DCDC电路设计介绍学习教案

1、会计学1DCDC电路设计介绍电路设计介绍直流变换直流变换将直流电能(DC)转换成另一固定电压或电压可调的直流电能。基本的直流变换电路：基本的直流变换电路：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、库克变换电路 重点：重点：电路结构、工作原理及主要数量关系 第1页/共113页直流变换直流变换将直流电能(DC)转换成另一固定电压或电压可调的直流电能。直流变换电路直流变换电路完成直流变换的电路。直流变换器直流变换器实现直流变换的装置。第2页/共113页3.1.1 3.1.1 直流变换的基本原理及直流变换的基本原理及PWMPWM概念概念 直流变换问题的提出直流变换问题的提出直流调速：需要可变的直流电

2、压直流调速：需要可变的直流电压直流供电电压一定，而负载需要不同电压直流供电电压一定，而负载需要不同电压直流升压：太阳能电池输出电压较低，需要直流升压：太阳能电池输出电压较低，需要 变换到较高电压再变换为直流变换到较高电压再变换为直流第3页/共113页3.1.1 3.1.1 直流变换的基本原理及直流变换的基本原理及PWMPWM概念概念 （1）开关管）开关管T导导通时，通时，R两端电压两端电压 uo=US开关管开关管仅两种工作状态仅两种工作状态：导导通通与断开与断开开关管开关管IGBT导导通通条件条件： UG0基本的直流变换电路基本的直流变换电路ioUSiSuoRT开关管开关管T导导通通等效电路等

3、效电路ioUSiSuoRT第4页/共113页3.1.1 直流变换的基本原理及直流变换的基本原理及PWM概念概念 （2）开关管）开关管T断开断开时时，R两端电压两端电压 uo=0开关管开关管仅两种工作状态仅两种工作状态：接通接通与断开与断开开关管开关管IGBT断开控制：断开控制： UG=0基本的直流变换电路基本的直流变换电路ioUSiSuoRT开关管开关管T断开等效电路断开等效电路ioUSiSuoRT第5页/共113页R两端平均两端平均电压：电压：SsonoUTtU 控制一周期中导通时间比例可控制输出平均电压开关管开关管IGBT控制电压控制电压R两端电压两端电压波形波形基本的直流变换电路基本的直

4、流变换电路ioUSiSuoRT第6页/共113页定义上述电路中定义上述电路中导通占空比导通占空比D为为: : offononsontttTtD 通过控制占空比控制输出电压R两端两端平均平均电压：电压：SsonoUTtU SDU导通占空比导通占空比占空比占空比导通比导通比第7页/共113页改变改变占空比占空比D D有三种基本方法：有三种基本方法：脉冲频率调制脉冲频率调制(PFM)(PFM) 维持维持ton不变，改变不变，改变TS。改变。改变TS就改变就改变了输出电压周期或频了输出电压周期或频率。率。tonTS1uttonTS2ut2211DTtTtDsonson第8页/共113页改变占空比改变占

5、空比D D有三种基本方法：有三种基本方法：脉冲宽度调制脉冲宽度调制(PWM)(PWM)维持维持TS不变，改变不变，改变ton在这种方式中，输出电在这种方式中，输出电压波形的周期不变，仅压波形的周期不变，仅改变脉冲宽度。改变脉冲宽度。有利于滤波器的设计ton1TSutton2TSut第9页/共113页改变占空比改变占空比D D有三种基本方法：有三种基本方法：混合脉冲宽度调制混合脉冲宽度调制脉冲周期脉冲周期TS与宽度与宽度ton均均改变改变。广义的脉冲宽度广义的脉冲宽度调制技术包含上调制技术包含上述三种控制方式述三种控制方式ton1TSutton2TS2ut第10页/共113页1 1面积等效原理面

6、积等效原理PWMPWM应用的理论基础应用的理论基础 自动控制理论自动控制理论冲量相等而形状不同的窄脉冲加冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。形状不同而冲量相同的各种窄脉冲e(t)td(t)e(t)t50.2e(t)t0.210e(t)t0.120冲量=窄脉冲面积第11页/共113页实验电路RLe(t)i(t)冲量相同的各种窄脉冲的响应波形i(t)=?冲量=1e(t)t50.2e(t)td(t)e(t)t0.210e(t)t0.120(a)(b)(c)(d)(d)(c)(b)(a)第12页/共113页比较RL电路对冲量相同而形状

