升降压变换电路PPT学习教案

1、会计学1 升降压变换电路升降压变换电路 1、定义：定义： 利用电力开关器件周期性的开通与关断来改变输出电压利用电力开关器件周期性的开通与关断来改变输出电压 的大小，将直流电能转换为另一固定电压或可调电压的直的大小，将直流电能转换为另一固定电压或可调电压的直 流电能的电路称为直流变换电路流电能的电路称为直流变换电路(DC/DC变换电路变换电路)。也。也 称为斩波器。称为斩波器。 2、分类：、分类： 按变换器的功能按变换器的功能:降压变换电路降压变换电路(Buck)、升压变换电路、升压变换电路 (Boost)、升降压变换电路、升降压变换电路(Buck-Boost)、正激式变换、正激式变换 电路、反

2、激式变换电路、库克变换电路电路、反激式变换电路、库克变换电路(Cuk)和全桥直流和全桥直流 变换电路等。变换电路等。 第1页/共34页 l图图3.1.1 基本的斩波器电路基本的斩波器电路 l 及其负载波形及其负载波形 d on O U Ts t U 第2页/共34页 S on T t D dO DUU （3.1. 2） 定义定义占空比占空比： 则：则： （3.1.1） 第3页/共34页 占空比的改变：通过改变占空比的改变：通过改变t ton on 或 或T TS S来实现。来实现。 第4页/共34页 原理图原理图 续流二极管续流二极管 全控型电力器件全控型电力器件 输入直流电压输入直流电压 滤

3、波电感滤波电感 滤波电容滤波电容 负载负载 第5页/共34页 图图3.2.1 降压电路及其波形图降压电路及其波形图 ( (3.2.3) ) do DUU 第6页/共34页 S on T t D dO DUU 占空比占空比： dd O d O I D I U U I 1 忽略功率损耗，由输入输出功率平衡有：忽略功率损耗，由输入输出功率平衡有： oodd IUIU 可得：可得： 改变改变D值就可以改变输出电压值就可以改变输出电压UO的大小。的大小。 因为因为D是是01之间变化的系数，之间变化的系数，因此输出电压因此输出电压UO总是小总是小 于输入电压于输入电压Ud。所以称为降压变换电路。所以称为降

4、压变换电路。 忽略功率损耗，由输入输出功率平衡有：忽略功率损耗，由输入输出功率平衡有： 第7页/共34页 图图3.2.2 电感电流波形图电感电流波形图 v Buck变换器的可能运行情况：变换器的可能运行情况： 电感电流连续模式电感电流连续模式 电感电流临界电感电流临界 连续状态连续状态 电感电流断流模式电感电流断流模式 第8页/共34页 (3.2.4 ) dt di Lu L L on L on Od t I L t II LUU 12 Od L on UU LI t )( l1 1）电感电流）电感电流i iL L连续模式连续模式 ： 在在t ton on期间 期间: : 电感上的电压为电感上

5、的电压为 式中式中I IL L=I=I2 2I I1 1为电感上电流的变化量，为电感上电流的变化量，U UO O为输出电压的为输出电压的 平均值。平均值。 第9页/共34页 (3.2.5 ) (3.2.6 ) (3.2.7 ) (3.2.8) (3.2.9) off L O t I LU O L off U I Lt ） OdO dL offonS UUU LUI tt f T ( 1 fL DDU fLU UUU I d d OdO L )1 ()( 2 12 0 II I )1 ( 2 01 DD L TU II Sd 在在t toff off期间 期间: :电感中的电流电感中的电流i i

6、L L从从I I2 2线性下降到线性下降到I I1 1，则有，则有 l根据式根据式(3.2.4)(3.2.4)、(3.2.5)(3.2.5)可求出开关周期可求出开关周期S S为为 l 上式中上式中IL为流过电感电流的峰峰值，最大为为流过电感电流的峰峰值，最大为I2， 最小为最小为I1。电感电流一周期内的平均值与负载电流。电感电流一周期内的平均值与负载电流IO相等相等 ，即将式，即将式(3.2.7)、(3.2.8)同时代入关系式同时代入关系式IL= I2I1可得可得 第10页/共34页 (3.2.10) (3.2.11) )1 ( 2 01 DD L TU II Sd )1 ( 2 0 DD I

7、 TU L K Sd o )1( 2 DD L TU I O Sd OK 第11页/共34页 2 0 0 8 )1 ( LCf D U U （3.2.14） 第12页/共34页 全控型电力器件开关全控型电力器件开关 电感，用来储能电感，用来储能 2 2）原理图）原理图 电容，用来保持输出电压电容，用来保持输出电压 第13页/共34页 图图3.3.1 升压变换电路及其波形升压变换电路及其波形 第14页/共34页 D U U t tt U d d off offon 1 0 式中占空比式中占空比D=ton/TS。 当当D=0时，时，U0=Ud，但，但D不能为不能为1。 0D1 改变占空比改变占空比

