直流直流变换技术

1、Power Electronic Technology电力电子技术Power Electronic Technologyn2.1 概述概述 n2.2 降压式变换器降压式变换器 n2.3 升压式变换器升压式变换器 n2.4 升降压式变换器升降压式变换器n2.5 库克变换器库克变换器*n2.6 正激式变换器正激式变换器n2.7 反激式变换器反激式变换器n2.8 桥式变换器桥式变换器*n2.9 多象限直流变换器多象限直流变换器*n2.10 其他典型直流变换器其他典型直流变换器*n2.11 应用示例应用示例*直流直流-直流变换技术直流变换技术Power Electronic Technology2.1

2、 概述概述直流直流-直流变换电路及功能直流变换电路及功能n功能功能将直流电变换为另一种固定电压或可调电压的直流电将直流电变换为另一种固定电压或可调电压的直流电n分类分类无变压器隔离无变压器隔离DC-DC变换器变换器有变压器隔离有变压器隔离DC-DC变换器变换器Power Electronic Technology无变压器隔离基本无变压器隔离基本DC-DC变换器变换器n降压式变换器降压式变换器（Buck Converter）n升压式变换器升压式变换器（Boost Converter)n升降压式变换器升降压式变换器（Buck-Boost Converter ）n库克变换器库克变换器（Cuk Con

3、verter ）nSepic变换器（变换器（Sepic Converter）nZeta变换器（变换器（Zeta Converter）2.1 概述概述Power Electronic Technology有变压器隔离基本有变压器隔离基本DC-DC变换器变换器n正激式变换器正激式变换器( (Forward Converter) )n反激式变换器反激式变换器( (Flyback Converter) )n半桥式变换器半桥式变换器( (Half-Bridge Converter) )n桥式变换器桥式变换器( (Bridge Converter) )n推挽变换器推挽变换器（Push-Pull conve

4、rter) )2.1 概述概述Power Electronic Technology开关调压的基本原理开关调压的基本原理输出平均电压：输出平均电压： 改变改变 可以改变输出电压可以改变输出电压donoavUTtU Tton2.1 概述概述Power Electronic Technology占空比的定义占空比的定义n开关接通的占空比定义为：开关接通的占空比定义为： n其中：其中：ton为开关导通时间，为开关导通时间，T为开关周期为开关周期。调节占空比的方法调节占空比的方法n脉冲宽度调制（脉冲宽度调制（PWM）在整个工作过程中，开关频率不在整个工作过程中，开关频率不变，而开关接通的时间按照要求变

5、化。变，而开关接通的时间按照要求变化。n脉冲频率调制（脉冲频率调制（PFM）在整个工作过程中，开关接通的在整个工作过程中，开关接通的时间不变，而开关频率按照要求变化。时间不变，而开关频率按照要求变化。TtDon 2.1 概述概述Power Electronic TechnologyBuck电路基本结构及其工作时的等效电路电路基本结构及其工作时的等效电路2.2 降压式变换器降压式变换器Power Electronic Technology等效的电路模型及直流变换器稳态工作基本规律等效的电路模型及直流变换器稳态工作基本规律n电感电感L和电容和电容C 组成低通滤波器，输出电压组成低通滤波器，输出电压

6、uo (t)就是就是us(t) 的直流的直流分量分量Uo再附加微小纹波再附加微小纹波uripple(t) 。 n有：有： 小纹波近似（稳态工作时，电小纹波近似（稳态工作时，电容上的电压是直流分量和微小纹波的合成。）容上的电压是直流分量和微小纹波的合成。）orippleoo)(UtuUtu）（2.2 降压式变换器降压式变换器Power Electronic Technology等效的电路模型及直流变换器稳态工作基本规律等效的电路模型及直流变换器稳态工作基本规律n一个开关周期内电容包含充电和放电两个过程，稳态时电一个开关周期内电容包含充电和放电两个过程，稳态时电路达到稳定平衡，电容上平均电压维持不

7、变路达到稳定平衡，电容上平均电压维持不变 电容充放电容充放电平衡（稳态工作时一个开关周期内电容充放电平衡。）电平衡（稳态工作时一个开关周期内电容充放电平衡。）2.2 降压式变换器降压式变换器Power Electronic Technology等效的电路模型及直流变换器稳态工作基本规律等效的电路模型及直流变换器稳态工作基本规律n开关开关S置于置于1位时（位时（t1)，电感电流增加（，电感电流增加（I1) ，电感储能；而当，电感储能；而当开关开关S置于置于2位时（位时（t2) ，电感电流减小（，电感电流减小（I2)，电感释能。稳态，电感释能。稳态状况下一个开关周期内电感平均磁链维持不变，电感电流

