第十講DCDC變換(一)

第九講直流斬波電路分析直流斬波電路（DCChopper）將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電也稱(chēng)為直接直流--直流變換器（DC/DCConverter）一般是指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟姡话ㄖ绷鳌涣鳌绷髁?xí)慣上，DC—DC變換器包括以上兩種情況，且甚至更多地指后一種情況

直流斬波電路的種類(lèi)6種基本斬波電路：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路，其中前兩種是最基本的電路復(fù)合斬波電路——不同基本斬波電路組合多相多重?cái)夭娐贰嗤Y(jié)構(gòu)基本斬波電路組合斬波電路三種控制方式T不變，變ton—脈沖寬度調(diào)制（PWM）。ton不變，變T—頻率調(diào)制。ton和T都可調(diào)，改變占空比—混合型。2此種方式應(yīng)用最多第2章介紹過(guò)：電力電子電路的實(shí)質(zhì)上是分時(shí)段線性電路的思想?；凇胺侄尉€性”的思想，對(duì)降壓斬波電路進(jìn)行解析。分V處于通態(tài)和處于斷態(tài)初始條件分電流連續(xù)和斷續(xù)第五章直流/直流變換器5.1直流/直流降壓變換器(Buck變換器)5.2直流/直流升壓變換器(Boost變換器)5.3直流升壓-降壓變換器(Buck-Boost變換器)5.4直流升壓-降壓變換器(Cuk變換器)5.5帶隔離變壓器的直流/直流變換器工作原理外特性元器件選擇和設(shè)計(jì)5.1降壓變換器（Buck變換器）

Ui=100VUo=50VIo=10A設(shè)計(jì)要求：直流變換器

Ui=100VUo=50VIo=10A設(shè)計(jì)要求：直流變換器：電阻分壓=UoIo/UiIo=Uo/Ui

=50/100=50%Ploss=5010=500(W)UR=100-50=50(V)效率太低!!!無(wú)法自動(dòng)穩(wěn)壓!

Ui=100VUo=50VIo=10A設(shè)計(jì)要求：直流變換器：線性模式=UoIo/UiIo=Uo/Ui

=50/100=50%UQ=100-50=50(V)效率太低!!!無(wú)法自動(dòng)穩(wěn)壓!PQ=UQ

IQ=5010=500(W)可以自動(dòng)穩(wěn)壓!

Ui=100VUo=50VIo=10A設(shè)計(jì)要求：直流變換器：開(kāi)關(guān)模式Ton：導(dǎo)通時(shí)間Ts：開(kāi)關(guān)周期D：占空比50V

Ui=100VUo=50VIo=10A設(shè)計(jì)要求：Qon:PQ(on)=Vces

Io0

100%Ploss

0Qoff:PQ(off)=VinIceo0直流變換器：開(kāi)關(guān)模式可以自動(dòng)穩(wěn)壓!

效率很高！濾波器續(xù)流二極管DBuck變換器降壓式變換器LfCf工作原理外特性元器件選擇和設(shè)計(jì)5.1Buck變換器QON工作原理：電感電流連續(xù)ABQOFF工作原理：電感電流連續(xù)AB輸入電壓與輸出電壓之間的關(guān)系工作原理：電感電流連續(xù)占空比脈沖寬度調(diào)制(Pulse-WidthModulation)脈沖頻率調(diào)制Pulse-FrequencyModulation輸出電流平均值濾波電感電流脈動(dòng)值（即紋波電流）提問(wèn)：當(dāng)Ui和Uo一定時(shí)，如果負(fù)載電流變化，電感電流脈動(dòng)是否變化？工作原理：電感電流連續(xù)工作原理：電感電流斷續(xù)電感電流臨界連續(xù)據(jù)圖可知電感電流連續(xù)臨界電流值，即有負(fù)載最小電流：ILfmin=0Buck變換器的元器件參數(shù)選擇已知條件：輸入電壓Ui(變化范圍)