7、不同冲量相同而形状不同窄脉冲的响应波形可知，输出波形大致相同 进一步说,响应波形的低频成份基本相同。上述原理可以称为上述原理可以称为面积等效原理面积等效原理。根据该原理，将。根据该原理，将平均值为平均值为up的一系列幅值相等而宽度不相等的的一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲加到包含惯性环节的负载上，将与施加脉冲加到包含惯性环节的负载上，将与施加幅值为幅值为up的恒定直流电压所得结果基本相同，的恒定直流电压所得结果基本相同，这样一来就这样一来就可用一列脉冲波形代替直流波形可用一列脉冲波形代替直流波形。第13页/共113页除了直流波形可用除了直流波形可用PWMPWM波形来代替外，波形来代替外，根据面

8、积等效原理可以进一步推出，可以根据面积等效原理可以进一步推出，可以在一在一段时间内按一定规则生成段时间内按一定规则生成PWMPWM波形来代替所需波形来代替所需的任何波形的任何波形如用正弦脉冲宽度调制波形来代替正弦波如用正弦脉冲宽度调制波形来代替正弦波SPWMSPWM第14页/共113页生成生成PWMPWM波形有多种方法，常见有波形有多种方法，常见有计算法计算法、调调制法制法等。等。计算法计算法是在每个时间段，利用计算机技术直接是在每个时间段，利用计算机技术直接计算出当前所需要的脉冲宽度，进而据此对电计算出当前所需要的脉冲宽度，进而据此对电力电子器件进行开关控制而获得力电子器件进行开关控制而获得

9、PWMPWM波形。波形。调制法调制法是利用高频载波信号与期望信号相比较来是利用高频载波信号与期望信号相比较来确定各脉冲宽度信息进而生成确定各脉冲宽度信息进而生成PWMPWM波形。波形。第15页/共113页调制法生成调制法生成PWMPWM波形典型框图：波形典型框图：u*R: 调制信号uC: 载波信号载波信号频率远大于调制信号频率第16页/共113页3.2.1 降压斩波电路3.2.2 升压斩波电路3.2.3 升降压斩波电路3.2.4 库克变换电路第17页/共113页基本的直流变换电路：基本的直流变换电路：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、库克变换电路 介绍内容： 1、电路结构2、工作原理

10、3、主要波形4、基本数量关系第18页/共113页3.2.1 3.2.1 降压变换电路降压变换电路 降压变换电路输出电压的平均值低于输入直流降压变换电路输出电压的平均值低于输入直流电压，又称为电压，又称为BuckBuck型变换器。型变换器。 ? D、L、C作用降压变换电路降压变换电路IGBT实现实现USiSiLuoioRLCTDUSiSiLuoioRLCSD降压变换电路结构降压变换电路结构第19页/共113页1 1 降压变换电路工作原理降压变换电路工作原理（1）T导通情形电感电压uL=US uo，在该电压的作用下，电感电流iL线性增长 ，电感储能增加电源能量向电感、负载传递USiSiLuoioR

11、LCTDT导通等效电路USiSiLuoioRLCTD第20页/共113页1 降压变换电路工作原理降压变换电路工作原理（2）T 断开情形-电流连续电感电压uL= uo，在该电压的作用下，电感电流iL线性下降 ，电感储能减少电感储能向电容、负载转移USiSiLuoioRLCTDT断开等效电路（iL0)DUSiSiLuoioRLCT第21页/共113页1 1 降压变换电路工作原理降压变换电路工作原理（2）T 断开情形-电流断续电感电压uL= 0，电容向负载供电电容储能向负载转移T一周期中导通时间愈长，向电感转移的能量愈多，向负载转移的能量也愈多，即输出电压愈高控制开关管导通占空比可控制输出电压USi

12、SiLuoioRLCTDT断开等效电路（iL=0)iLDUSiSuoioRLCT第22页/共113页1 1 降压变换电路工作原理降压变换电路工作原理输出电压在0电源电压之间可调降压变换电路降压变换电路特殊情形：T常断开特殊情形：T常导通USiSiLuoioRLCTD稳态：电感电压uL= 0 负载电压u0=0稳态：电感电压uL= 0 负载电压u0=US第23页/共113页2 主要波形分析理论基础电路理论基本方法分段线性分析 （重点是根据开关情况确定等效电路）假设条件：1、器件是理想的（不考虑开关时间、导通压降等）2、输出滤波电容较大，输出电压基本平直第24页/共113页电感电流连续情形： iL0