8、平均状况下一个开关周期内电感平均磁链维持不变，电感电流平均增量为零（增量为零（ ） 电感伏秒平衡电感伏秒平衡2.2 降压式变换器降压式变换器021 iiPower Electronic Technology电感电流连续模式电感电流连续模式（CCM）下稳态工作波形分析下稳态工作波形分析n分析过程假定：分析过程假定：（1 1）忽略器件开关时间）忽略器件开关时间（2 2）忽略元器件工作损耗和寄生参数影响）忽略元器件工作损耗和寄生参数影响（3 3）忽略电路的分布参数影响）忽略电路的分布参数影响（4 4）输入为理想直流电源，忽略内阻、纹波、电压波动）输入为理想直流电源，忽略内阻、纹波、电压波动n假定条件

9、是对实际电路的一种简化与近似，实际电路通过假定条件是对实际电路的一种简化与近似，实际电路通过合理的工艺设计，其工作状态一般接近于假定的状态。合理的工艺设计，其工作状态一般接近于假定的状态。n约定：约定：小写字母表示瞬时值，大写字母表示直流小写字母表示瞬时值，大写字母表示直流。2.2 降压式变换器降压式变换器Power Electronic Technologyn晶体管导通状态（晶体管导通状态（0 t t1）VT开通开通、VD关断，关断， Ud恒定，有：恒定，有： （小纹波近似）（小纹波近似）则：则： 基本恒定，电流线性变化有：基本恒定，电流线性变化有： （io恒定，恒定，iC与与iL同斜率）同

10、斜率）tiLuUuddLodL io0VT uooUu RUiiiioLoLC LVTii DTLUUtLUUI)()(od1odL1 ododLUUuUu 2.2 降压式变换器降压式变换器Power Electronic Technologyn二极管导通模式（二极管导通模式（t1 t t2） VT关断，电感续流关断，电感续流VD导通，有：导通，有：输出电流线性减小，有：输出电流线性减小，有：2.2 降压式变换器降压式变换器iotiLUuddLoL 0VT idVTUu ooUu 12L2LoddttILtiLU LTDUIL)1(o2 RUiiiioLoLC Power Electronic

11、 Technology2.2 降压式变换器降压式变换器Power Electronic Technology电感电流连续模式电感电流连续模式（CCM）下工作参数分析下工作参数分析由稳态时电感伏秒平衡的规律，得：由稳态时电感伏秒平衡的规律，得： 忽略电路工作产生的损耗，输入输出能量守恒，有：忽略电路工作产生的损耗，输入输出能量守恒，有： 其中：其中：Iin为输入平均电流（直流电流），为输入平均电流（直流电流），Io为输出直流电流，为输出直流电流， D 为占空比，为占空比，Ud为输入直流电压，为输入直流电压，Uo为输出直为输出直流电压。流电压。2.2 降压式变换器降压式变换器0)1()(ood T

12、DUDTUUdoDUU 0)1()(ood TDUDTUUooindIUIU oinDII ooindIUIU Power Electronic Technologyn考虑到稳态工作时电感伏秒平衡的特点，考虑到稳态工作时电感伏秒平衡的特点，电容纹波峰峰值为电容纹波峰峰值为：n电感电流脉动峰峰值为：电感电流脉动峰峰值为： LC滤波器设计约束条件滤波器设计约束条件2dCPPOPP8)1(2LCfDDUCQuUU 输出电容电压波形输出电容电压波形fLDUDDTLDUIIddL1LPP)1()1( 2.2 降压式变换器降压式变换器Power Electronic Technology电感电流临界连续、

13、断续工作模式简介电感电流临界连续、断续工作模式简介2.2 降压式变换器降压式变换器II21o 电感电流临界连续状态电感电流临界连续状态 电感电流断续状态电感电流断续状态对于对于CCM状态状态对于对于DCM状态状态II21oPower Electronic Technology电感电流断续模式电感电流断续模式（DCM）下稳态工作波形分析下稳态工作波形分析n0 t t1时段（时段（VT开通）开通） VD关断关断，电路拓扑、电路方程与电路拓扑、电路方程与CCM状态一致，区别在状态一致，区别在于每个周期电感电流从零开始增长。于每个周期电感电流从零开始增长。nt1 t ts时段（时段（VT关断）关断）

14、电感续流电感续流，VD开通开通，电路拓扑、电路方程与电路拓扑、电路方程与CCM状态一状态一致，区别在于每个周期电感电流在致，区别在于每个周期电感电流在ts时刻衰减到零。时刻衰减到零。nts t t2时段（时段（VT、VD关断）关断） 电感电流为零，电感电压为零，电容放电供给负载。电感电流为零，电感电压为零，电容放电供给负载。2.2 降压式变换器降压式变换器Power Electronic Technology2.2 降压式变换器降压式变换器Power Electronic TechnologynBuck电路电感电流连续的临界条件电路电感电流连续的临界条件输出电流大于临界连续时电感平均电流，即：

