哈尔滨工业大学,电气工程系研究生课程,理论部分,杨世彦教授

第一章 DC-DC Converter (直流变换器) 直流变换器的分类: 按主电路器件:半控型 / 全控型 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 按电路结构:单元电路 / 多元电路(单重、多重)

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第一章 DC-DC Conwerter 多元多重结构:

元--从电源侧看，差T/n分时的基本电路(n个); 重--从负载侧看，差T/n分时的基本电路(m个)

基本电路1 负载 基本电路n

基本电路1

负载1

基本电路n

负载n

n元n重结构

n元单重结构

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本章内容: §1-1 Buck Converter §1-2 Boost Converter §1-3 Buck-Boost Converter §1-4 Cuk Converter §1-5 Sepic & Zeta Converter §1-6 多象限变换器 §1-7 变压器隔离DC-DC变换器 Forward/ Flyback / Royer Converter/…

§1-8 常用PWM集成控制芯片*

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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

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§1-1 Buck Converter iS ii S L

iL iO L

RUi D C Uo

S导通

Ui

C

R

Uo

L

电感电流: 连续 (CCM-Continuous Current Mode) 临界 断续(DCM-Discontiuous Current Mode) 电压纹波、谐波、内阻 …… S 阻断

iL 0 C R

Uo

iL 0 C R

Uo

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1电流的不同状态 ★ 电流连续状态: 稳定状态下: 1 UL T

iS ii

S

L

iL iO R

Ui

0uLdt 0 (U i U o )dt U odt 0 tON Ui UO

T

D

C

Uo

0

T

(Ui Uo )tON UotOFF (Ui Uo ) DT Uo (1 D)T tON Uo U i DU i T PL / C 0 Pi Po U i I i U o I o Io 1 Ii D

ton DT

toff (1-D)T

t

uL

Ui -UO -UO

iL I Lm

--直流变压器

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iS ii

S

L

iL iO R

Ui

D

L伏秒平衡原则:

C

Uo

在稳定状态下，一个开关周期中，电感伏秒积的代数和为0。 即:电感两端的平均电压为0。

C安秒平衡原则: 在稳定状态下，一个开关周期中，电容安秒积的代数和为0。 即:流经电容的平均电流为0。

uL iC S1 S2 T

t

S1 S2

S1 S2

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★ 电流临界状态: I LM 1 tON uLdt L 0 1 (U i U o )tON L DTUi (1 D) L 1 I LM 2 U iT D(1 D) 2L 4 I LCM D(1 D) TUi 8L

Ui UO

ton DT

toff (1-D)T

t

uL

Ui -UO -UO

iL I Lm

ILC I LCM

Io I LC

连续

Io I LC

断 续 0 0.5 1

D

ILCM

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Q1

L1 300uH

ILC C1 R1 20ohm

Vdc1

300V

D1

ILCM

Io I LC

连续

470uF

Io I LC

断 续

?U:100V/Div. I:5A/Div

D1

0

D=0.1

D=0.5

D=0.9

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★ 电流断续状态: uL (1-D)T Ui -UO DT -UO

续流时间=? Io t

1T 2T

1I LM ( D 1 )T / T 2 U I o 1T ( D 1 ) LM 2L U o R

10 U 0 dt L 1T U o

1T L

(U i U o ) DT 1TUo Uo D Ui D 1 D 1 1 Uo

2L D 1 2 1 RT

DD2 8 L / RT 1 2

Uo 2 Ui 1 1 8 L /( RTD2 )

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D对UO的调节规律? Io I L t

1T 2T

Uo 1T ( D 1 ) 2L U iT D 1 2L TU i I LCM 4 I LCM D 1 8L

Uo D U i D 1 D D I o / 4 I LCM D D 2 D I o / 4 I LCM 2