CH3 直流斩波电路

1、 正激变换电路，反激变换电路，推挽式变换电路，正激变换电路，反激变换电路，推挽式变换电路，半桥变换电路，全桥逆变电路。半桥变换电路，全桥逆变电路。按主电路器件：按主电路器件：半控型半控型 / / 全控型全控型l直流变换器的分类：直流变换器的分类：按输入输出电压：按输入输出电压：降压式降压式 / / 升压式升压式 / / 升降压式升降压式按工作范围：按工作范围：单象限单象限 / / 双象限双象限 / / 四象限四象限按电路结构：按电路结构：单元电路单元电路 / / 多元电路多元电路（单重、多重）（单重、多重）按输入输出电隔离：按输入输出电隔离：非隔离非隔离 / / 隔离隔离 ( (正激、反激、正

2、激、反激、自激）自激）按输入滤波结构：按输入滤波结构：电流源电流源 / / 电压源电压源按器件开关方式：按器件开关方式：硬开关电路硬开关电路 / / 软开关电路软开关电路l直流直流变换方案一直流直流变换方案一: : 电阻降压电阻降压l直流直流变换方案二直流直流变换方案二: : 串联晶体管串联晶体管l直流直流变换方案三直流直流变换方案三: : 串联单刀双掷开关串联单刀双掷开关, ,理想开关理想开关, ,无损耗无损耗DTosDDVdttvTVs00)(1开关周期开关占空比sTDl直流直流变换方案三直流直流变换方案三: : 串联单刀双掷开关串联单刀双掷开关, ,理想开关理想开关, ,无损耗无损耗串联

3、串联LC，滤出谐波，滤出谐波,，滤波器的截止频率，滤波器的截止频率11，输出电压高于电源电压，故为，输出电压高于电源电压，故为如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载负载R消耗，即消耗，即 ：注意：升压斩波电路输出电压不可能低于输入电压。注意：升压斩波电路输出电压不可能低于输入电压。占空比不要接近为占空比不要接近为1 1， 以免电路损耗。以免电路损耗。 oo1IUEI 电路结构电路结构V导通时，导通时，VD截止，电源截止，电源向电感提供能量，电感储向电感提供能量，电感储能；负载能量由电容提供。能；负载能量由电容提供。电容电压极性下正上负，电容

4、电压极性下正上负，与电源极性相反。与电源极性相反。V关断时，电感释放能量，关断时，电感释放能量，同时提供给负载和向电容同时提供给负载和向电容充电。充电。电容电压极性下正上负，电容电压极性下正上负，与电源极性相反。与电源极性相反。 稳态时，一个周期稳态时，一个周期T内电感内电感L两端电压两端电压uL对时间的对时间的积分为零，即积分为零，即所以输出电压为：所以输出电压为：1ttDUEEEtTtDononooffon()0E tUt onooff000ononTtTLLLtu dtu dtu dt 结论结论改变占空比，改变输出电压大小。改变占空比，改变输出电压大小。当当0D1/2时为降压，当时为降压

5、，当1/2D1时时为升压，为升压，故称作故称作，也称之为也称之为buck-boost 变变换器。换器。1DUEDo设电源电流设电源电流i1和负载电流和负载电流i2的平均值分别为的平均值分别为I1和和I2，当电流脉动足够小时，有：当电流脉动足够小时，有：offon21ttII其输出功率和输入功率相等，可看作为一升降压其输出功率和输入功率相等，可看作为一升降压直直流变压器。流变压器。电路特点：负载与电容并联，电容不是无穷大，则电路特点：负载与电容并联，电容不是无穷大，则电容电压有波动，负载电流也波动；输入电流断续。电容电压有波动，负载电流也波动；输入电流断续。由于输入和输出电流波动，对电源和负载都

6、产生电磁由于输入和输出电流波动，对电源和负载都产生电磁干扰。干扰。2o1IUEI 电路结构电路结构 升压斩波电路和降压斩波电路串联而成。两个电升压斩波电路和降压斩波电路串联而成。两个电感为储能电感，电容为传递能量的耦合电容。感为储能电感，电容为传递能量的耦合电容。 V V导通时，导通时，VDVD截止。电截止。电源向电感源向电感L1L1提供能量，提供能量，负载能量由电容提供，负载能量由电容提供，电感电感L2L2储能。储能。负载电压极性下正上负。负载电压极性下正上负。 V V关断时，电感关断时，电感L1L1释放释放能量，能量，VDVD导通。电源和导通。电源和电感电感L1L1同时向电容充电。同时向电