15、输出电流大于临界连续时电感平均电流，即： LC滤波器设计约束条件之一滤波器设计约束条件之一TDLR)1(211 实际应用时，一般不希望出现电流断续的情况！实际应用时，一般不希望出现电流断续的情况！2.2 降压式变换器降压式变换器Power Electronic Technology课堂思考课堂思考n利用利用Buck电路设计一开关电源，计算电路相关参数。电电路设计一开关电源，计算电路相关参数。电路工作于电感电流连续状态，设计指标如下：路工作于电感电流连续状态，设计指标如下：（1）输入电压）输入电压30V；（2）输出电压）输出电压10V；（3）输出纹波峰峰值不大于）输出纹波峰峰值不大于100mV；

16、（4）输出电流最大）输出电流最大1A，最小，最小100mA；（5）电源开关频率）电源开关频率100kHz。2.2 降压式变换器降压式变换器Power Electronic Technology电路参数设计目标电路参数设计目标（1）电感参数设计）电感参数设计：需得到：需得到电感量电感量与与最大峰值电流最大峰值电流、最大最大有效值电流有效值电流三个参数；三个参数；（2）电容参数设计）电容参数设计：需得到：需得到电容量电容量与与额定电压额定电压两个参数；两个参数；（3）MOSFET开关管选择开关管选择：需得到：需得到额定电流额定电流、额定电压额定电压两个参数；两个参数；（4）二极管选择）二极管选择：

17、需得到：需得到额定电流额定电流、额定电压额定电压两个参数。两个参数。2.2 降压式变换器降压式变换器Power Electronic Technology设计方法设计方法（1）由输入输出电压关系，计算）由输入输出电压关系，计算D（2）设计电感参数）设计电感参数 Buck变换器电感电流平均值即为输出直流值，当输出最小电变换器电感电流平均值即为输出直流值，当输出最小电流时，电感电流应至少处于电感电流临界连续才能维持整个工作范流时，电感电流应至少处于电感电流临界连续才能维持整个工作范围电感电流连续。由电感电流连续条件：围电感电流连续。由电感电流连续条件：33. 03010VVUUDdoTDLR)1(

18、211 10010010minmaxmAVIURoo2.2 降压式变换器降压式变换器Power Electronic Technology计算得到计算得到电感峰值电流电感峰值电流 有效值电流有效值电流 （3）计算电容参数）计算电容参数由输出纹波要求由输出纹波要求实际可实际可选取电容量为选取电容量为3.3F以上。以上。电容工作时承受最高电压为电容工作时承受最高电压为10V，可选额定电压为，可选额定电压为16V以上。以上。mHHL33. 000033. 0ADTLDUII2 . 0)1 (dL1LPPAIIILPPoL1 . 121maxmaxAILrms1maxFCmVLCfDDUU62dOPP

19、105 . 21008)1 (2.2 降压式变换器降压式变换器Power Electronic Technology（4）计算）计算MOSFET的额定电流、额定电压的额定电流、额定电压 由工作波形确定由工作波形确定实际可选取参数：实际可选取参数：额定电流额定电流1.5A以上，额定电压以上，额定电压50V以上以上。（5）计算二极管额定电流、额定电压）计算二极管额定电流、额定电压与计算与计算MOS管电流类似，管电流类似，二极管额定电流二极管额定电流由工作波形可以确定，二极管承受最高电压由工作波形可以确定，二极管承受最高电压为为30V。实际可选二极管参数：额定电流实际可选二极管参数：额定电流1A以上

20、，额定电压以上，额定电压60V以上以上 选择快速恢复二极管。选择快速恢复二极管。ADIIoVTrms57. 0maxmaxVUVT30maxADIIoVDrms82. 01maxmaxAIkI157. 182. 0257. 1DrmssaF(AV)2.2 降压式变换器降压式变换器Power Electronic Technology仿真练习仿真练习n将上述设计的将上述设计的Buck电路在电路在PSIM中进行建模仿真，中进行建模仿真，观察各波形。观察各波形。2.2 降压式变换器降压式变换器Power Electronic TechnologyBoost电路基本结构及其工作时的等效电路电路基本结构

21、及其工作时的等效电路2.3 升压式变换器升压式变换器Power Electronic Technology电感电流连续模式电感电流连续模式（CCM）下工作波形分析下工作波形分析n晶体管导通状态晶体管导通状态（0 t t1=DT） VT开通、开通、VD关断，有：关断，有：2.3 升压式变换器升压式变换器RURtuiooC)( LVTii 0VT uDTILtiLUuL1LdLdd Power Electronic Technologyn二极管二极管VD导通模式（导通模式（t1 t t2=T ）VT关断，电感续流，关断，电感续流，VD导通，有：导通，有：考虑电感伏秒平衡，电感电流为下降曲线。考虑电