13、降压电路T导通等效电路uG0T断开等效电路uG=0第25页/共113页数学模型数学模型:RuidtduCiuUdtdiLuCLCCCSLL初值条件初值条件?假设假设uC=Uo =常数常数iL线性增加线性增加uGtuLCsuU tiLiMimtiCtT导通等效电路导通等效电路+uo-+ uL -T导通波形第26页/共113页数学模型数学模型:RuidtduCiudtdiLuCLCCCLL初值条件初值条件?假设假设uC= Uo =常数常数iL线性减少线性减少toffCuiLuGttonuLCSuU tiCtimtiMT断开等效电路断开等效电路+uo-+ uL -主要波形第27页/共113页(1)

14、平均输出电压平均输出电压Uo(2) 平均输出电流平均输出电流Io表现系统主要性能指标的量：表现系统主要性能指标的量：(3) 电感电流纹波电感电流纹波D DIL(4) 负载电压纹波负载电压纹波D DUO主要器件承受的电压、电流等量可根据波形确定主要器件承受的电压、电流等量可根据波形确定第28页/共113页uLuGCSuU iLiCimttttCutontoffiM(1) 平均输出电压平均输出电压Uo稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。0*)(*)(offConCStutuU或或：0*)(*)(offoonoStUtUUSSSonoDUUTtU第29页/共113页uLuGCSuU iLiCi

15、mttttCutontoffiM(2) 输出平均电流输出平均电流IoRUDRUISOoIO(3) 电感电流纹波电感电流纹波D DILOSCSLLUUuUdtdiLuonOStLUUmMLiiIDonStULD1第30页/共113页uLuGCSuU iLiCimttttCutontoffiMIO(4) 电感电流极值电感电流极值iM、im?稳态情况下，电容上一周期中的平均电流为零。电流连续时电流连续时:22MmMOiiiI电感平均电流=负载平均电流22LOmLOMIIiIIiDD第31页/共113页(5) 电容电压纹波电容电压纹波D DuCuGiLimtttontoffiMIOiCtDuCtuCU

16、ORUiRuidtduCiOLCLCCD2/2/)(1offonontttOLCmCMCdtIiCUUu2*2*21*1LsCITCuDD第32页/共113页（5）电容电压纹波电容电压纹波D DuC2*2*21*1LsCITCuDDonSstULDTC2)1 (*2*21*1onSStTULCD8)1 ( SonoffonSDTtttT注意：28)1 (SSTULCDDonSLtULDID1结论：1：增加LC, 电压纹波减少2：开关频率高，电压纹波小3：D，电压纹波达到峰值第33页/共113页5、电容电压纹波电容电压纹波D DuC28)1 (SSCTULCDDuD记：开关频率电路TTfS1LC

17、fC21截止频率滤波电路222)1 (DffUDDuCSC纹波系数纹波系数：OCCCUuUuDD222)1 (ffDC电压纹波系数很小时,ffC第34页/共113页电感电流断续情形：在一段时间内iL=0降压电路T导通等效电路uG0T断开、D续流等效电路uG=0uG=0T断开、D断开等效电路第35页/共113页数学模型数学模型:RuidtduCiuUdtdiLuCLCCCSLL初值条件初值条件假设假设uC=Uo =常数常数iL线性增加线性增加uGtuLCSuU tiLiMtiCtT导通等效电路导通等效电路+uo-+ uL -第36页/共113页数学模型数学模型:RuidtduCiudtdiLuC

18、LCCCLL初值条件初值条件假设假设uC= Uo =常数常数iL线性减少线性减少ttttuLuGCSuU iLiCtontoffiMCutconT断开、断开、D续流等效电路续流等效电路+uo-+ uL -第37页/共113页数学模型数学模型:RudtduCidtdiLuCCCLL0初值条件初值条件uC= Uo =常数常数iC维持不变维持不变CSuU uLuGiLiCttttCutontofftconiMT断开、D断开等效电路+uo-第38页/共113页（1）平均输出电压平均输出电压Uo稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。0*)(*)(conConCStutuU或或：0*)(*)(cono

