DC-DC变换(开关电源)

1、 DC/DC DC/DC变换电路变换电路 1.21.2基本的直流斩波电路基本的直流斩波电路 1.31.3开关式稳压电源工作原理电路开关式稳压电源工作原理电路 1.4 1.4 常用开关式集成稳压器及应用常用开关式集成稳压器及应用 1.11.1直流直流PWMPWM控制技术基础控制技术基础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 1.11.1直流直流PWMPWM控制技术基础控制技术基础1.1.1 1.1.1 直流变换的基本原理

2、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1.11.1直流直流PWMPWM控制技术基础控制技术基础1.1.1 1.1.1 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

3、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效电路ioUSiSuoRT1.11.1直流直流PWMPWM控制技术基础控制技术基础1.1.1 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ioUSiSuoRT1.1.

4、1 1.1.1 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流变换电路ioUSiSuoRT1.1.1 1.1.1 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 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改变改

5、变占空比占空比D D有三种基本方法：有三种基本方法：1.1.1 1.1.1 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 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了输出电压周期或频率。频率。tonTS1uttonTS2ut2211DTtTtDsonson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：1.1.1 1.1.1 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

6、在这种方式中，输出电压波形的周期不变，电压波形的周期不变，仅改变脉冲宽度。仅改变脉冲宽度。有利于滤波器的设计ton1TSutton2TSut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：1.1.1 1.1.1 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均改变均改变。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ton1TSutton2TS2ut2 2直流直流PWMPWM波形的生成方法波形的生成方法生成生成PWMPWM波形有多种方法，常见有波形有多种方法，常见

7、有计算法计算法、调制法调制法等。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来确定各脉冲宽度信息进而生成PWMPWM波形。波形。调制法生成调制法生成PWMPWM波形典型框图：波形典型框图：2 2直流直流PWMPWM波形的生成方法波形的生成方法u*R: 调制信号uC: 载波信号载波信号频率远大

8、于调制信号频率1.21.2基本的直流变换电路基本的直流变换电路 1.2.1 降压斩波电路1.2.2 升压斩波电路1.2.3 升降压斩波电路1.21.2基本的直流基本的直流变换电路电路 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3、主要波形4、基本数量关系1.21.2基本的直流斩波电路基本的直流斩波电路 1.2.1 1.2.1 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、

9、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1.2.1 降压变换电路降压变换电路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USiSiLuoioRLCTDT导通等效电路USiSiLuoioRLCTD1.2.1 降压变换电路降压变换电路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

10、电感储能向电容、负载转移USiSiLuoioRLCTDT断开等效电路（iL0)DUSiSiLuoioRLCT1.2.1 1.2.1 降压变换电路降压变换电路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USiSiLuoioRLCTDT断开等效电路（iL=0)iLDUSiSuoioRLCT1.2.1 1.2.1 降压变换电路降压变换电路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

11、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=US2 主要波形分析1.2.1 1.2.1 降压变换电路降压变换电路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2 主要波形电感电流连续情形电感电流连续情形： iL0降压电路T导通等效电路uG0T断开等效电路uG=02 2 主要波形主要波形电感电流连续情形电感电流连续情形数学模型数学模型:Ru

12、idtduCiuUdtdiLuCLCCCSLL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2主要波形主要波形电感电流连续情形电感电流连续情形数学模型数学模型: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3 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形(1) 平均输出电压平均输

13、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3 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形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*)(*)(offoonoStUtUUSSSonoDUUTtUuLuG3 3 主要数

14、量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形CSuU iLiCimttttCutontoffiM(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 DILOSCSLLUUuUdtdiLuonOStLUUmMLiiIDonStULD1uLuG3 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形CSuU 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22LOmLOMIIiIIiDD3 3

15、 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形(5) 电容电压纹波电容电压纹波D DuCuGiLimtttontoffiMIOiCtDuCtuCUORUiRuidtduCiOLCLCCD2/2/)(1offonontttOLCmCMCdtIiCUUu2*2*21*1LsCITCuDD3 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形（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

16、：1：增加LC, 电压纹波减少2：开关频率高，电压纹波小3：D=0.5，电压纹波达到峰值3 3 主要数量关系主要数量关系电感电流连续情形电感电流连续情形5、电容电压纹波电容电压纹波D DuC28)1 (SSCTULCDDuD记：开关频率电路TTfS1LCfC21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,ffC4 主要波形电感电流断续情形电感电流断续情形：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4 4 主要波形主要波形电感电流断续情形电感电流

17、断续情形数学模型数学模型: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 -4 4 主要波形主要波形电感电流断续情形电感电流断续情形数学模型数学模型: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ttttuLuGCSuU iLiCtontoffiMCutconT断开、断开、D续流等效电路续流等效电路+uo-+ uL -4 4 主要波形主要波形电感电流断续情形电感电流断续情形数学模

