哈工大DCDC技術(shù)——文庫第1頁/共64頁第一章DC-DCConwerter

多元多重結(jié)構(gòu)：元－－從電源側(cè)看，差T/n分時(shí)的基本電路（n個(gè)）；重－－從負(fù)載側(cè)看，差T/n分時(shí)的基本電路（m個(gè)）n元n重結(jié)構(gòu)n元單重結(jié)構(gòu)第2頁/共64頁§1-1

BuckConverter§1-2

BoostConverter§1-3

Buck-BoostConverter§1-4

CukConverter§1-5

Sepic&ZetaConverter§1-6

多象限變換器§1-7變壓器隔離DC-DC變換器Forward/Flyback/RoyerConverter/…§1-8常用PWM集成控制芯片*本章內(nèi)容：第3頁/共64頁條件假設(shè)1、理想開關(guān)器件；2、L、C無損耗，無寄生參數(shù)；3、電源Ui

內(nèi)阻為零，無分布參數(shù)；4、開關(guān)頻率fs遠(yuǎn)大于截止頻率fc第4頁/共64頁§1-1

BuckConverter電感電流：

連續(xù)

(CCM-ContinuousCurrentMode)

臨界

斷續(xù)(DCM-DiscontiuousCurrentMode)電壓紋波、諧波、內(nèi)阻……第5頁/共64頁電流的不同狀態(tài)1★電流連續(xù)狀態(tài)：穩(wěn)定狀態(tài)下：——直流變壓器第6頁/共64頁在穩(wěn)定狀態(tài)下，一個(gè)開關(guān)周期中，電感伏秒積的代數(shù)和為0。即：電感兩端的平均電壓為0。L伏秒平衡原則：C安秒平衡原則：在穩(wěn)定狀態(tài)下，一個(gè)開關(guān)周期中，電容安秒積的代數(shù)和為0。即：流經(jīng)電容的平均電流為0。第7頁/共64頁★電流臨界狀態(tài)：第8頁/共64頁D=0.1D=0.9U:100V/Div.I:5A/DivD=0.5第9頁/共64頁★電流斷續(xù)狀態(tài)：續(xù)流時(shí)間＝？第10頁/共64頁★電流斷續(xù)狀態(tài)：D對UO的調(diào)節(jié)規(guī)律？第11頁/共64頁輸出電壓的紋波和諧波設(shè)：穩(wěn)態(tài)連續(xù)

△IO→C、IO→R而

IL=IO2第12頁/共64頁輸出電壓的諧波:未經(jīng)濾波的輸出電壓，即二極管反壓的富氏級數(shù)第13頁/共64頁電路內(nèi)阻的影響(CCM)設(shè)：S與D的通態(tài)電阻相同，為ron

電感寄生電阻為rL

3電源效率：

第14頁/共64頁輸出濾波器參數(shù)CCM4由電感臨界電流平均值：得其中：若負(fù)載穩(wěn)定，此L過小，使IS-on-Max和△UO過大，故一般?。喝鬒O-min過小，所需L過大，可加假負(fù)載，但η低；第15頁/共64頁由輸出電壓紋波幅值：得注意！

高頻時(shí)電容的等效電路：ESR—EquivalentSeriesResistance

等效串聯(lián)電阻ESL—EquivalentSeriesInductance

等效串聯(lián)電感Rc漏電阻很大C很大感性大，對開關(guān)電壓諧波尖峰無緩沖。選用高頻電容

縮短C引線，減小分布電感；多電容并聯(lián)，減小ESR。

或第16頁/共64頁仿真分析5<解>例：計(jì)算臨界電感；計(jì)算電壓紋波；第17頁/共64頁D=0.5DCML=150uHCCML=450uH<開關(guān)電流><開關(guān)電流><電感電流><電感電流>第18頁/共64頁<例>第19頁/共64頁§1-2

BoostConverter

電感電流：

連續(xù)臨界斷續(xù)

電壓紋波第20頁/共64頁電流的不同狀態(tài)1★電流連續(xù)狀態(tài)：穩(wěn)定狀態(tài)下：第21頁/共64頁★電流臨界狀態(tài)：第22頁/共64頁★電流斷續(xù)狀態(tài)：輸入電流保護(hù)輸出電壓保護(hù)泵升電壓！第23頁/共64頁輸出電壓紋波設(shè)：穩(wěn)態(tài)連續(xù)

△IO→C、IO→R2第24頁/共64頁第25頁/共64頁3例：Ui=12~36V，Uo=48V，Pomax=120W，

fs=50kHz。選取保持?jǐn)嗬m(xù)狀態(tài)的L量。（與Ui=12~36V無關(guān)）第26頁/共64頁仿真分析4<Boost1>D=0.75D=0.50<Boost2><Boost3>D=0.25fS=50kHzUR1500mV/DrvAC第27頁/共64頁§1-3

Buck-BoostConverterBuck-BoostConverterB-B.Converter=Buck串聯(lián)Boost第28頁/共64頁連續(xù)與臨界狀態(tài)1第29頁/共64頁電流斷續(xù)狀態(tài)2例：f=20kHz,L=0.05mH,Ui=15V,

Uo=10V,Po=10W,C足夠大。判斷電流狀態(tài)連續(xù)否？D=0.4;Ioc=1.8A,>Io=1A

斷續(xù)輸入電流保護(hù)輸出電壓保護(hù)第30頁/共64頁仿真分析4<B-B01>D=0.4Buck-BoostConverter★I/O電流脈動(dòng)較大應(yīng)加濾波器fS