22、感伏秒平衡，电感电流为下降曲线。（斜率与电感电流相同）（斜率与电感电流相同）2.3 升压式变换器升压式变换器oVTUu 0VT iRUiiiioLoLC TDILtiLUUu)-(1ddL2LodL Power Electronic Technology2.3 升压式变换器升压式变换器Power Electronic Technology电感电流连续模式电感电流连续模式（CCM）下工作参数分析下工作参数分析电感伏秒平衡，电感伏秒平衡，有：有：忽略电路工作产生的损耗，输入输出能量守恒，有：忽略电路工作产生的损耗，输入输出能量守恒，有：2.3 升压式变换器升压式变换器0)1)(dod DTUTDU

23、Udo11UDU ooindIUIU oin11IDI Power Electronic Technologyn考虑到稳态工作时电感伏秒平衡的特点，电感充放电过程考虑到稳态工作时电感伏秒平衡的特点，电感充放电过程电流波动值相等，晶体管导通时有：电流波动值相等，晶体管导通时有：n输出电压脉动很小，输出电压脉动很小，一个周期内电容充放电平衡，根据一个周期内电容充放电平衡，根据ic波形，波形， Q的时间为的时间为DT，则输出纹波峰峰值为：，则输出纹波峰峰值为： LC滤波器设计约束条件之一滤波器设计约束条件之一2.3 升压式变换器升压式变换器fLDUtLUIId1dL1LPP fCDICDTItiCU

24、Utoo0cCPPOPPd11 Power Electronic Technology电感电流断续模式电感电流断续模式（DCM）下工作波形分析下工作波形分析n0 t t1时段（时段（VT开通）开通） VD关断关断，电路拓扑、电路方程与电路拓扑、电路方程与CCM状态一致，区别在状态一致，区别在于每个周期电感电流从零开始增长。于每个周期电感电流从零开始增长。nt1 t ts时段（时段（VT关断）关断） 电感续流电感续流，VD开通开通，电路拓扑、电路方程与电路拓扑、电路方程与CCM状态一状态一 致，区别在于每个周期电感电流在致，区别在于每个周期电感电流在ts时刻衰减到零。时刻衰减到零。nts t t

25、2时段（时段（VT、VD关断）关断） 电感电流为零，电感电压为零，电容放电供给负载电感电流为零，电感电压为零，电容放电供给负载。2.3 升压式变换器升压式变换器Power Electronic Technology2.3 升压式变换器升压式变换器Power Electronic TechnologynBoost电路电感电流连续的临界条件电路电感电流连续的临界条件输出电流大于临界连续时二极管平均电流，即：输出电流大于临界连续时二极管平均电流，即： LC滤波器设计约束条件之一滤波器设计约束条件之一DTDLR2)1(211 2.3 升压式变换器升压式变换器Power Electronic Techn

26、ology课堂思考课堂思考n利用利用Boost电路设计一开关电源，计算电路相关参数。电电路设计一开关电源，计算电路相关参数。电路工作于电感电流连续状态，设计指标如下：路工作于电感电流连续状态，设计指标如下：（1）输入电压）输入电压10V；（2）输出电压）输出电压30V；（3）输出纹波峰峰值不大于）输出纹波峰峰值不大于300mV；（4）输出电流最大）输出电流最大1A，最小，最小100mA；（5）电源开关频率）电源开关频率100kHz。2.3 升压式变换器升压式变换器Power Electronic Technology电路参数设计目标电路参数设计目标（1）电感参数设计）电感参数设计：需得到：需得

27、到电感量电感量与与最大峰值电流最大峰值电流、最大最大有效值电流有效值电流三个参数；三个参数；（2）电容参数设计）电容参数设计：需得到：需得到电容量电容量与与额定电压额定电压两个参数；两个参数；（3）MOSFET开关管选择开关管选择：需得到：需得到额定电流额定电流、额定电压额定电压两个参数；两个参数；（4）二极管选择）二极管选择：需得到：需得到额定电流额定电流、额定电压额定电压两个参数。两个参数。2.3 升压式变换器升压式变换器Power Electronic Technology设计方法设计方法（1）由输入输出电压关系，计算）由输入输出电压关系，计算D（2）设计电感参数）设计电感参数 Boos

28、t变换器电感电流平均值即为输入直流值，当输出最小电变换器电感电流平均值即为输入直流值，当输出最小电流时，电感电流应至少处于电感电流临界连续才能维持整个工作范流时，电感电流应至少处于电感电流临界连续才能维持整个工作范围电感电流连续。由电感电流连续条件：围电感电流连续。由电感电流连续条件：67. 0311DUUDdoDTDLR2)1 (21130010030minmaxmAVIURoo2.3 升压式变换器升压式变换器Power Electronic Technology计算得到计算得到有效值电流有效值电流 电感峰值电流电感峰值电流 （3）计算电容参数）计算电容参数由输出纹波要求由输出纹波要求实际可