18、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-5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形电感电流断续情形（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*)(*)(conoonoStUtUUSconononoUtttUuLuGCSuU iLiCttttCutontoffiMtcon注意：tcon与电路参数、ton有关5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流

19、断续情形电感电流断续情形（1）平均输出电压平均输出电压UoSconononoUtttUuLuGCSuU iLiCttttCutontoffiMtconSoUDDDU211SonTtD 1SconTtD 2记电压变换比：211DDDUUSo5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形电感电流断续情形(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 iLiCttttCutontoffiMtconIO电流断续时电流断续时:2MoiI 5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形

20、电感电流断续情形uLuGCSuU iLuCttttCutontoffiMtcon(4) 电容电压纹波电容电压纹波D DuCOLCLCCIiRuidtduCiD21)(1ttOLCmCMCdtIiCUUuMoMsoMCiIiTDDIiCuD)(*)(*21*121IOCuDtt2t1注意：SMoMTDDiIitt)(21125 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形电感电流断续情形(4) 电容电压纹波电容电压纹波D DuCMoMsoMCiIiTDDIiCuD)(*)(*21*1212221)(*21RLTDLUDDCuSSCDSSonOSMTDLUDDDtLUUi1212*RUDDDTDL

21、UDDDIiSSSOM2111212*注意：=？5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形电感电流断续情形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5 5 主要数量关系主要数量关系电感电流断续情形电感电流断续情形D2与系统参数关系与系统参数关系2111DDkDDUUSo电压变换比211DDDU

22、USo注意到：212DDkDSRTLk2注意242112kDDD212111211/411242DkkDDDDDDUUSo最后有：(5) (5) 电感电流临界连续条件电感电流临界连续条件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:（5 5） 电感电流临界连续条件电感电流临界连续条件STRLD21电流临界连续时电流临界连

23、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:STRLD21降压变换电路小结降压变换电路小结优点优点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1.2.2 1.2.2 升压变换电路升压变换电路 BoostBoost电路电路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

24、性增加电感电流线性增加, ,电感电感储能增加储能增加, ,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。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1.2.2 1.2.2 升压变换电路升压变换电路 BoostBoost电路电路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, , 电感电流减少电感电流减少, ,uL=US - uC US

25、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2 波形分析波形分析假设条件：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: :升压变换电路升压变换电路IGBTIGBT实现实现2 2 波形分析波形分析- -电感电流连续情形电感电流连续情形等效电路等效电路: : 根据开关器根据开关器件的通断状况来确定件的通断状况来确定IGBTIGBT器件的通断由其栅器件的通断由其栅极控制信号决定极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

26、T导通等效电路导通等效电路UG02 2 波形分析波形分析- -电感电流连续情形电感电流连续情形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2 2 波形分析波形分析- -电感电流断续情形电感电流断续情形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断开等效电路断开等效电路UG=0T T导通等效电路导通等效电路UG02 2 波形分析波形分析- -电感电流断续情形电感电流断续情形uLSUtiLtuGttontoffiMiCtCSuU tconT T导通等效

27、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3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流连续情形电感电流连续情形(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3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流连续情形电感电流连续情形(2) 平均输出电流平均输出电流IoRUDRUISOo11(3) 电

28、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 tontoffiMTS3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流连续情形电感电流连续情形(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)(1onotIC1SSCDTDUCRuD113 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流断续情形电感电流断续情形(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

29、为零。0*)(*)(conCSonStuUtU或：或：0*)(*)(conoSonStUUtUSSconcononoUDDDUtttU221SconSonTtDTtDD21注:uLSUtiLtuGttontoffiMiCtCSuU tcon3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流断续情形电感电流断续情形(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I

30、o22DiIMo3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流断续情形电感电流断续情形uLSUtiLtuGttontoffiMiCtCSuU 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：SRTLk23 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流断续情形电感电流断续情形(4) 电容电压纹波电容电压纹波D DuCuLSUtiLtuGttontoffiMiCtCSuU tconIoDwonontttOLCdtIiCu

31、)(1wt)(211oMwCIitCuD注意:onSMtLUi22DiIMosMoMwTDiIit2SSCUTDDDLCu*)2/1 (2122221D3 3 主要数量关系主要数量关系uLuGSUiLiDttttCSuU 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零3 3 主要数量关系主要数量关系(5) 电感电流临界连续条件电感电流临界

32、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:STRLDD2)1 (2升压变换电路小结优点优点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!1.2.3 升降压变换电路升降压变换电路 Buck-boost电路电路 1 1 升降压变换电路结构与工作原

33、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, ,电感电感储能减少储能减少, , 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3.2.3 3.2.3 升降压变换电路升降压变换电路 Buck-boostBuck

34、-boost电路电路 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负载, ,输输出电压出电压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2 2 波形分析波形分析. .电感电流连续电感电流连续. .电感电流断续电感电流断续

35、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2 2 波形分析波形分析- -电感电流连续情形电感电流连续情形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iL02 2 波形分析波形分析- -电感电流连续情形电感电流连续情形uLSUtuGttontoffiCtiMiLtim-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波形分析波形分析-

