D有三種基本方法：③混合脈沖寬度調(diào)DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器仿真電路圖波形為：38DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器仿真電路圖16DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器仿真電路圖：波形為：39DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器仿真電路圖：17降壓轉(zhuǎn)換器升壓轉(zhuǎn)換器擴展：用二極管代替開關(guān)s2，分析與仿真—S1閉合時二極管截止（斷開）—S1斷開時電感電流的連續(xù)性產(chǎn)生感應(yīng)電壓，強迫二極管導(dǎo)通（短路）

題目四：重復(fù)題三的理論分析，并進行EWB仿真40降壓轉(zhuǎn)換器升