电力电子技术课件：电力电子技术基础第3章 DC-DC变换电路.ppt

电力电子技术基础第3章DC-DC变换器常用DC/DC变换器拓扑学习要点:

电路拓扑工作原理外特性参数计算
3.1概述图3-2斩波电路和开关电源图3-3DC-DC变换器的6种基本拓扑3.2单管非隔离变换电路图3-4理想Buck变换器工作原理(1)电感电流连续模式(CCM)

Qon（导通）期间：Qoff（关断）期间：
稳态时ΔiLon=-ΔiLoff=ΔiL(2)电感电流临界连续模式(CRM)
临界连续时的负载电流IG:(3)电感电流断续模式(DCM)稳态时负载电流Io等于电感电流平均值IL,
式（3-1）（3-10）代入式（3-9），并整理，得2.Buck变换器理想条下的外特性

定义：在一定占空比下，变换器的输出电压与输出电流(这里实际上是平均电流)的关系称为变换器的外特性由式(3-4)和(3-12),得理想Buck变换器外特性:图3-9理想Buck变换器的标幺外特性3.开关器件应力分析

1)开关管Q
1)电感L

设临界连续点负载电流为Iomin，将IG=Iomin代入(3-6)，得2)电容C（按理想电容考虑）(3-16)开关管和二极管有正向导通压降或导通电阻，滤波电感有线圈电阻
实际参数都造成变换器的内部损耗(等效内阻)，使外特性下垂。另一种分析方法:对电感应用伏-秒平衡原理（稳态时，一个开关周期电感两端的平均电压为零）

CCM：(Ui-Uo)*DT-Uo*(1-D)T=0Uo=DUi3.2.2Boost变换器图3-12Boost变换器等效电路图3-13Boost变换器工作波形(CCM)稳态时ΔiLon=-ΔiLoff=ΔiLΔiL负载电流Io等于二极管电流的平均值ID，
临界连续时的负载电流Io用IG表示将式（3-17）代入上式，可得(3)电感电流断续模式

Q导通VD关断：

Q关断VD导通：

Q和D都关断：iL=0

稳态-ΔiLoff1=ΔiLon=ΔiL（3-23）2.Boost变换器理想条件下的外特性图3-16理想Boost变换器的标幺外特性3.开关器件应力分析2）二极管VD

Q导通时VD承受最大电压Uo。
输出电流Io是二极管电流iD的平均值，忽略电感电流纹波，即二极管电流的波形则近似为流通时间为(1-D)T、幅度为Io/(1-D)的矩形波，可得
二极管电流有效值4.输出滤波参数设计

1）电感值L
和Buck变换器一样，电感L根据允许的电感电流纹波或临界连续负载电流Iomin（即工作在连续模式的最小负载电流）来设计
令IG=Iomin，由式（3-20)，有2)电容C内容:拓扑
工作原理分析特性:on/off等效电路状态方程
参数设计

几个特点:1.iin=iL;Io=ID
2.峰值电流:iQ、iD和iL相同
3.输入电流纹波小而输出电流纹波大.1.Buck-Boost变换器的工作原理和特性(CCM)D<0.5时，Uo/Ui<1
D>0.5时，Uo/Ui>1
2.Cuk变换器的工作原理3.2.46种基本拓朴的比较3.3单管隔离式变换电路1.工作原理（1）连续模式对变压器T的一次绕组应用伏秒平衡原理另一种分析方法（CCM），参见图3-20：根据磁元件的安匝数不能突变，在Q导通和关断的转换时刻，有
i1mN1=i2mN2，i1nN1=i2nN2
所以Δi1onN1=-Δi2offN2（3-31)
又 （2）临界连续模式负载电流Io等于二极管电流平均值ID
临界连续时的Io用IG表示（3）断续模式反激变换器在断续模式下的标幺外特性图3-22理想反激变换器的标幺外特性曲线反激变换器结构简单，在小功率隔离电源中应用广泛，为减小电感-变压器的体积，一般设计其电感值较小，令变换器在整个负载范围内都工作在断续模式。2.器件应力分析和参数设计

只分析断续工作模式
Q最大正向电压Ui+nUo

Q电流峰值VD最大反向电压Ui/n+Uo
VD电流有效值设计反激变换器工作在断续模式，即最大负载电流Iom不大于临界连续负载电流IG，则要求变压器一次侧激磁电感Flyback变换器特点:
简单(T兼作L)，输入电压范围宽，输入输出电流纹波都大，Q电压应力高
适于小功率应用3.3.2单端正激（Forward）变换器Q导通续流＋磁复位图3-24正激变换器主要工作波形（CCM）对电感L列写伏秒平衡方程

(Ui/n-Uo)DT-Uo(1-D)T=0

故 正向磁化

磁复位Q、VD1、VD2和VD3承受的最大电压应力分别为3.4多管变换电路3.4.1推挽（Push-Pull）变换器1)0≤t≤Ton（1）0≤t≤Ton：Q1导通、Q2关断，输入电压加在N11绕组、变压器正向磁化，“•”端为正，VD3导通，VD4截止，A点电位为Ui/n，iL上升；磁通由-Фm变化到Фm。
（2）Ton≤t≤T/2：Q1、Q2