8、D，就可以改变输出电压，就可以改变输出电压Uo。 因为因为 0D1， UoUin。所以称为升压变换电路。所以称为升压变换电路。 可以推得输出电压可以推得输出电压Uo与输入电压与输入电压Ud之间的关系为之间的关系为 ： 第15页/共34页 d O S OK U L DT I 2 (2.3.11) 第16页/共34页 0 0 s UDT URC 输出纹波电压：输出纹波电压： 在在Boost电路中，如果滤波电容电路中，如果滤波电容C的容量足够大，则输出的容量足够大，则输出 电压电压U0被滤得非常平。然而实际中的电容不可能为无穷大被滤得非常平。然而实际中的电容不可能为无穷大 ，所以直流输出电压总会有纹

9、波成份。，所以直流输出电压总会有纹波成份。 电流连续时的输出电压纹波电流连续时的输出电压纹波为为 上式表明通过选择合适的上式表明通过选择合适的C值，可以限制输出纹波电压的大值，可以限制输出纹波电压的大 小。小。 第17页/共34页 l图图3.4.1升降压变换电路原理图升降压变换电路原理图 第18页/共34页 l图图3.4.1 升降压变换电路及其工作波形升降压变换电路及其工作波形 toff期间，当感应电动期间，当感应电动 势大小超过输出电压势大小超过输出电压U U0 0时时 ，二极管，二极管D D导通，电感经导通，电感经D D 向向C C和和R RL L反向放电，使输出反向放电，使输出 电压的极

10、性与输入电压相电压的极性与输入电压相 反。反。 第19页/共34页 d U D D U 1 0 (3.4.5) 上式中，上式中，D为占空比，负号表示输出与输入电压反相为占空比，负号表示输出与输入电压反相 当当D=0.5时，时，U0=Ud； 当当0.5DUd，为升压变换；，为升压变换； 当当0D0.5时，时，U0Ud，为降压变换。，为降压变换。 可求得输入输出电压关系为：可求得输入输出电压关系为： 第20页/共34页 d K U fI DD L 0 0 2 1）（ (3.4.5) 第21页/共34页 1 1、引入变压器作用：、引入变压器作用： 第22页/共34页 3.6.1 反激式（反励式）变换

11、器反激式（反励式）变换器 图图3.6.1 反激式变换器电路与工作波形反激式变换器电路与工作波形 工作过程：开关管导通时，电源将电能转为磁能储存在工作过程：开关管导通时，电源将电能转为磁能储存在 电感中，当开关管阻断时再将磁能变为电能传送到负载电感中，当开关管阻断时再将磁能变为电能传送到负载 。 第23页/共34页 dO U D D N N U 1 1 2 反激式变换器工作在输出电流连续的状态反激式变换器工作在输出电流连续的状态 下，输出电压下，输出电压U UO为：为： (3.6.1) 与升降压变换器（与升降压变换器（Buck-Boost）的输入输出）的输入输出 电压公式对比，多了变压器的匝比。

12、电压公式对比，多了变压器的匝比。 第24页/共34页 图图3.6.2 正激式变换器电路正激式变换器电路 l变换器的输出电压为：变换器的输出电压为： 3.6.2 正激式变换器正激式变换器 dO DU N N U 1 2 (3.6.2) 第25页/共34页 l变换器的输出电压为：变换器的输出电压为： dO DU N N U 1 2 (3.6.2) 与降压变换器（与降压变换器（Buck）的输入输出电压公式对）的输入输出电压公式对 比，多了变压器的匝比。比，多了变压器的匝比。 第26页/共34页 3.6.3 推挽式变换器（属于推挽式变换器（属于正激式变换器正激式变换器） l图图3.6.3 推挽式变换器

13、电路推挽式变换器电路 因为两个管子交替工作，所以其工作占空比必须小于因为两个管子交替工作，所以其工作占空比必须小于0.5。 实际上就是由两个正激式变换器组成。实际上就是由两个正激式变换器组成。两个开关管交替两个开关管交替 导通和截止。当导通和截止。当T2导通、导通、T1关断时，电压关断时，电压Ud加在原边绕加在原边绕 组组Np2上，副边二极管上，副边二极管D1导通向负载传递能量。当导通向负载传递能量。当T1导导 通、通、T2关断时，电压关断时，电压-Ud(负号表示与刚才的方向相反负号表示与刚才的方向相反)加加 在原边绕组在原边绕组Np1上，副边二极管上，副边二极管D2导通向负载传递能量导通向负载传递能量 第27页/共34页 l3.6.4 半桥式变换器半桥式变换器 图图3.6.4 半桥变换电路原理图半桥变换电路原理图 第28页/共34页 第29页/共34页 l3.6.5 全桥变换电路全桥变换电路 将