輸出電壓Uo

輸出電流Io

輸出電壓穩(wěn)定精度輸出電壓紋波元器件參數(shù)選擇：功率晶體管二極管濾波電感濾波電容變換效率的近似計(jì)算雙極性晶體管如果fs>20kHz，可近似認(rèn)為其導(dǎo)通損耗等于開(kāi)關(guān)損耗。功率MOSFET如果fs<100kHz，可忽略其開(kāi)關(guān)損耗。功率晶體管選擇：類(lèi)型開(kāi)關(guān)頻率晶體管類(lèi)型選擇功率管類(lèi)型<20kHz20~50kHz>50kHz低頻功率管開(kāi)關(guān)功率管功率MOSFET如果功率較大，可選用IGBT。功率晶體管電壓和電流應(yīng)力平均電流：峰值電流：電壓應(yīng)力：功率晶體管ICM>2IQPU(BR)ceo>2Ui二極管類(lèi)型選擇開(kāi)關(guān)二極管、快恢復(fù)二極管或者FRED；二極管類(lèi)型選擇輸出電壓較低時(shí)，如5V以下，需要采用功率MOSFET來(lái)替代整流二極管，即同步整流。電壓低于40V時(shí)，可選用肖特基二極管；二極管電壓和電流應(yīng)力平均電流：有效值電流近似值：電壓應(yīng)力：UDR>2Ui濾波電感量的計(jì)算ΔILf過(guò)小，Lf太大。ΔILf過(guò)大，Lf太損耗太大，且Uo脈動(dòng)大。工程上一般取ΔILf=20%Io。在10%Io時(shí)，電感電流連續(xù)。濾波電容量的計(jì)算輸出電流脈動(dòng)很小ΔILf全部流過(guò)電容電容電壓變化量（即紋波電壓值）為26

全控型器件若為晶閘管，須有輔助關(guān)斷電路。續(xù)流二極管負(fù)載出現(xiàn)的反電動(dòng)勢(shì)典型用途之一是拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，也可帶蓄電池負(fù)載。思考上圖中Uo，Io計(jì)算式是怎樣的？討論例題5-1：設(shè)計(jì)Buck變換器，電源電壓Vs=147-220V，額定負(fù)載電流11A，最小負(fù)載電流1.1A，開(kāi)關(guān)頻率20kHz。要求輸出電壓Vo=110V；紋波小于1%，且最小負(fù)載時(shí)電感電流連續(xù)。試確定L、C、開(kāi)關(guān)管T和二極管D。提問(wèn)：課后習(xí)題1-3、5-827功率晶體管電壓和電流應(yīng)力平均電流：峰值電流：電壓應(yīng)力：功率晶體管ICM>2IQPU(BR)ceo>2Ui二極管電壓和電流應(yīng)力平均電流：有效值電流近似值：電壓應(yīng)力：UDR>2Ui濾波電感量的計(jì)算ΔILf過(guò)小，Lf太大。ΔILf過(guò)大，Lf太損耗太大，且Uo脈動(dòng)大。工程上一般取ΔILf=20%Io。在10%Io時(shí)，電感電流連續(xù)。濾波電容量的計(jì)算輸出電流脈動(dòng)很小ΔILf全部流過(guò)電容電容電壓變化量（即紋波電壓值）為工作原理外特性元器件選擇和設(shè)計(jì)5.2Boost變換器QON電感電流連續(xù)(1)QOFF電感電流連續(xù)(2)輸入電壓與輸出電壓之間的關(guān)系電感電流連續(xù)(3)電感電流斷續(xù)(1)電感電流臨界連續(xù)(1)當(dāng)電感電流連續(xù)臨界電流值，即有負(fù)載最小電流（因?yàn)門(mén)off期間負(fù)載才有電流）ILbmin=0平均輸入電流：峰值電流：電壓應(yīng)力：功率晶體管ICM>2IQPU(BR)ceo>2Uo功率晶體管元器件選擇和設(shè)計(jì)有效值電流近似值：電壓應(yīng)力：平均電流：二極管UBR>2Uo電感量：升壓電感臨界連續(xù)輸出電流：Uo恒定Ui恒定電容量：濾波電容輸出電壓紋波：電容放電電容充電討論例題5-2：設(shè)計(jì)Boost變換器，電源電壓Vs=10-30V，最大輸出功率100w，負(fù)載最大電流2.08A，最小輸出功率10W，最小負(fù)載電流0.208A，開(kāi)關(guān)頻率40kHz。要求輸出恒值電壓Vo=48V；紋波小于1%，且最小負(fù)載時(shí)電感電流連續(xù)。試確定L、C、開(kāi)關(guān)管T和二極管D。提問(wèn)：課后習(xí)題1-3、5-842電感電流臨界連續(xù)(1)當(dāng)電感電流連續(xù)臨界電流