7、容充电。负载由电感负载由电感L2L2供电。供电。一周期中，一周期中，V V关断时，关断时，C C吸收能量；吸收能量；V V导通时，导通时，C C释放能量，从而将能量释放能量，从而将能量从输入端传递到输出端，从输入端传递到输出端，起到了传递能量的作用。起到了传递能量的作用。对电感对电感L1L1，一周期内电压积分值为零，有，一周期内电压积分值为零，有1100onontTLLtu dtu dt开关导通期间开关导通期间开关关断期间开关关断期间1LuE1LCuEU ()0onCoffEtEUt1CoffETEUtD对电感对电感L2L2，一周期内电压积分值为零，有，一周期内电压积分值为零，有2200ono

8、ntTLLtu dtu dt开关导通期间开关导通期间开关关断期间开关关断期间1CoffETEUtD2LCouUU2LouU ()()0CoonooffUUtUt 1CooonTUUUtD又有又有1oDUED结论：结论：CukCuk电路输出与输入电压关系与升降压电路电路输出与输入电压关系与升降压电路相同，也是反极性。但输入和输出电流均连续，相同，也是反极性。但输入和输出电流均连续，且脉动小，减小了电路的电磁干扰。且脉动小，减小了电路的电磁干扰。1oDUED直直交交直电路直电路。 电路特点：电路特点： 输出与输入隔离。输出与输入隔离。 需要相互隔离的多路输出。需要相互隔离的多路输出。 输出电压与输

9、入电压比远小于输出电压与输入电压比远小于1 1或远大于或远大于1 1。 交流环节工作频率较高，可减小变压器和滤交流环节工作频率较高，可减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量。波电感、滤波电容的体积和重量。分类：分类：l单端电路单端电路 变压器中流过直流脉动电流。包括正激电路和反变压器中流过直流脉动电流。包括正激电路和反激电路。激电路。l双端电路。双端电路。 变压器中电流为正负对称的交流电流，半桥、全变压器中电流为正负对称的交流电流，半桥、全桥和推挽电路属于双端电路。桥和推挽电路属于双端电路。 电路结构：降压型斩波电路加变压器。电路结构：降压型斩波电路加变压器。 变压器有直流磁化问题，加磁芯

10、复位电路。变压器有直流磁化问题，加磁芯复位电路。工作过程工作过程 S S开通，变压器感应电动势，开通，变压器感应电动势，VD1VD1导通，电源向负载导通，电源向负载提供能量，电感上电流逐渐增大。提供能量，电感上电流逐渐增大。工作过程工作过程 S S关断，关断，VD1VD1截止，截止，VD2VD2导通，电感释放能量，电感导通，电感释放能量，电感电流逐渐减小。电流逐渐减小。变压器的磁心复位变压器的磁心复位S S开通后，变压器激磁电流增大，直到开通后，变压器激磁电流增大，直到S S关断，下一关断，下一周期则在上一周期结束时的电流值上增加，导致变压周期则在上一周期结束时的电流值上增加，导致变压器激磁电

11、感饱和，损坏开关器件。器激磁电感饱和，损坏开关器件。须使激磁电流在须使激磁电流在S S关断后到下一次再开通时间内降关断后到下一次再开通时间内降回零，这一过程称为回零，这一过程称为变压器的磁心复位变压器的磁心复位。变压器的磁心复位过程变压器的磁心复位过程W3W3与与VD3VD3组成磁心复位电路。组成磁心复位电路。S S关断后，关断后，W3W3绕组感应电势极性为上正下负，使绕组感应电势极性为上正下负，使VD3VD3导通，磁场能量回馈给电源，回路电流逐渐减小为零。导通，磁场能量回馈给电源，回路电流逐渐减小为零。 S S关断期间，开关承受的电压高压电源电压，为：关断期间，开关承受的电压高压电源电压，为