29、实际可选取电容量为选取电容量为22F以上。以上。电容工作时承受最高电压为电容工作时承受最高电压为30V，可选额定电压为，可选额定电压为50V以上。以上。mHHL11. 000011. 0ADTLUII61. 0dL1LPPAIILPPL3 . 3213maxAIDIIoinLrms311maxmaxmaxFCmVfCDIUo6maxOPP10223002.3 升压式变换器升压式变换器Power Electronic Technology（4）计算）计算MOSFET的额定电流、额定电压的额定电流、额定电压 由工作波形确定由工作波形确定实际可选取参数：实际可选取参数：额定电流额定电流5A以上，额定

30、电压以上，额定电压50V以上以上。（5）计算二极管额定电流、额定电压）计算二极管额定电流、额定电压与计算与计算MOS管电流类似，管电流类似，二极管额定电流二极管额定电流由工作波形可以确定，二极管承受最高电压由工作波形可以确定，二极管承受最高电压为为30V。实际可选二极管参数：额定电流实际可选二极管参数：额定电流2A以上，额定电压以上，额定电压60V以上以上 选择快速恢复二极管。选择快速恢复二极管。ADIIVTrms5 . 2maxinmaxVUVT30maxADIIVDrms72. 11maxinmaxAIkI2 . 257. 172. 1257. 1DrmssaF(AV)2.3 升压式变换器

31、升压式变换器Power Electronic Technology仿真练习仿真练习n将上述设计的将上述设计的Boost电路在电路在simulink中进行建模仿中进行建模仿真，观察各波形。真，观察各波形。2.3 升压式变换器升压式变换器Power Electronic TechnologyBuck-Boost电路基本结构及其工作时的等效电路电路基本结构及其工作时的等效电路2.4 升降压式变换器升降压式变换器Power Electronic Technology电感电流连续模式（电感电流连续模式（CCM）工作波形分析）工作波形分析n晶体管导通状态晶体管导通状态（0t t1=DT）VT开通、开通、V

32、D关断，有：关断，有：2.4 升降压式变换器升降压式变换器LVTii 0VT uRURtuiooC)( DTILtiLUuL1LdLdd Power Electronic Technologyn二极管二极管VD导通模式（导通模式（t1 t t2=T ）VT关断，电感续流，关断，电感续流，VD导通，有：导通，有： iL线性减小，电流为下降曲线。线性减小，电流为下降曲线。（斜率与电感电流相同）（斜率与电感电流相同）2.4 升降压式变换器升降压式变换器doVTUUu 0VT iRUiiiioLoLC oL2LoL)1(ddUTDILtiLuu Power Electronic Technology2

33、.4 升降压式变换器升降压式变换器Power Electronic Technology电感电流连续模式电感电流连续模式（CCM）下工作参数分析下工作参数分析电感伏秒平衡，电感伏秒平衡，有：有：忽略电路工作产生的损耗，输入输出能量守恒，有：忽略电路工作产生的损耗，输入输出能量守恒，有：2.4 升降压式变换器升降压式变换器ooindIUIU oin1IDDI0)1(do DTUTDUdo1UDDU Power Electronic Technologyn考虑到稳态工作时电感伏秒平衡的特点，电感充放电过程考虑到稳态工作时电感伏秒平衡的特点，电感充放电过程电流波动值相等，晶体管导通时有：电流波动值相

34、等，晶体管导通时有：n输出电压脉动很小，输出电压脉动很小，一个周期内电容充放电平衡，根据一个周期内电容充放电平衡，根据ic波形，波形， Q的时间为的时间为DT，则输出纹波峰峰值为：，则输出纹波峰峰值为： LC滤波器设计约束条件之一滤波器设计约束条件之一2.4 升降压式变换器升降压式变换器fLDUtLUIId1dL1LPP fCDICDTItiCUUtoo0cCPPOPPd11 Power Electronic Technology电感电流断续模式电感电流断续模式（DCM）下工作波形分析下工作波形分析n0 t t1时段（时段（VT开通）开通） VD关断关断，电路拓扑、电路方程与电路拓扑、电路方程

35、与CCM状态一致，区别在状态一致，区别在于每个周期电感电流从零开始增长。于每个周期电感电流从零开始增长。nt1 t ts时段（时段（VT关断）关断） 电感续流电感续流，VD开通开通，电路拓扑、电路方程与电路拓扑、电路方程与CCM状态一状态一 致，区别在于每个周期电感电流在致，区别在于每个周期电感电流在ts时刻衰减到零。时刻衰减到零。nts t t2时段（时段（VT、VD关断）关断） 电感电流为零，电感电压为零，电容放电供给负载电感电流为零，电感电压为零，电容放电供给负载。2.4 升降压式变换器升降压式变换器Power Electronic Technology2.4 升降压式变换器升降压式变换