19、onoStUtUUSconononoUtttUuLuGCSuU iLiCttttCutontoffiMtcon注意：tcon与电路参数、ton有关第39页/共113页（1）平均输出电压平均输出电压UoSconononoUtttUuLuGCSuU iLiCttttCutontoffiMtconSoUDDDU211SonTtD 1SconTtD 2记电压变换比：211DDDUUSo第40页/共113页(2) 输出平均电流输出平均电流IoRUIOo(3) 电感电流纹波电感电流纹波D DILOSCSLLUUuUdtdiLuonOStLUUMLiI DuLuGCSuU iLiCttttCutontoff

20、iMtconIO电流断续时电流断续时:2MoiI 第41页/共113页uLuGCSuU iLuCttttCutontoffiMtcon(4) 电容电压纹波电容电压纹波D DuCOLCLCCIiRuidtduCiD21)(1ttOLCmCMCdtIiCUUuMoMsoMCiIiTDDIiCuD)(*)(*21*121IOCuDtt2t1注意：SMoMTDDiIitt)(2112第42页/共113页(4) 电容电压纹波电容电压纹波D DuCMoMsoMCiIiTDDIiCuD)(*)(*21*1212221)(*21RLTDLUDDCuSSCDSSonOSMTDLUDDDtLUUi1212*RUD

21、DDTDLUDDDIiSSSOM2111212*注意：=？第43页/共113页D2与系统参数关系与系统参数关系uLuGCSuU iLiCttttCutontoffiMtconRUIOoonOSMtLUUi电感平均电流电感平均电流=负载平均电流负载平均电流SoSScononMLTDDDLUUTttiI121)(2*2电感平均电流电感平均电流IL:RUTDDDLUUOSoS121)(22111DDkDDUUSo电压变换比第44页/共113页D2与系统参数关系与系统参数关系2111DDkDDUUSo电压变换比211DDDUUSo注意到：212DDkDSRTLk2注意242112kDDD2121112

22、11/411242DkkDDDDDDUUSo最后有：第45页/共113页电流临界连续电流临界连续: : 电感电流仅瞬间为零电感电流仅瞬间为零uLuGCSuU iLuCttttCutontoffiMtconIOCuDtt2t1RUIOoonOSMtLUUi电流临界连续时电流临界连续时:2MoiI onOSOotLUURUI2SSSSDTLDUURDU2STRLD21电流临界连续时电流临界连续时:第46页/共113页STRLD21电流临界连续时电流临界连续时:电感电流连续条件电感电流连续条件:STRLD21电感电流临界连续条件电感电流临界连续条件: :STRLD21电感电流断续条件电感电流断续条件

23、:STRLD21第47页/共113页优点优点1 1、电路简单、电路简单2 2、控制特性好、控制特性好3 3、负载侧电流波动小、负载侧电流波动小缺点缺点1 1、电源侧电流波动大、电源侧电流波动大2 2、只能降压、不能生压、只能降压、不能生压第48页/共113页1 1 升压变换电路结构与工作原理升压变换电路结构与工作原理工作原理工作原理: :T导通时导通时, uL=US , 电感电流线性增加电感电流线性增加, ,电感储能增加电感储能增加, ,电源向电感转移电能。电源向电感转移电能。T断开时断开时, , uL=US - uC, 电感电流减少电感电流减少, ,电感电感储能减少储能减少, , 电感储能向

24、负载转移电能。电感储能向负载转移电能。升压变换电路结构升压变换电路结构升压变换电路升压变换电路IGBTIGBT实现实现第49页/共113页1 1 升压变换电路结构与工作原理升压变换电路结构与工作原理工作原理工作原理: :稳态情况下稳态情况下,T,T断开时断开时, , 电电感电流减少感电流减少, ,uL=US - uC US 升压变换电路升压变换电路升压变换电路升压变换电路IGBTIGBT实现实现第50页/共113页假设条件：1、器件是理想的（不考虑开关时间、导通压降等）2、输出滤波电容较大，输出电压基本平直. .电感电流连电感电流连续续. .电感电流断电感电流断续续两种情形两种情形: :升压变