12、：1i3(1)SNuUN磁心复位所需的时间为磁心复位所需的时间为on13rsttNNt13i oni rstNU tU tN输出电压输出电压输出滤波电感电流连续时输出滤波电感电流连续时 oon22i11UtNNDUN TN结论：正激变换电路可看作为具有隔离结论：正激变换电路可看作为具有隔离变压器的降压斩波电路。变压器的降压斩波电路。电路结构电路结构 与升降压电路比较，用变压器代替储能与升降压电路比较，用变压器代替储能电感，所以变压器不仅起隔离作用，还起储电感，所以变压器不仅起隔离作用，还起储能电感作用。能电感作用。SuSiSiVDtontoffttttUiOOOO稳态工作过程稳态工作过程S开通

13、开通，VD截止，截止，W1电流电流线性增长，电感储能增加。负线性增长，电感储能增加。负载由电容供电。载由电容供电。S关断关断，W1电流被切断，变电流被切断，变压器磁场能量通过压器磁场能量通过W2和和VD向向输出端释放，提供负载能量，输出端释放，提供负载能量，电容充电。电容充电。反激：反激：电源能量是在开关关断电源能量是在开关关断期间传递到负载侧的。期间传递到负载侧的。SuSiSiVDtontoffttttUiOOOO稳态工作过程稳态工作过程开关器件承受的电压为开关器件承受的电压为uUNNUSio12SuSiSiVDtontoffttttUiOOOO工作模式工作模式S开通时，开通时，W2中电流尚

14、未下中电流尚未下降到零，则称工作于降到零，则称工作于电流连续电流连续模式模式，输出输入电压关系为，输出输入电压关系为offon12iottNNUU注意：注意：电路一般工作在电流断电路一般工作在电流断续模式，否则会使变压器铁心续模式，否则会使变压器铁心利用率下降。但是利用率下降。但是负载为零的负载为零的极限情况下，极限情况下， ，所，所以应该避免负载开路状态。以应该避免负载开路状态。 SuSiSiVDtontoffttttUiOOOO工作模式工作模式 S开通前，开通前，W2中电流已经中电流已经下降到零，则称工作于下降到零，则称工作于电流断电流断续模式续模式。Uo 电路特点电路特点l结构简单，元器

15、件数量少，成本低，小功率开关结构简单，元器件数量少，成本低，小功率开关电源中应用。尤其是多电源输出时。电源中应用。尤其是多电源输出时。l变压器利用率低，开关器件承受的电流峰值大，变压器利用率低，开关器件承受的电流峰值大，不适用于较大功率的开关电源。不适用于较大功率的开关电源。电路结构特点电路结构特点l变压器有中心抽头。变压器有中心抽头。l二极管既做整流，又做续流。二极管既做整流，又做续流。l可看作为两个单端正激组合而成，常用于多端可看作为两个单端正激组合而成，常用于多端输出电路。输出电路。工作过程工作过程l两个开关交替导通。两个开关交替导通。lS S1 1导通时，导通时，VDVD1 1也导通，

16、也导通，L L电电流逐渐上升。流逐渐上升。lS S2 2导通时，导通时，VDVD2 2处于通态，处于通态，L L电流也逐渐上升。电流也逐渐上升。l当两个开关都关断时，当两个开关都关断时，VDVD1 1和和VDVD2 2都处于通态，各分担一都处于通态，各分担一半的电流。半的电流。l开关断开时，承受开关断开时，承受2 2倍电源倍电源电压。电压。S S1 1和和S S2 2同时导通，相当于变压器一次绕组短路，同时导通，相当于变压器一次绕组短路，因此应避免，每个开关占空比不能超过因此应避免，每个开关占空比不能超过50%50%，还要，还要留有死区。留有死区。 输出电压输出电压当滤波电感当滤波电感L L的

17、电流连续时的电流连续时 TtNNUUon12io2输出电感电流不连续，输出电压输出电感电流不连续，输出电压U Uo o将高于电流连将高于电流连续时的计算值，并随负载减小而升高，在负载为续时的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下零的极限情况下 UNNUoi21l电路特点电路特点输入回路只有一个开关，导通压降小。后面的半输入回路只有一个开关，导通压降小。后面的半桥和全桥电路都是两个开关，所以通态损耗小，桥和全桥电路都是两个开关，所以通态损耗小，适合输入电压较低的电源。适合输入电压较低的电源。开关器件承受开关器件承受2 2倍电源电压。倍电源电压。两个开关性能不完全相同，两个半周期工作情