36、器Power Electronic TechnologynBuck-Boost电路电感电流连续的临界条件电路电感电流连续的临界条件输出电流大于临界连续时二极管平均电流，即：输出电流大于临界连续时二极管平均电流，即： LC滤波器设计约束条件之一滤波器设计约束条件之一TDLR2)1 (2112.4 升降压式变换器升降压式变换器Power Electronic Technology课堂思考课堂思考n利用利用Buck-Boost电路设计一开关电源，计算电路相关参数。电路设计一开关电源，计算电路相关参数。电路工作于电感电流连续状态，设计指标如下：电路工作于电感电流连续状态，设计指标如下：（1）输入电压）

37、输入电压15V；（2）输出电压）输出电压10V30V；（3）输出纹波峰峰值不大于）输出纹波峰峰值不大于100mV；（4）输出电流最大）输出电流最大1A，最小，最小100mA；（5）电源开关频率）电源开关频率100kHz。2.4 升降压式变换器升降压式变换器Power Electronic Technology电路参数设计目标电路参数设计目标（1）电感参数设计）电感参数设计：需得到：需得到电感量电感量与与最大峰值电流最大峰值电流、最大最大有效值电流有效值电流三个参数；三个参数；（2）电容参数设计）电容参数设计：需得到：需得到电容量电容量与与额定电压额定电压两个参数；两个参数；（3）MOSFET开

38、关管选择开关管选择：需得到：需得到额定电流额定电流、额定电压额定电压两个参数；两个参数；（4）二极管选择）二极管选择：需得到：需得到额定电流额定电流、额定电压额定电压两个参数。两个参数。2.4 升降压式变换器升降压式变换器Power Electronic Technology设计方法设计方法（1）由输入输出电压关系，计算）由输入输出电压关系，计算D（2）设计电感参数）设计电感参数由电感电流连续条件（占空比最小状态）：由电感电流连续条件（占空比最小状态）：67. 04 . 02321DUUDDdoTDLR2)1 (21110010010minminmaxmAVIURoo2.4 升降压式变换器升降

39、压式变换器Power Electronic Technology计算得到计算得到有效值电流有效值电流电感峰值电流电感峰值电流 （3）计算电容参数）计算电容参数由输出纹波要求由输出纹波要求实际可实际可选取电容量为选取电容量为100F以上。以上。电容工作时承受最高电压为电容工作时承受最高电压为30V，可选额定电压为，可选额定电压为50V以上。以上。mHHL18. 000018. 0ATDLUII56. 0maxdL1LPPAIILPPL3 . 3213maxAIIDDIIIooVDavinLrms31maxmaxmaxmaxavmaxFCmVfCDIUo6maxmaxOPP10671002.4 升

40、降压式变换器升降压式变换器Power Electronic Technology（4）计算）计算MOSFET的额定电流、额定电压的额定电流、额定电压 由工作波形确定由工作波形确定实际可选取参数：实际可选取参数：额定电流额定电流5A以上，额定电压以上，额定电压90V以上以上。（5）计算二极管额定电流、额定电压）计算二极管额定电流、额定电压与计算与计算MOS管电流类似，管电流类似，二极管额定电流二极管额定电流由工作波形可以确定，二极管承受最高电压由工作波形可以确定，二极管承受最高电压为为45V。实际可选二极管参数：额定电流实际可选二极管参数：额定电流2A以上，额定电压以上，额定电压90V以上以上

41、选择快速恢复二极管。选择快速恢复二极管。ADIIVTrms45. 2maxmaxLavmaxVUVT45maxADIIVDrms72. 11maxmaxLavmaxAIkI2 . 257. 172. 1257. 1DrmssaF(AV)2.4 升降压式变换器升降压式变换器Power Electronic Technology仿真练习仿真练习n将上述设计的将上述设计的Buck-Boost电路在电路在simulink中进行中进行建模仿真，观察各波形。建模仿真，观察各波形。2.4 升降压式变换器升降压式变换器Power Electronic Technology正激变换电路基本结构及工作机理分析正激

42、变换电路基本结构及工作机理分析2.6 正激式变换器正激式变换器Power Electronic Technology电感电流连续模式（电感电流连续模式（CCM）工作波形分析）工作波形分析n晶体管导通状态（晶体管导通状态（0tt1=DT） VT导通，导通， ；副边；副边N2感应正电压使感应正电压使VD1导通、导通、VD2截截止，副边止，副边N3感应电压与感应电压与Ud叠加，使叠加，使VD3截止，电感两端电压为：截止，电感两端电压为：2.6 正激式变换器正激式变换器02VD iL1VDii DTILUUNNuL1od12L d1Uu Power Electronic Technologyn晶体管关