=20kHzPo=10W第31頁/共64頁仿真分析4D=0.50fS=50kHzPo=120W<B-B02>BoostConverter

★輸入電流脈動(dòng)較小第32頁/共64頁§1-4CukConverterCukConverterCukConverter=Boost串聯(lián)Buck第33頁/共64頁★Cuk電路分析

C1足夠大；穩(wěn)態(tài)時(shí)UL1、2

=0S通S關(guān)

電感上的電壓

由串聯(lián)結(jié)構(gòu)，或L1或L2電壓第34頁/共64頁★Cuk電路分析第35頁/共64頁例：f=50kHz,D=0.33第36頁/共64頁其它單象限變換器課后自行分析第37頁/共64頁§1-5

多象限斬波電路一、電流雙象限半橋式斬波器BuckConverterBoostConverter雙象限運(yùn)行，電流、功率可逆并聯(lián)第38頁/共64頁電流雙象限半橋式斬波器★設(shè)：L足夠大；穩(wěn)態(tài)；R=0對電機(jī)負(fù)載，E由Ui而來對蓄電池負(fù)載，E不由Ui決定第39頁/共64頁雙象限半橋式斬波器第40頁/共64頁★電流雙象限橋式斬波器Buck－Boost

獨(dú)立工作方式：第41頁/共64頁課后自行分析★電壓雙象限橋式斬波器P148~153第42頁/共64頁★其他雙象限D(zhuǎn)C/DC變換的電路拓?fù)?/p>

T型雙向升降壓變換器級聯(lián)式升降壓變換器雙向CUK變換器Sepic/Zeta變換器第43頁/共64頁二、四象限全橋式斬波器正接+短接四象限運(yùn)行，電壓、電流、功率均可逆半橋并聯(lián)反接

+短接開關(guān)器件動(dòng)作規(guī)律：

每臂兩個(gè)開關(guān)不同時(shí)斷開不同時(shí)導(dǎo)通即：同臂互補(bǔ)動(dòng)作（實(shí)際存在閉鎖時(shí)間）第44頁/共64頁四象限全橋式斬波器★設(shè)：L足夠大；穩(wěn)態(tài)；R=0第45頁/共64頁雙極性單PWM控制1★對角線互補(bǔ)控制（正接+反接）第46頁/共64頁單極性雙PWM控制2★同臂反相控制（正接+短接）？輸出如何為負(fù)？第47頁/共64頁多重化PWM變換3N=3f×3第48頁/共64頁§1-6

帶變壓器隔離的直流變換電路★前述變換器的不足：

1、無隔離；2、傳輸比限制；3、單路輸出引入隔離變壓器均可克服★隔離形式：

1、單端；2、并聯(lián)；3、半橋；4、全橋★比較條件：

1、D=0.5；2、輸入功率相同單端式（Buck-Boost)：△

線路簡單（+MRT？）▲開關(guān)通態(tài)平均電流

Ism=2Ii▲需磁復(fù)位▲變壓器利用率低●適用于200W以下容量第49頁/共64頁§1-6

帶變壓器隔離的直流變換電路并聯(lián)式(推挽式）：S1、S250%互補(bǔ)動(dòng)作△

開關(guān)通態(tài)平均電流

Ism=Ii△

無需磁復(fù)位MRT●適用于Ui小Ii大的條件▲S電壓應(yīng)力Usm=2Ui

△

變壓器利用率高無需驅(qū)動(dòng)隔離第50頁/共64頁§1-6

帶變壓器隔離的直流變換電路半橋式：▲開關(guān)通態(tài)平均電流

Ism=2Ii△

變壓器利用率高S1、S250%互補(bǔ)動(dòng)作△S電壓應(yīng)力Usm=Ui

△無需磁復(fù)位MRT●適用于Ui大Ii小的條件突出優(yōu)點(diǎn)，具有抗不平衡能力第51頁/共64頁§1-6

帶變壓器隔離的直流變換電路全橋式：△開關(guān)通態(tài)平均電流

Ism=Ii△變壓器利用率高S1、S250%互補(bǔ)動(dòng)作△S電壓應(yīng)力Usm=Ui

△無需磁復(fù)位MRT●適用于大（>kW）功率要求▲線路復(fù)雜、S多、驅(qū)動(dòng)隔離直通和偏磁問題第52頁/共64頁★1、交變磁化一磁性材料的工作狀態(tài)★2、單向磁化★3、偏直磁化△鐵心利用率高△剩磁無限制▲鐵心損耗大▲鐵心利用率低△剩磁要?。託庀叮麒F心損耗小△鐵心損耗很小△加氣隙增電流▲鐵心利用率很低第53頁/共64頁正激變換器

ForwardConverter二磁通復(fù)位技術(shù)①

轉(zhuǎn)移消耗：第54頁/共64頁正激變換器

ForwardConverter二磁通復(fù)位技術(shù)②

再生反饋：第55頁/共64頁正激變換器

ForwardConverter二磁通復(fù)位技術(shù)③

強(qiáng)迫去磁：應(yīng)用電路第56頁/共64頁正激變換器

ForwardConverter二雙端正激變換器△S電壓應(yīng)力Usm=Ui

第57頁/共64頁正激變換器

ForwardConverter二并聯(lián)雙端正激變換器△倍頻輸出

fo=fs

△2元2重結(jié)構(gòu)

第58頁/共64頁反激變換器

FlybackConverter三

以Buck-Boost電路為基礎(chǔ)的反激變換器▲變壓器=耦合電感多路輸出自動(dòng)均衡隔離