no-162电力电子技术晶体管功率电路2boost

1

电力电子技术

PowerElectronics任课教师：谢少军

课程组网站：南航电力电子课程组2第九章晶体管功率电路

升压变换器

电力电子技术

PowerElectronics3升压式变换器（Boost）BUCK变换器Uo<UiUo>Ui?升压变换器电路构成：L,Q,D,C四个元件是与BUCK变换器类似的典型的单管功率电路4工作模态分析电流连续模式电流临界连续模式电流断续模式参数选择5升压式变换器工作状态分析当Q导通时电感电流线性增长电容维持负载电流，假定

输出电压恒定（电容足够

大）6升压式变换器工作状态分析当Q截止时电感电流线性减小7升压式变换器工作状态分析根据公式可知，输出电

压大于输入电压，属升

压电路8电感稳态工作特点电感L：

Qon:电感电流增加时，电感能量增加；

Qoff:电感电流减小时，电感能量减小；在单个开关周期，电流变化量为零(能量平衡)9升压变换器工作状态分析(感容器件)电感电压波形分析平均电压为零（磁通平衡）电容电流波形分析平均电流为零（电荷平衡）10升压变换器工作状态分析输入电流与电感电流关系输出电流与二极管电流关系输出、输入平均电流关系11电感稳态工作特点

电感外加电压为正时，磁通增加电感外加电压为负时，磁通减小在单个开关周期，磁通变化量为零(磁通平衡)12BOOST电路模态分析（伏秒面积平衡）当Q导通时：当Q截止时：因为：所以：正电压作用，增磁负电压作用，去磁13工作模态分析电流连续模式电流临界连续模式电流断续模式参数选择14电流临界连续工作条件临界电流值IG：电感电流临界连续条件下输出电流的平均值为什么是TOFF?15电流临界连续工作条件在稳态时，Δi=iLmax-iLmin,由前式可得代入和BUCK型变换器相比，是否相同？16电流临界连续工作条件当D＝0.5时，有最大临界连续电流：代入，进而得同样是和BUCK型变换器相同与BUCK型变换器相同17临界连续时输出电流与D的关系临界电流表达式IG与D的关系曲线当I0>IG时，电流连续，输出电压

仅与占空比相关当I0<IG时，电

流断续18工作模态分析电流连续模式电流临界连续模式电流断续模式参数选择19电流断续模态的等效电路1.Qon，L储能2.Qoff，L释放能量3.Qoff，L能量释放完毕（1）（2）（3）20电感电流断续时工作分析当电感电流断续时，用类似BUCK变换器的分析方法可得：两式相除21电流断续工作分析（伏秒平衡）Q导通时：Q截止电感电流下降到零之前：因为：所以：22电感电流断续时工作分析根据断续时的输出电流：代入23断续条件下输出电压经过整理，得到输出/输入电压比值：24断续条件下输出电压输出电压不仅和占空比有关还受负载电流影响Io

相同条件下，D越大，输入侧提供的能量越大，UO越大，Ui/Uo越小D相同条件下，输入侧提供的能量一样，负载电流越大，Uo越小，Ui/Uo越大25升压式变换器标幺外特性A部分为电流连续条件，B部分为电流临界连续条件，C部分为电流断续条件当Io＝0时，输出开路，Ui/

Uo=0，即输出无限大，会损坏器件26实际升压式变换电路由于晶体管、二极管有导通压降，电感有寄生电阻，可简化成串联电阻（线圈电阻与半导体器件导通电阻之和）：所以有输出电压表达式：27实际升压电路的调节特性代入Ii=Io/

(1-D)整理变换：当参变量R／RL加大时，输出与输入电压比偏离1/(1一D)越大，即对D的敏感程度下降，控制特性变差。28工作模态分析电流连续模式电流临界连续模式电流断续模式参数选择29电路参数选择效率估算损耗包括开关损耗和导通损耗因此输入电流：30电路参数选择（功率管电流）功率器件电流式中Iimin为电感临界连续时最小平均电流31电路参数选择（功率管）一般取功率晶体管的最大电流ICM功率管的电压满足：32电路参数选择（二极管）二极管的平均电流和有效电流为二极管的电压满足：33电路参数选择（电感）为保证电感在所有工作条件下电感电流连续，有：

IG=

Iomin将Iomin代入IG表达式，即得到电感L：在D＝0－1/3范围内，D增加，L增加在D＝1/3－1范围内，D增加，L减小在已知的D变化范围内，应设计最大的电感量！占空比应取最大值还是最小值？34电路参数选择（电容）电容电压纹波是由电感电流充电和电容放电来决定的，单个开关周期充放电大小相等当晶体管导通时：所以有

35总结：1.升压电路的构成和工作原理注意电路的电感在输入侧2.升压电路的电压变换关系推导

TON电感电流上升量=TOFF电感电流下降量（或伏秒平衡）3.三种不同工作模式工作特点4.元器件参数的设计 电感参数的设计与占空比选择36作业理想BOOST变换器如图，输入电压ui=120V±20%，输出电压为270V，输出功率为30W~300W，工作频率为150kHz，电感电流连续。求：

（1）占空比变化范围

（2）最小电感值L

（3）如果变换器负载突然开路，会发生什么情况？题9-237升降压变换器38升降压变换器电路构成，注意输出侧电压为负值当Q导通时，电能给电感储能，二极管截止，输出由滤波电容供电当Q截止时，电感产生感应电势维持原电流方向不变，迫使二极管导通，电感电流向负载供电，同时也向电容充电，输出负电压39升降压变换器Q导通，电感电流线性上升：40升降压变换器Q关断，电感电流线性下降：41升降压变换器整理两式D<0.5时，Uo<Ui，电路为降压型D>0.5时，Uo>Ui，电路为升压型单调递增函数-42丘克变换器43CUK变换器特点CUK变换器：输出电压的升降压变换输入输出端均有电感，输入输出端电流脉动较小电磁干扰小，输出纹波小44CUK变换器工作原理电路由两个电感L1,L2,电容C1,C2,功率管Q，二极管D构成电容C1则做为输入端与输出端之间的能量转移元件功率管Q高频开关工作，与D1导通时间互补

Q关断时，D正向导通45工作状态分析Q导通，二极管D截止：电路构成两个回路电感L1储能，类似BOOST电感电容C1的正端接地，经过电感L2给负载放电（C1放电，L1储能）电容C2端的电压就会变成负的输出电压－－CUK变换器是负压输出46工作状态分析Q关断，二极管D导通：电路构成两个回路电感L1释放能量，给C1充电电感L2释放能量，提供输出电容和负载47基本CUK电路的稳