43、断状态（晶体管关断状态（t1 t t3T） 绕组绕组N1中的激磁电流转移到绕组中的激磁电流转移到绕组N3中，中，VD3导通，导通，N3 绕组绕组电压为电压为Ud ；由于同名端的关系，；由于同名端的关系，N3绕组的电压具有反向去磁作绕组的电压具有反向去磁作用，形成磁复位；此时用，形成磁复位；此时N2绕组感应电压导致绕组感应电压导致VD1关断，电感关断，电感L续续流导致流导致VD2导通，电感两端电压为：导通，电感两端电压为： 在在t2之前，励磁电流在之前，励磁电流在N3 绕组续流，在绕组续流，在Ud作用下线性小，作用下线性小，导致变压器磁通密度导致变压器磁通密度BTr线性递减线性递减，至至t2时刻

44、降至零，磁路复位时刻降至零，磁路复位VD3关断，此时全部绕组均无电流，关断，此时全部绕组均无电流，2.6 正激式变换器正激式变换器TDILtiLU)1(ddL2Lo 01VD iL2VDii d31dVTUNNuu dVTUu Power Electronic Technology2.6 正激式变换器正激式变换器Power Electronic Technology电感电流连续模式电感电流连续模式（CCM）下工作参数分析下工作参数分析 稳态工作时电感伏秒平衡，有：稳态工作时电感伏秒平衡，有： 上式表明：正激上式表明：正激DC-DC变换电路的输出电压平均值和变换电路的输出电压平均值和Buck电路

45、一样与电路一样与D成正比，不同的是还与匝数有关。成正比，不同的是还与匝数有关。 为避免变压器饱和，每个开关周期内磁路必须复位，即为避免变压器饱和，每个开关周期内磁路必须复位，即0 t t1 阶段磁链增量不能大于阶段磁链增量不能大于t1 t t3阶段磁链衰减量，有：阶段磁链衰减量，有： 这是正激变换器一个重要的约束条件。这是正激变换器一个重要的约束条件。 2.6 正激式变换器正激式变换器0)1(d31d TDUNNDTU311NNND d12oUNNDU 0)1()(ood12 TDUDTUUNNPower Electronic Technology电感电流断续模式（电感电流断续模式（DCM）下

46、工作波形分析）下工作波形分析n0 t t1时段（时段（VT开通）开通）VD2、VD3关断关断，VD1导通导通，电感电流从零开始增长。电感电流从零开始增长。nt1 t ts时段（时段（VT关断）关断） N1励磁电流经励磁电流经N3续流续流，VD3开通，至开通，至t2时刻磁复位时刻磁复位； VD1关关断断，电感续流电感续流VD2 导通导通，电感电流在电感电流在ts时刻衰减到零。时刻衰减到零。nts t t3时段（时段（VT、VD1、 VD2、VD3关断）关断） 电感电流为零，电感电压为零，电容放电供给负载。电感电流为零，电感电压为零，电容放电供给负载。2.6 正激式变换器正激式变换器Power E

47、lectronic Technology2.6 正激式变换器正激式变换器Power Electronic Technology正激电路电感电流连续的临界条件正激电路电感电流连续的临界条件 输出电流大于临界连续时二极管平均电流，即：输出电流大于临界连续时二极管平均电流，即： LC滤波器设计约束条件之一滤波器设计约束条件之一TDLR)1(211 2.6 正激式变换器正激式变换器Power Electronic Technology课堂思考课堂思考n设计一个正激式开关稳压电源，电源工作在设计一个正激式开关稳压电源，电源工作在CCM模式，设模式，设计要求如下：计要求如下：（1）输入直流电压）输入直流电

48、压100V150V；（2）输出直流电压）输出直流电压5V；（3）最大输出电流）最大输出电流5A，最小输出电流，最小输出电流100mA；（4）输出电压纹波峰峰值不大于）输出电压纹波峰峰值不大于100mV；（5）开关频率设定为）开关频率设定为100kHz 。 设计电路相关参数，变压器仅要求计算匝比、功率。设计电路相关参数，变压器仅要求计算匝比、功率。2.6 正激式变换器正激式变换器Power Electronic Technology（1）变压器参数计算）变压器参数计算设定设定N1=N3，则最大占空比为，则最大占空比为0.5，最小输入电压时占空比达到，最小输入电压时占空比达到最大，则最大，则N1、

49、N2之比可由输入输出关系计算：之比可由输入输出关系计算：变压器额定功率：变压器额定功率：10minmax21odUUDNNWIUPoo252.6 正激式变换器正激式变换器Power Electronic Technology（2）输出滤波电感参数计算）输出滤波电感参数计算电感电流连续：电感电流连续：极限状态满足要求：极限状态满足要求：与与Buck电路类似，电感最大峰值电流、最大有效值电流为：电路类似，电感最大峰值电流、最大有效值电流为：33. 0max21mindoUUNND50minmaxooIUR2.6 正激式变换器正激式变换器RTDL121mHTRDL17. 0121maxminAIII

