第一章 基本開關(guān)型

第一章基本開關(guān)型變換器主電路拓?fù)溟_關(guān)電源的基本元件：有源開關(guān)(Switch)二極管(Diode)電感(Inductor)電容器(Capacitor)變壓器(Transformer)+u(t)-i(t)電容的基本方程1.當(dāng)一電流流經(jīng)電容,電容兩端的電壓逐漸增加,并且電容量越大電流增加越慢.CI+U-2.在穩(wěn)態(tài)工作的開關(guān)電源中流經(jīng)電容的電流對時(shí)間的積分為零。I+I-AB面積A=面積B+u(t)-i(t)電感的基本方程1.當(dāng)一電感突然加上一個(gè)電壓時(shí),其中的電流逐漸增加,并且電感量越大電流增加越慢.2.當(dāng)一電感上的電流突然中斷,在其兩端會(huì)產(chǎn)生一瞬時(shí)高壓,并且電感量越大該電壓越高ULI+U-LI電感的伏秒平衡原則：u(t)i(t)V+V-t1t2t0對穩(wěn)定狀態(tài)伏秒平衡原則:

在穩(wěn)態(tài)工作的開關(guān)電源中電感兩端的正伏秒值等于負(fù)伏秒值.V+V-ABV+V-AB面積A=面積B分析開關(guān)電源中電容和電感的幾條原則：電容兩端的電壓不能突變(當(dāng)電容足夠大時(shí),可認(rèn)為其電壓不變)。電感中的電流不能突變(當(dāng)電感足夠大時(shí),可認(rèn)為其電流恒定不變)。流經(jīng)電容的電流平均值在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)為零。電感兩端的伏秒積在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)必須平衡。恒流充電恒壓儲(chǔ)能兩個(gè)有用的公式：C:L:開關(guān)電源的工作原理開關(guān)電源的工作原理可以用上圖進(jìn)行說明。圖中輸入的直流不穩(wěn)定電壓Ui經(jīng)開關(guān)S加至輸入端，S為受控開關(guān)，是一個(gè)受開關(guān)脈沖控制的開關(guān)調(diào)整管。開關(guān)S按要求改變導(dǎo)通或斷開時(shí)間，就能把輸入的直流電壓Ui變成矩形脈沖電壓。這個(gè)脈沖電壓經(jīng)濾波電路進(jìn)行平滑濾波就可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓Uo。

定義脈沖占空比如下：式中，T表示開關(guān)S的開關(guān)重復(fù)周期；ton表示開關(guān)S在一個(gè)開關(guān)周期中的導(dǎo)通時(shí)間。開關(guān)電源直流輸出電壓Uo與輸入電壓Ui之間具有如下關(guān)系：