36、-电感电流断续情形电感电流断续情形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=02 2 波形分析波形分析- -电感电流断续情形电感电流断续情形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3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流连续情形电感电流连续情形升降压变换电路升降

37、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*)(*)(offoonStUtUSSoffonoUDDUttU13 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流连续情形电感电流连续情形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：3 3 主要数量关系主要数量关系-

38、 -电感电流连续情形电感电流连续情形升降压变换电路升降压变换电路uLuGSUiLiCtttttontoffiMim-uC(4)电容电压纹波电容电压纹波D DuC考虑Ioim情形:DontOCdtICu0)(1onotIC1SSCTDDURCu211DIoRUIOo3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流断续情形电感电流断续情形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-

39、uCtcon3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流断续情形电感电流断续情形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IoRUDDRUISOo21(3) 电感电流纹波电感电流纹波D DILonStLUMLiIDSLLUdtdiLuT导通期间：uLuGSUiLiCtttttontoffiM-uCtcon3 3 主要数量关系主要数量关系- -电感电流断续情形电感电流断续情形(4)电容电压纹波电容电压纹波D DuC|Io|uLuGSUiLiCtttttontoffiM-uCtconDwonontttOLCdtIiCu)(1)(211oMwCIitCuD注意:onSMtLUi2

40、2DiIMosMoMwTDiIit2SSCUTDDDLCu*) 2/1 (2122221Dtw3 3 主要数量关系主要数量关系(5)电流临界连续条件电流临界连续条件uLuGSUiLiDttttCutontoffiMRUIOoonSMtLUi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零3 3 主要数量关系主要数量关系(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:ST

41、RLD2)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升降压变换电路小结升降压变换电路小结优点优点1 1、电路简单、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线性调整式直流稳压电源的线性调整式直流稳压电源的 稳定度高、输出电压连续可调、输出纹波小。稳定度高、输出电压连续可调、输出纹波小。线性调整式直流稳压电源的最大线性调整式直流稳压电源的最大功耗大、效

42、率低，为了解决散热问题须加散热片，增加了电源功耗大、效率低，为了解决散热问题须加散热片，增加了电源体积和重量。另外抗干扰能力较差。体积和重量。另外抗干扰能力较差。造成这些缺点的造成这些缺点的：调整管工作在线性放大区，管子集电极电流调整管工作在线性放大区，管子集电极电流I IC C和管压降和管压降U UCECE都很大，都很大，耗散功率耗散功率P PC C= =I IC CU UCECE很大。很大。开关电源的基本思想：晶体管工作在饱和导通和截止状态时，管耗很小。开晶体管工作在饱和导通和截止状态时，管耗很小。开关电源指调整管工作在开关状态。关电源指调整管工作在开关状态。换能电路换能电路UOUI控制电

43、路控制电路取取样样电电路路将未经稳压的输入将未经稳压的输入电压电压U UI I转换成脉冲电压，再转换成脉冲电压，再经经LCLC滤波转换成直流电压滤波转换成直流电压。根据采样电路所采集根据采样电路所采集到的输出电压变化信号，控制到的输出电压变化信号，控制换能电路的工作情况，使输出换能电路的工作情况，使输出电压稳定。电压稳定。1.3 降压式稳压电源的工作原理调整调整管管续流二极管续流二极管滤波电滤波电路路工作原理u uB B为高电平时为高电平时T T饱和导通饱和导通D D截止，电感截止，电感L L储存能量储存能量, ,电容电容C C充电充电发射极电位发射极电位U UE E = =U UI I- -

44、U UCES CES = = U UI Iu uB B为低电平时为低电平时T T截止截止电感电感L L储存能量通过续流二极管储存能量通过续流二极管D D对负载释放能量。感生电动势使对负载释放能量。感生电动势使D D导通，导通，C C通过通过R RL L放电。放电。U UE E - - U UD D结论 开关调整管处于开关工作状态，由于开关调整管处于开关工作状态，由于储能元件储能元件L L、C C和续流二极管和续流二极管D D的作用，负的作用，负载电流始终为单方向流通的直流电流。载电流始终为单方向流通的直流电流。u uB B、u uE E、u uO O及及i iL L波形如图。波形如图。 UO+ -+ -UIRLLDTiLuEIOCuB(d)0tuBtonUIUn t(a)(b)toffiL(c)IL0tt0uEuOUO1.3 降压式稳压电源的工作原理00tuBtonUIUn t(a)(b)toffiL(c)IL0tt0uEuOUO UO+ -+ -UIRLLDTiLuEIOC如何稳压输出电压输出电压U UO O为为IonIDoffCESIonO)()(qUTtUUTTUUTTU电路根据输出电压的变化情况自动调节电路根据输出电压的变化情况自动调节u uB B的脉冲占空系数的脉冲占空系数q q, ,调节调节U UO O的大小，达到稳的大小，达到稳定输