50、LoL1 . 521maxmaxAIIoLrms5maxmaxPower Electronic Technology（3）输出滤波电容参数计算）输出滤波电容参数计算参考参考Buck电路：电路：实际可选取电容：实际可选取电容：额定容量不小于额定容量不小于4.7F，额定电压不小于，额定电压不小于16V。FCmVUNNLCfDDUdopp4 . 210081122minmin2.6 正激式变换器正激式变换器Power Electronic Technology（4）输出整流二极管参数计算）输出整流二极管参数计算VD1电流参数计算参考电流参数计算参考Buck电路电路MOS管：管： 额定电流额定电流VD

51、2电流参数计算参考电流参数计算参考Buck电路二极管：电路二极管： 额定电流额定电流二极管承受的最大电压二极管承受的最大电压为为15V。二极管可选择相同参数：二极管可选择相同参数：额定电流额定电流5A以上，额定电压以上，额定电压30V以上。以上。ADIIoVDrms5 . 3maxmaxmaxAIVD2 .257.15 .32.6 正激式变换器正激式变换器ADIIoVDrms1 . 4-1minmaxmaxAIVD6 .257.11 .4Power Electronic Technology（5）MOS管参数计算管参数计算MOS管开通时，电流波形与电感电流一致，数量上缩小管开通时，电流波形与电

52、感电流一致，数量上缩小N2/N1，因此因此MOS管通过的最大电流有效值为：管通过的最大电流有效值为：根据根据MOS管工作波形，承受的最大电压为：管工作波形，承受的最大电压为：MOS管选择参数：管选择参数：额定电流额定电流1A以上，额定电压以上，额定电压500V以上。以上。ADINNIoVTrms35. 0maxmax12maxVUNNUdVT3001max31max2.6 正激式变换器正激式变换器Power Electronic Technology（6）磁通复位绕组磁通复位绕组N3续流二极管续流二极管VD3参数计算参数计算由于由于N1=N3，VD3续流电流为变压器的励磁电流，励磁电流的详细续

53、流电流为变压器的励磁电流，励磁电流的详细计算需要先确定磁芯，一般可以粗略考虑复位绕组的额定电流（计算需要先确定磁芯，一般可以粗略考虑复位绕组的额定电流（VD3的额定电流）为主绕组额定电流（的额定电流）为主绕组额定电流（MOS管额定电流）的管额定电流）的10%30%。因此，。因此，VD3额定电流为：额定电流为：二极管承受的最大电压与二极管承受的最大电压与MOS管相同，为：管相同，为：300V 。VD3选择参数：选择参数：额定电流额定电流0.2A以上，额定电压以上，额定电压500V以上。以上。AIVD07. 057. 135. 03 . 032.6 正激式变换器正激式变换器Power Electr

54、onic Technology反激变换电路基本结构及工作机理分析反激变换电路基本结构及工作机理分析2.7 反激式变换器反激式变换器Power Electronic Technology电感电流连续模式（电感电流连续模式（CCM）工作波形分析）工作波形分析n晶体管导通状态（晶体管导通状态（0tt1=DT） VT导通，副边感应电势导致导通，副边感应电势导致VD1截止，电感截止，电感L1充电储能，充电储能，有：有：2.7 反激式变换器反激式变换器DTILtiLUuL11L11dL1ddd12L2UNNu L1VTii Power Electronic Technologyn晶体管关断状态（晶体管关断

55、状态（t1 t t2T） VT关断，绕组关断，绕组N1中的励磁电流转移到绕组中的励磁电流转移到绕组N2中续流，中续流，VD1导通，电感导通，电感L1转移能量到副边绕组转移能量到副边绕组N2中，有：中，有： L2释放能量，电流流过释放能量，电流流过VD1并线性下降，有并线性下降，有 2.7 反激式变换器反激式变换器oL22L22L2)1(ddUTDILtiLu L2VD1ii TDILULo)1 (22odUNNUu21VTPower Electronic Technology2.7 反激式变换器反激式变换器N1I11/N2Power Electronic Technology电感电流连续模式电感电流连续模式（CCM）下工作参数分析下工作参数分析 稳态工作时电感伏秒平衡，有：稳态工作时电感伏秒平衡，有： 上式表明：反激上式表明：反激DC-DC变换电路的输出电压平均值与变换电路的输出电压平均值与Buck-Boost电路一样与电路一样与D/(1-D)成正比，不同的是还与匝数有关。成正比，不同的是还与匝数有关。2.7 反激式变换器反激式变换器d12o1UDDNNU 0)1(od2 TDUDTUNNPower Electronic Technology电感电流断续模式（电感电流断续模式（DCM）下工作波形分析）下工作波形分析n0 t t1时段（时段（VT开通）开通）VD1关