Uo=UiD

1.1Buck變換器基本電路模型--Buck變換器降壓變換器、串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源開關(guān)閉合時(shí)，電能儲(chǔ)存于電感和電容中(同時(shí)也饋向負(fù)載)。開關(guān)打開后，儲(chǔ)存于電感和電容中的能量繼續(xù)供給負(fù)載。二極管構(gòu)成電流回路三點(diǎn)假設(shè)場效應(yīng)晶體管、開關(guān)二極管均是理想開關(guān)器件；電感、電容是理想元件；輸出電壓中小的紋波電壓與輸出電壓相比可以忽略。降壓型轉(zhuǎn)換器控制電路VINVOUTVdiodeVGateILIT-VDVIN0VIN0ImaxDI1.電感電流連續(xù)VsVoDLIoSSULILVs-Vo-VoIoD11-D1T根據(jù)L的伏秒平衡原則：(Vs-Vo)*D1Ts=Vo*(1-D1)TsVo=Vs*D1L*ΔIo=Vo*(1-D)TIs根據(jù)L在1-D時(shí)間的基本方程：ΔIo=Vo*(1-D)T/LBuck電路的輸入輸出關(guān)系,電壓增益：Vo/Vs=M2.電感電流不連續(xù)工作狀態(tài)D3TsVgsVLiLIo即是iL面積在Ts時(shí)間內(nèi)的平均值，且等于Vo/R:I。即不連續(xù)狀態(tài)下降壓變換器的電壓增益M為：在連續(xù)和不連續(xù)狀態(tài)下，降壓變換器電壓增益M與占空比D1的函數(shù)關(guān)系MD12.電感電流中點(diǎn)與平均值Io的關(guān)系3.連續(xù)與不連上工作狀態(tài)的臨界條件定義臨界電感Lc4.紋波電壓5.Buck電路的特點(diǎn)1.V0是V1在Ts內(nèi)的平均值。2.is是帶斜坡脈動(dòng)的3.截止頻率fc理想狀態(tài)下：穩(wěn)態(tài)特性與元器件參數(shù)的量化連續(xù)模型不連續(xù)模型M1.2Boost變換器基本電路模型--Boost變換器(升壓型)開關(guān)閉合，電感中儲(chǔ)存能量。開關(guān)打開時(shí)，電感中儲(chǔ)存的能量通過二極管供給負(fù)載，同時(shí)對電容充電。負(fù)載電壓跌落時(shí)，電容再放電，輸出可獲得高于輸入的電壓。基本電路模型--Boost變換器(升壓型)電路各點(diǎn)的波形-（Vo–Vs)Vs0Vgs0ImaxDI1.電壓增益與占空比的關(guān)系（1）電感電流連續(xù)工作狀態(tài)顯然，若轉(zhuǎn)換中無能量損耗，則有（2）電感電流不連續(xù)工作狀態(tài)（2）電感電流不連續(xù)工作狀態(tài)臨界時(shí)不連續(xù)工作區(qū)連續(xù)工作區(qū)MD1（3）電壓增益受寄生參數(shù)的影響D12.電感電流連續(xù)與不連續(xù)工作狀態(tài)的臨界條件連續(xù)狀態(tài)：臨界狀態(tài)：不連續(xù)狀態(tài)：MD1連續(xù)工作區(qū)域不連續(xù)工作區(qū)域連續(xù)工作區(qū)域不連續(xù)工作區(qū)域穩(wěn)態(tài)特性分析1.大功率升壓變換器工作狀態(tài)的設(shè)計(jì)穩(wěn)態(tài)特性與元器件參數(shù)的量化啟動(dòng)過程特性分析1.3Buck-Boost變換器VinVoDLIoS1DS2基本電路模型–Buck-Boost(反轉(zhuǎn)電路)開關(guān)接通，電感中流過電流，儲(chǔ)存能量。開關(guān)斷開，電感中電流流向負(fù)載。由于二極管的接法，負(fù)載得到反極性的電壓。負(fù)載電壓跌落時(shí)，電容再向負(fù)載放電。主要概念與關(guān)系式1.電壓增益根據(jù)伏秒平衡原理，有當(dāng)D1<0.5，降壓當(dāng)D1>0.5，升壓變換中各量關(guān)系假設(shè)變換器效率很高，幾乎沒有損耗，則連續(xù)工作狀態(tài)：Vs:Io臨界條件紋波電壓不連續(xù)工作區(qū)連續(xù)工作區(qū)MD1不連續(xù)工作區(qū)連續(xù)工作區(qū)M1.4Cuk變換器Boost-Buck變換器Boost-Buck變換器開關(guān)閉合，輸入、輸出環(huán)路閉合。電容C1供能給負(fù)載及L2。二極管截止。開關(guān)打開時(shí)，二極管導(dǎo)通，對電容C1充電。輸入、輸出環(huán)路閉合。電感中儲(chǔ)存的能量通過二極管供給負(fù)載。負(fù)載電壓跌落時(shí)，電容再放電。三、穩(wěn)態(tài)波形圖穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感電壓平均值為零。環(huán)路：Vs、L1、C1、L2、Vo、Vs中，有VT導(dǎo)通時(shí)，穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感電壓平均值為零。環(huán)路：Vs、L1、C1、VD、Vs中，有VT截止時(shí)，四、主要概念與關(guān)系式電壓增益從L1的儲(chǔ)放能計(jì)算Ton期間Toff期間從L2的儲(chǔ)放能計(jì)算Ton期間Toff期間(1)(2)比較（1）（2）式，有當(dāng)D1<0.5，M<1,降壓當(dāng)D1>0.5，M>1,升壓2.臨界條件3.不連續(xù)工作狀態(tài)晶體管導(dǎo)通，二極管截止晶體管截止，二極管導(dǎo)通晶體管，二極管截止不連續(xù)工作區(qū)連續(xù)工作區(qū)M臨界條件的曲線3.不連續(xù)工作狀態(tài)晶體管導(dǎo)通