25、换电路升压变换电路IGBTIGBT实现实现第51页/共113页等效电路等效电路: : 根据开关器件根据开关器件的通断状况来确定的通断状况来确定IGBTIGBT器件的通断由其栅极器件的通断由其栅极控制信号决定控制信号决定升压变换电路升压变换电路T T断开等效电路断开等效电路UG=0T T导通等效电路导通等效电路UG0第52页/共113页iLimtuLSUtCSuU uGttontoffiMiCt升压变换电路升压变换电路T T导通等效电路导通等效电路T T断开等效电路断开等效电路第53页/共113页升压变换电路升压变换电路T T断开断开DD续流等效电路续流等效电路UG=0T T断开断开DD断开等效

26、电路断开等效电路UG=0T T导通等效电路导通等效电路UG0第54页/共113页uLSUtiLtuGttontoffiMiCtCSuU tconT T导通等效电路导通等效电路T T断开断开DD续流等效电路续流等效电路T T断开断开DD断开等效电路断开等效电路第55页/共113页(1) (1) 平均输出电压平均输出电压Uo稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。0*)(*)(offCSonStuUtU或：或：0*)(*)(offoSonStUUtUSSoffSoUDUtTU11uLuGSUiLiCimttttCSuU tontoffiMTS升压变换电路升压变换电路第56页/共113页(2) 平

27、均输出电流平均输出电流IoRUDRUISOo11(3) 电感电流纹波电感电流纹波D DILSLLUdtdiLuonStLUmMLiiID升压变换电路升压变换电路uLuGSUiLiCimttttCSuU tontoffiMTS第57页/共113页(4) 电容电压纹波电容电压纹波D DuC升压变换电路升压变换电路uLuGSUiLiCimttttCSuU tontoffiMTS考虑Ioim情形:IoDontOCdtICu0)(1onotIC1SSCDTDUCRuD11第58页/共113页(1) 平均输出电压平均输出电压Uo稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。0*)(*)(conCSonStuU

28、tU或：或：0*)(*)(conoSonStUUtUSSconcononoUDDDUtttU221SconSonTtDTtDD21注:uLSUtiLtuGttontoffiMiCtCSuU tcon第59页/共113页(2) 平均输出电流平均输出电流IoRUDDDRUISOo221(3) 电感电流纹波电感电流纹波D DILSLLUdtdiLuonStLUMLiI DuLSUtiLtuGttontoffiMiCtCSuU tcon电感电流平均值电感电流平均值I L)(*221DDiIML输出电流输出电流Io22DiIMo第60页/共113页uLSUtiLtuGttontoffiMiCtCSuU

29、tconD2与系统参数的关系与系统参数的关系SSMLTDDDLUDDiI)(2)(*221121输入功率=输出功率，有：RUIUIUoOOLS2222121121)(2SSSUDDDRTDDDLU2/4112112kDDkD其中：SRTLk2第61页/共113页(4) 电容电压纹波电容电压纹波D DuCuLSUtiLtuGttontoffiMiCtCSuU tconIoDwonontttOLCdtIiCu)(1wt)(211oMwCIitCuD注意:onSMtLUi22DiIMosMoMwTDiIit2SSCUTDDDLCu*)2/1 (2122221D第62页/共113页uLuGSUiLiD

30、ttttCSuU tontoffiM(5) 电感电流临界连续条件电感电流临界连续条件RUIOoonSMtLUi电流临界连续时电流临界连续时:)1 (2DiIMo)1 (2DtLURUIonSOoSSSTDDLURDU)1 (2)1 (STRLDD2)1 (2电流临界连续时电流临界连续时:电感电流仅瞬间为零电感电流仅瞬间为零第63页/共113页(5) 电感电流临界连续条件电感电流临界连续条件STRLDD2)1 (2电流临界连续时电流临界连续时:电流连续时电流连续时:)1 (2DiiImMo)1 (2DiIMo电流连续条件电流连续条件:STRLDD2)1 (2电流断续条件电流断续条件:STRLDD

