现代电力电子技术之DC-DC Converter(ppt 52页).ppt

1、第2章 DC-DC Converter (直流变换器),按主电路器件：半控型 / 全控型,直流变换器的分类：,按输入输出电压：降压式 / 升压式 / 升降压式,按工作范围：单象限 / 双象限 / 四象限,按电路结构：单元电路 / 多元电路（单重、多重）,按输入输出电隔离：非隔离 / 隔离 (正激、反激、自激）,按输入滤波结构：电流源 / 电压源,按器件开关方式：硬开关电路 / 软开关电路,第2章 DC-DC Converter,多元多重结构：,元从电源侧看，差分时的基本电路（n个）； 重从负载侧看，差分时的基本电路（m个） 合并应用多重复用技术,n元n重结构,n元单重结构,第2章 DC-DC

2、Converter,1-1 Buck Converter,1-2 Boost Converter,1-3 Buck-Boost Converter,1-4 Cuk Converter,1-5 Multi-Quadrant Converter,1-6 Voltage Transformer Insulate DC-DC Converter,条 件 假 设,1、理想开关器件；,2、L、C 无损耗，无寄生参数；,3、电源 Ui 内阻为零，无分布参数；,4、开关频率 fs 远大于截止频率 fc,2-1 Buck Converter,电感电流： 连续 (CCM-Continuous Current Mo

3、de) 临界 (CCM-Critical Current Mode) 断续 (DCM-Discontinuous Current Mode) 电压纹波,电流的不同状态,1, 电流连续状态：,稳定状态下：,伏秒平衡原则,直流变压器性质,设电感/电容损耗为零, 电流临界状态：,充电,放电, 电流断续状态：,D对UO的调节规律？,输出电压的纹波和谐波,设：稳态连续 IOC、IOR 而 IL = IO,2,输出电压的谐波,未经滤波的输出电压，即二极管 反压的富氏级数,电路内阻的影响 (CCM),设：S与D的通态电阻相同，为ron 电感寄生电阻为rL,3,电源效率：,相当于电源内阻,由电感临界电流平均值

4、：,得,其中：,若负载稳定，则L过小，IS-on-Max和UO过大，故一般取：,由输出电压纹波幅值：,得,或,仿真分析,5,例：计算临界电感； 计算电压纹波；,临界电感： 250 uH 电压纹波: 0.166V (300uH 470uF)； 1.66V (300uH 47uF),仿真分析,5,2-2 Boost Converter,电感电流： 连续 临界 断续 电压纹波,电流的不同状态,1, 电流连续状态：,稳定状态下：,直流升压变压器,S导通期间电感电流增量等于S关断 期间电感电流减小量，有, 电流临界状态：, 电流断续状态：,输入电流保护 输出电压保护,泵升电压！,输出电压纹波,设：稳态连

5、续 IOC、IOR,2,3,例：Ui=1236V，Uo=48V，Pomax=120W， fs=50kHz。选取保持断续状态的L量。,（与Ui=1236V无关）,D的取值范围,仿真分析,4, D=0.75, D=0.50, D=0.25,fS =50kHz,2-3 Buck-Boost Converter,Buck-Boost Converter,B-B.Converter = Buck 串联 Boost,连续与临界状态,1,电流断续状态,2,例：f =20kHz, L=0.05mH, Ui=15V, Uo=10V, Po=10W, C足够大。 判断电流状态连续否？,D=0.4; Ioc=1.8

6、A；Io=1A 断续,输入电流保护 输出电压保护,仿真分析,4, D=0.4,Buck-Boost Converter, I/O电流脉动较大 应加滤波器,fS =20kHz Po=10W,2-4 Cuk Converter,Cuk Converter,Cuk Converter = Boost 串联 Buck, Cuk 电路分析, Cuk 电路分析,自行推导,2-5 多象限斩波电路,一、双象限半桥式斩波器,Buck Converter,Boost Converter,双象限运行，电流、功率可逆,并联,双象限半桥式斩波器, 设：L足够大；稳态；R= 0,对电机负载，E由Ui而来,对蓄电池负载，E

7、与Ui无关,二、四象限全桥式斩波器,正接 + 短接,四象限运行，电压、 电流、功率均可逆,半桥并联,反接 + 短接,开关器件动作规律： 每臂两个开关 不同时断开 不同时导通 即：同臂互补动作（实际存在闭锁时间）,四象限全桥式斩波器, 设：L足够大；稳态；R= 0,双极性单PWM控制,1, 对角线互补控制（正接+反接）,PWM控制,单极性双PWM控制,2, 同臂反相控制（正接+短接）,？输出如何为负？,2-6 带变压器隔离的直流变换电路, 前述变换器的不足： 1、无隔离；2、传输比限制；3、单路输出,引入隔离 变压器 均可克服, 隔离形式： 1、单端；2、并联；3、半桥；4、全桥, 比较条件：

8、1、D=0.5；2、输入功率相同,单端式（Buck-Boost)：, S电压Usm应力大, 线路简单（+MRT ？）, 开关通态平均电流 Ism=2Ii, 需磁复位, 变压器利用率低, 适用于200W以下容量,2-6 带变压器隔离的直流变换电路,并联式(推挽式）：,S1、S2 50%互补动作, 开关通态平均电流 Ism=Ii, 无需磁复位MRT, 变压器利用率低, 适用于Ui小Ii大的条件, S 电压应力Usm=2Ui,2-6 带变压器隔离的直流变换电路,半桥式：, 开关通态平均电流 Ism=2Ii, 变压器利用率高,S1、S2 50%互补动作, S 电压应力Usm=Ui, 无需磁复位MRT,

9、 适用于Ui大Ii小的条件,2-6 带变压器隔离的直流变换电路,全桥式：, 开关通态平均电流 Ism=Ii, 变压器利用率高,S1、S2 50%互补动作, S 电压应力Usm=Ui, 无需磁复位MRT, 适用于大（1kW以上）功率要求, 线路复杂、S多、N1大,1、交变磁化,一,磁性材料的工作状态,2、单向磁化,3、偏直磁化, 铁心利用率高, 剩磁无限制, 铁心损耗大, 铁心利用率低, 剩磁要小（加气隙）, 铁心损耗小, 铁心损耗很小, 加气隙增电流, 铁心利用率很低,正激变换器 Forward Converter,二, 以Buck电路为基础的正激变换器,剩磁的危害,T的原、副边同时工作 正激

10、, S 开通：, S 关断： 剩磁电感、漏感 + 电流急剧变化 关断电压尖峰, 剩磁 = 剩余能量,正激变换器 Forward Converter,二,磁复位技术, 转移消耗：,正激变换器 Forward Converter,二,磁复位技术, 再生反馈：,正激变换器 Forward Converter,一,磁复位技术, 强迫去磁：,实用电路,正激变换器 Forward Converter,一,双端正激变换器, S 电压应力Usm=Ui,反激变换器 Flyback Converter,二,以Buck-Boost电路为基础的反激变换器, 变压器 = 耦合电感,多路输出,隔离,L1、L2 交替工作,L1蓄能,L2 释能,反激变换器原理分析, 设：临界状态；在直线段以单线变化,N1/N2=k,S 导通：,S 关断：（EM 连续）,电压传输比：,反激变换器注意事项,临界状态，t =T时，i2 =0。即,N1/N2=k,1、应选择电流断续状态工作。即,否则，电流连续将加大剩磁。,2、S 关断时，toff 过小，即 D过大，会加大S的 电压应力。,自激变换器 Royer Converter,三,通电后，设V1开通较快,换流过程,自