18、况两个开关性能不完全相同，两个半周期工作情况不完全对称，有偏磁问题。不完全对称，有偏磁问题。l电路结构特点电路结构特点电源侧两个大电容电源侧两个大电容两个开关与电源串接两个开关与电源串接工作过程工作过程S S1 1与与S S2 2交替导通，使变压交替导通，使变压器一次侧形成幅值为器一次侧形成幅值为U Ui i/2/2的的交流电压，改变开关占空比，交流电压，改变开关占空比，可改变二次侧整流电压可改变二次侧整流电压u ud d平平均值，即改变了输出电压均值，即改变了输出电压U Uo o。S S1 1导通时，导通时，VDVD1 1导通；导通；S S2 2导导通时，通时，VDVD2 2导通。当两个开导

19、通。当两个开关都关断时，关都关断时，VDVD1 1和和VDVD2 2都导都导通，各分担一半的电流。通，各分担一半的电流。S S1 1或或S S2 2导通时导通时L L电流逐渐上电流逐渐上升；升；两个开关都关断时，两个开关都关断时，L L电流电流逐渐下降；逐渐下降； S S1 1和和S S2 2断态断态时承受的峰值时承受的峰值电压均为电压均为U Ui i。 TtNNUUon12io输出电感电流不连续，输出输出电感电流不连续，输出电压电压U Uo o将高于连续时的计算值，将高于连续时的计算值，并随负载减小而升高，在负载并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下为零的极限情况下2i12oUNNU电路

20、结构电路结构互为对角的两个开关同时导通互为对角的两个开关同时导通，同一侧半桥上下，同一侧半桥上下两开关两开关交替交替导通，变压器一次侧形成幅值为导通，变压器一次侧形成幅值为U Ui i的交的交流电压，改变占空比就可以改变输出电压。流电压，改变占空比就可以改变输出电压。工作过程工作过程互为对角的两个开关同时导通互为对角的两个开关同时导通，同一侧半桥上下，同一侧半桥上下两开关两开关交替交替导通，变压器一次侧形成幅值为导通，变压器一次侧形成幅值为U Ui i的交的交流电压，改变占空比就可以改变输出电压。流电压，改变占空比就可以改变输出电压。当当S S1 1与与S S4 4开通后，开通后，VDVD1

21、1和和VDVD4 4导通，导通，L L电流电流逐渐上升。逐渐上升。当当S S2 2与与S S3 3开通后，开通后，VDVD2 2和和VDVD3 3导通，导通，L L电流电流也上升。也上升。4 4个开关都关断时，个开关都关断时，4 4个二极管都导通，各个二极管都导通，各分担一半电感电流，分担一半电感电流，L L电流逐渐下降。电流逐渐下降。lS S1 1和和S S2 2断态时承受的断态时承受的峰值电压均为峰值电压均为U Ui i。如如S1、S4与与S2、S3的导通时间不对称，则交流电的导通时间不对称，则交流电压压uT中含有中含有直流分量直流分量，在变压器一次侧产生很大的，在变压器一次侧产生很大的直

22、流分量，造成磁路饱和，因此全桥电路应注意避直流分量，造成磁路饱和，因此全桥电路应注意避免电压直流分量的产生，可在一次侧回路串一电容，免电压直流分量的产生，可在一次侧回路串一电容，阻断直流电流。阻断直流电流。为避免同一侧半桥中上下两开关同时导通，每个为避免同一侧半桥中上下两开关同时导通，每个开关占空比不能超过开关占空比不能超过50%，还应留有裕量。，还应留有裕量。 输出电压输出电压 滤波电感电流连续时滤波电感电流连续时 TtNNUUon12io2输出电感电流不连续，输出电压输出电感电流不连续，输出电压U Uo o将高于电流连将高于电流连续时的计算值，并随负载减小而升高，在负载为续时的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下