31、2)1 (2第64页/共113页优点优点1 1、电路简单、电路简单2 2、电源侧电流波动小、电源侧电流波动小缺点缺点1 1、负载侧电流波动大、负载侧电流波动大2 2、只能升压、不能降压、只能升压、不能降压升压变换电升压变换电路不宜在输路不宜在输出端开路情出端开路情况下工作况下工作!第65页/共113页1 1 升降压变换电路结构与工作原理升降压变换电路结构与工作原理T T导通时导通时, , uL=US , , 电感电流线性增加电感电流线性增加, ,电电感储能增加感储能增加, ,电源向电感转移电能。电源向电感转移电能。T T断开时断开时, , uL= - uC, , 电感电流减少电感电流减少, ,

32、电感储电感储能减少能减少, , 电感储能向负载转移电能。电感储能向负载转移电能。工作原理工作原理: : 控制控制T T通断来控制电源向负载转移电能通断来控制电源向负载转移电能升降压变换电路结构升降压变换电路结构升降压变换电路升降压变换电路IGBT实现实现第66页/共113页1 1 升降压变换电路结构与工作原理升降压变换电路结构与工作原理工作原理工作原理: :特殊情况特殊情况: : T T长期断开时长期断开时, ,输出电压输出电压uO=0。T T导通时间较长时导通时间较长时, ,电感电流将趋于无限大电感电流将趋于无限大, ,此时断开此时断开T T, ,将有无穷大能量转移到负载将有无穷大能量转移到

33、负载, ,输出输出电压电压uO也将趋于无限大也将趋于无限大。升降压变换电路升降压变换电路升降压变换电路结构升降压变换电路结构升降压变换电路升降压变换电路IGBT实现实现第67页/共113页. .电感电流连续电感电流连续. .电感电流断续电感电流断续两种情形两种情形: :假设条件：1、器件是理想的（不考虑开关时间、导通压降等）2、输出滤波电容较大，输出电压基本平直升降压变换电路升降压变换电路第68页/共113页升降压变换电路升降压变换电路T T断开、断开、D D续流等效电路续流等效电路UG=0T T导通等效电路导通等效电路UG0电感电流连续电感电流连续iL0第69页/共113页uLSUtuGtt

34、ontoffiCtiMiLtim-uC升降压变换电路升降压变换电路T T导通等效电路导通等效电路T T断开、断开、D D续流等效电路续流等效电路第70页/共113页升降压变换电路升降压变换电路T T断开、断开、D D续流等效电路续流等效电路UG=0T T导通等效电路导通等效电路UG0电感电流断续电感电流断续:存在存在iL=0时间段时间段T T断开、断开、D D断开等效电路断开等效电路UG=0第71页/共113页uLSUtiLtuGttoniCtiMtoff-uCtconT T断开、断开、D D续流等效电路续流等效电路T T导通等效电路导通等效电路T T断开、断开、D D断开等效电路断开等效电路

35、第72页/共113页升降压变换电路升降压变换电路uLuGSUiLiCtttttontoffiMim-uC(1) 平均输出电压平均输出电压Uo稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。0*)(*)(offConStutU或或：0*)(*)(offoonStUtUSSoffonoUDDUttU1第73页/共113页升降压变换电路升降压变换电路uLuGSUiLiCtttttontoffiMim-uC(2) 平均输出电流平均输出电流IoRUDDRUISOo1(3) 电感电流纹波电感电流纹波D DILSLLUdtdiLuonStLUmMLiiIDT导通期间：第74页/共113页升降压变换电路升降压变换电

36、路uLuGSUiLiCtttttontoffiMim-uC(4)电容电压纹波电容电压纹波D DuC考虑Ioim情形:DontOCdtICu0)(1onotIC1SSCTDDURCu211DIoRUIOo第75页/共113页升降压变换电路升降压变换电路(1) 平均输出电压平均输出电压Uo稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。0*)(*)(conConStutU或或：0*)(*)(conoonStUtUSScononoUDDUttU21uLuGSUiLiCtttttontoffiM-uCtcon第76页/共113页升降压变换电路升降压变换电路(2) 平均输出电流平均输出电流IoRUDDRUIS

37、Oo21(3) 电感电流纹波电感电流纹波D DILonStLUMLiIDSLLUdtdiLuT导通期间：uLuGSUiLiCtttttontoffiM-uCtcon第77页/共113页(4)电容电压纹波电容电压纹波D DuC|Io|uLuGSUiLiCtttttontoffiM-uCtconDwonontttOLCdtIiCu)(1)(211oMwCIitCuD注意:onSMtLUi22DiIMosMoMwTDiIit2SSCUTDDDLCu*) 2/1 (2122221Dtw第78页/共113页(5)电流临界连续条件电流临界连续条件uLuGSUiLiDttttCutontoffiMRUIOo

