DC-DC电压转换电路原理研究

1、电路分析实验报告DC-DC电压转换电路原理研究一.研讨题目简要描述：在各种电子设备中，经常需要将输入的直流电压转换到电路所需要的直流电压，同时，将不稳定的直流电压变成稳定的电压，这种电路称为DC-DCfe源电路。DC-DCfe源电路通常由电子开关器件和起储能和平滑作用的电感和电容构成。下面我们就要用电路分析中的动态分析方法来分析电路的原理并解释题目中给出的电路是如何实现下面的功能的，并制作EWB奠拟其过程。具体要求为：(1)当开关周期动作重复多次后，电路中电压电流变成周期性波形。用动态分析方法求出电感电流一个周期的波形。计算时可假定输出电压v0近似为常数。(2)求出两个电路中输出电压与输入电压

2、的关系。图4-3电压波形中，脉冲宽度ti与周期T的比值d=t1/T称为脉冲波形的占空比。证明改变占空比d可以调整输出电压的高低。(3)在EWBK用电压控制开关构建DC-DC4路的仿真电路。用20kHz的脉冲波形控制开关的切换，验证理论分析结果。(4)扩展：将电路中的开关s2用二极管代替，在图4-1中，正极在下方；在图4-2中，正极在左侧。假设二极管加正向电压时导通，电阻为0;加反向电压时断开，电阻无穷大。重复上面的理论分析，并进行EW昉真。(1)降压转换电路OVnOTtSiL=20mHI+_Cnr-50uFlTJl00Qvo(a)R100iiv0(b)(2)升压转换电路v0R100，】(b)v

3、0(3)开关动作的控制电压2 .方案及原理描述：(1)DC-DC电压转换电路分为降压转换电路和升压转换电路两部分吧，其本质都是利用二阶动态电路的性质，我们这次的研究就是通过分析上面(1)和(2)两个二阶动态电路的原理来对DC-DC电压转换电路进行研究。电路图中的Vin是输入电压，V0是输出电压，两个开关周期交替闭合，由(3)图中的方波周期电压Vsw控制。在Vsw的一个周期内，011时间里S1闭合，S2断开，t2T时间里S1断开，S2闭合。(2)假设V0为常数的原因分析：当开关换路的频率非常高时，在两次换路之间，输出电压的变化非常小，可以近似为一个常数。计算过程如下：对（1）图：0ti时刻：Vi

4、n=VL+Vc；Vc=Ldi/dt;i=Cdv/dt+Vc/R;所以：d2Vc/dt2+1/RC*dVc/dt+Vc/LC=Vin/LC;带入数据得：82+2008+1（6=0解得：S1=-100+1000jS2=-100-1000j由于实验中f=20KHZ而开关变换频率f=1000/2pi=159HZ,远远小于电压变换频率，由理论分析可知，V0可以近似为常数。3 .理论分析与计算：（1）动态分析方法求电感电流一个周期的波形。（假定输出电压v0近似为常数）解：对（1）图由动态原件的伏安关系可得：0<t<t1iL=/-1/LVLdt=i0+/0t1/L（Vin-Vc）dt=i0+1/

5、L（Vin-Vc）ttLtwn=/1/LVLdt=i0+00t11/L(Vin-V0)dt+/-t1T1/LVdt=i0+1/LVnt1-1/LV°t其波形图为:t1对图（2）0<t<t1VL=VniL=/-1/LVLdt=i0+/0t1/LVndt=i0+1/LVintt1WtwTVL=Vin-V0iL=/-8t1/LVLdt=i0+/0t11/LVindt+/-t1T1/L(Vin-V0)dt=i0+1/L(Vin-V0)t+1/LV0t1其波形图为：iLAt1Tt结论：当V0为常数时，在一个周期内，电感两端电压不同，电感电流近似为三角波。(2)求两个电路中输出电压与

6、输入电压的关系：解：由上图可知，在输入周期方波作用下，电路的动态响应逐渐趋于平衡，即Il(0)=Il(T);则对图(1)：i0=i0+1/LVnti-1/LV0TVo=(tl/T)Vln=dVin对图(2):I0=I0+1/L(V|n-V0)T+1/LV)t1V0=1/(1-t1/T)V|n=1/(1-d)V|n结论：由以上计算可知，改变占空比d可以改变电路的输出电压。四.仿真实验方案设计降压仿真：仿真电路：仿真结果:Qsdllo5cope-XSClTime。.000sO.QWSO.OWsChameJ_AChsnnel_S1.200UV1.200W0.000VSaveExt.triggerHi

7、s-T1TlT2-电感电流与电压:仿真电路：oyov仿真结果:电感两端电压为方波，电感电流近似为三角波。升压电路:仿真结果:Oscilloscope-XSCl电感两端电压和电感电流仿真电路：与降压的电感电压和电感电流波形相似，只是电流有初始值。五.拓展：将电路中的开关S2用二极管代替，在图（1）中正极在下方，在图（2）中，正极在左方，假设二极管加正向电压时导通，电阻为0,加反向电压时断开，电阻无穷大，分析二极管自动导通和断开的原理，重复上面的理论分析，并进行EWB仿真。（1）原理分析：降压和升压转换过程中，假设先把si闭合，则通过二极管的为反向电压，二极管断开，当开关si动作时，由电感电流突然

8、变化产生的高电压使二极管导通。二极管两端为正向电压，所以应该导通，但认为其短路，所以用二极管可以近似取代开关的作用，那么前面的结论也适用于二极管，即在一个周期内电感电流的波形为三角波，输出电压与输入电压有确定的关系，改变占空比可以改变输出电压。(1)降压仿真电路图：20电感电压和电流波形观测:(1)电路：(2)仿真结果:(1)升压电路图:(2)仿真结果:n以3sT2-T1Tri*0.000f0.000f0.000sChanndAChamd_BL200UVL200uv0.000VExt.trigger电感电压和电流波形观测:6 .参考文献：教材基础电路分析1 .闻跃，高岩，杜普选.基础电路分析M

9、.北京：北京交通大学出版社.20082 .高岩，养雪琴，闻跃，赵翔.基础电路实验教程M.北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社.20143DC-DC变换电路.百度文库7 .总结与心得：通过对该课题的研究，我们得出如下几个结论：1.输入电压经过DC_D啜换器的升压和降压电路后，由于电感和电容的储能平滑作用，可以输出稳定而直流电压。2.可以根据需要通过调整控制电压的占空比来得到所需的电压。3.实际电路中。运用二极管的单向导电性可以代替开关控制电路，这在实际中有着广泛运用。在探究过程中，对电路原理的探究、分析与计算过程相对比较简单，运用我们在电路分析课堂上所学到的电路的完全响应及三要素法等知识再结

10、合微积分基础知识对电路进行计算，做出定量分析。但是电路的仿真比较复杂，由于对EW歆件的不熟悉，导致仿真过程中错误百出，最后经过查询资料以及不断的尝试与改进，终于得出了想要的结果。通过这次研究性课题，除了收获了理论知识，更多的是培养了我们自主思考和实际操作能力，同时也让我们清楚的意识到自己对于某些方面的知识的欠缺，这提醒我们除了要学好课本上的知识外，也要注重课外知识的学习。其次，这次的研究性课题也让我充分体会到了团队合作的重要性，在探究过程中，两个人分别说出自己的讨观点，可以让对方互相学习，正是由于我们两人分工合作同时把自己做的那一部分与彼此进行交流讲解，我们才能按照预期完成这次研讨的要求，也学到了很