38、onSMtLUi电流临界连续时电流临界连续时:)1 (2DiIMo)1 (2DtLURUIonSOoSSSTDDLURDDU)1 (2)1 (STRLD2)1 (2电流临界连续时电流临界连续时:电感电流仅瞬间为零电感电流仅瞬间为零第79页/共113页(5)电流临界连续条件电流临界连续条件电流连续时电流连续时:)1 (2DiiImMo电流连续条件电流连续条件:STRLD2)1 (2)1 (2DiIMouLuGSUiLiCtttttontoffiMim-uCSTRLD2)1 (2电流临界连续时电流临界连续时:电流断续条件电流断续条件:STRLD2)1 (2第80页/共113页优点优点1 1、电路简

39、单、电路简单2 2、既能升压、也能降压、既能升压、也能降压缺点缺点1 1、电源侧、负载侧电流波动大、电源侧、负载侧电流波动大D2与电路参数关系请自行推导第81页/共113页优点优点: : 降压、负载电流波动小降压、负载电流波动小缺点：不能升压、电源电流波动大缺点：不能升压、电源电流波动大优点优点: : 升压、电源电流波动小升压、电源电流波动小缺点：不能降压、负载电流波动大缺点：不能降压、负载电流波动大优点优点: : 能升压、降压能升压、降压缺点：负载电流、电源电流波动大缺点：负载电流、电源电流波动大升降压变换电路升降压变换电路降压变换电路降压变换电路升压变换电路升压变换电路第82页/共113页

40、期望电路期望电路：能同时实现升压、降压：能同时实现升压、降压 能同时使电源电流、负载电流波动小能同时使电源电流、负载电流波动小库克变换电路库克变换电路第83页/共113页1 1 工作原理工作原理: :T T导通时导通时, , uL=US , , 电感电流线性增加电感电流线性增加, ,电感储电感储能增加能增加, ,电源向电感转移电能。同时电容电源向电感转移电能。同时电容C1上储能向负载转移。上储能向负载转移。T T断开时断开时, , 电感电流减少电感电流减少, ,电感储能减少电感储能减少, , 电感电感储能向储能向C1 、负载转移电能。、负载转移电能。控制控制T T通断来控制电源向负载转移电能通

41、断来控制电源向负载转移电能第84页/共113页1 1 工作原理工作原理: :特殊情况特殊情况: : T T长期断开时长期断开时, ,输出电压输出电压uO=0。T T导通时间较长时导通时间较长时, ,电感电流将趋于无限大电感电流将趋于无限大, ,此此时断开时断开T T, ,将有无穷大能量转移到负载将有无穷大能量转移到负载, ,输出电压输出电压uO也将趋于无限大也将趋于无限大。升降压变换电路升降压变换电路控制控制T T通断来控制电源向负载转移电能通断来控制电源向负载转移电能第85页/共113页. .电感电感L L2 2电流连续电流连续. .电感电感L L2 2电流断续电流断续两种情形两种情形: :

42、假设条件：1、器件是理想的（不考虑开关时间、导通压降等）2、滤波电容较大，输出电压基本平直库克变换电路库克变换电路第86页/共113页库克变换电路库克变换电路T T导通、导通、D D断开等效电路断开等效电路UG0T T断开、断开、D D续流等效电路续流等效电路UG=0第87页/共113页uL1SUtuGttontoffiL1tiM1im1uL2OCuu1tUS-uC1-uOiL2t库克变换电路库克变换电路T T导通、导通、D D断开等效电路断开等效电路T T断开、断开、D D续流等效电路续流等效电路第88页/共113页库克变换电路库克变换电路T T断开、断开、D D续流等效电路续流等效电路UG

43、=0T T断开、断开、D D断开等效电路断开等效电路UG=0T T导通、导通、D D断开等效电路断开等效电路UG0第89页/共113页uL1SUtuGttontofftiL1iM1uL2OCUu1t-uOUS-uC1iL2ttconT T导通、导通、D D断开等效电路断开等效电路T T断开、断开、D D续流等效电路续流等效电路T T断开、断开、D D断开等效电路断开等效电路第90页/共113页uL1SUtuGttontoffiL1tiM1uL2OCuu1t-uOiL2tUS-uC1tconT T导通、导通、D D断开等效电路断开等效电路T T断开、断开、D D续流等效电路续流等效电路T T断开

44、、断开、D D断开等效电路断开等效电路第91页/共113页库克变换电路库克变换电路(1) 平均输出电压平均输出电压Uo稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。0*)(*)(1offCSonStUUtU0*)(*)(1offoonoCtUtUUSSoffonoUDDUttU1uL1uGSUiL1iL2tttttontoffiM1im1US-uC1uL2OCuu1t-uO第92页/共113页库克变换电路库克变换电路SoCUUU1SCUDU111(1) 平均输出电压平均输出电压UoSSoffonoUDDUttU1C1平均电压满足平均电压满足:稳态时稳态时C1电压电压高于电源电压高于电源电压第93页

45、/共113页库克变换电路库克变换电路(3) 电感电流纹波电感电流纹波D DiLSLLUdtdiLu222onStLU2222mMLiiIDuL1uGSUiL1iL2tttttontoffiM1im1-uOuL2SUt-uOIO(2) 输出平均电流输出平均电流IORUDDRUISOo1第94页/共113页库克变换电路库克变换电路(4) 输出电压纹波输出电压纹波D DuOuL1uGSUiL1iL2tttttontoffiM1im1-uOuL2SUt-uOIORUiRuidtduCiOLCLCC222222DD2/2/222)(1offonontttOLCOdtIiCuu2*2*21*122LsOI

46、TCuDDSSUCLDT2228第95页/共113页库克变换电路库克变换电路(1) 输出平均电压输出平均电压UOuL1uGSUiL1iL2tttttontoffiM1US-uC1uL2OCUu1t-uOtcon稳态情况下，电感上一周期中的平均电压为零。0*)(*)(1conCSonStUUtU0*)(*)(1conoonoCtUtUUSScononoUDDUttU21第96页/共113页(2) 电流临界连续条件电流临界连续条件因输入输出功率平衡，有因输入输出功率平衡，有：RUIUIUOOOLS21uL1uGSUiL1iL2tttttontoffiM1US-uC1uL2OCuu1t-uOim1i

47、m2iM2电流临界连续时电流临界连续时:im1=-im2库克变换电路库克变换电路第97页/共113页(2) 电流临界连续条件电流临界连续条件uL1uGSUiL1iL2tttttontoffiM1US-uC1uL2OCuu1t-uOim1im2iM22111MmLiiI因为：onSmMtLUii111SoUDDU1RUDDtLUiUSonSmS/)1()2(211SonSmURDDtLUi2211)1 (2因输入输出功率平衡，有因输入输出功率平衡，有：RUIUIUOOOLS21第98页/共113页(2) 电流临界连续条件电流临界连续条件uL1uGSUiL1iL2tttttontoffiM1US-

48、uC1uL2OCuu1t-uOim1im2iM2又：onSmMtLUii222SOoURDDRUI)1 ( RUiiOMm222SonSmURDDtLUi)1 (222因因Io=L2平均电流，有平均电流，有：222MmoiiI第99页/共113页(2) 电流临界连续条件电流临界连续条件电流临界连续时：电流临界连续时：im1=-im2)(212121LLRTLLDS电流临界电流临界连续条件连续条件)11 (1)11(221DDRUDDLLtUSonS#1、#2两式相加SonSmURDDtLUi2211)1 (2（#1）SonSmURDDtLUi)1 (222（#2）第100页/共113页(2) 电流临界连续条件电流临界连续条件)(212121LLRTLLDS电流临界连续条件：电流临界连续条件：电流连续条件电流连续条件: :)(212121LLRTLLDS电流断续条件电流断续条件: :)(212121LLRTLLDS库克变换电路库克变换电路第101页/共113页库克变换电路库克变换电路优点优点1 1、既能升压、也能降压、既能升压、也能降压2 2、电源侧、负载侧电流波动小、电源侧、负载侧电流波动小缺点缺点1 1、电路稍复杂（多用一电感、一电容）、电路稍复杂（多用一电感、一电容）2 2、电容、电容C C2 2充放电电流波动大充放电电流波动大第1