现代电力电子技术之DC-DCConverter10718.pptx

《现代电力电子技术之DC-DCConverter10718.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代电力电子技术之DC-DCConverter10718.pptx（52页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第第2章章 DC-DC Converter(直流变换器直流变换器)按主电路器件：按主电路器件：半控型半控型/全控型全控型直流变换器的分类：直流变换器的分类：按输入输出电压：按输入输出电压：降压式降压式/升压式升压式/升降压式升降压式按工作范围：按工作范围：单象限单象限/双象限双象限/四象限四象限按电路结构：按电路结构：单元电路单元电路/多元电路多元电路（单重、多重）（单重、多重）按输入输出电隔离：按输入输出电隔离：非隔离非隔离/隔离隔离(正激、反激、自激）正激、反激、自激）按输入滤波结构：按输入滤波结构：电流源电流源/电压源电压源按器件开关方式：按器件开关方式：硬开关电路硬开关电路/软开关电路

2、软开关电路第第2章章 DC-DC Converter 多元多重结构：多元多重结构：元元从电源侧看，差分时的基本电路（从电源侧看，差分时的基本电路（n个）；个）；重重从负载侧看，差分时的基本电路（从负载侧看，差分时的基本电路（m个）个）合并应用合并应用多重复用技术多重复用技术n元元n重结构重结构n元单重结构元单重结构第第2章章 DC-DC Converter1-1 Buck Converter1-2 Boost Converter1-3 Buck-Boost Converter1-4 Cuk Converter1-5 Multi-Quadrant Converter1-6 Voltage Tra

3、nsformer Insulate DC-DC Converter条条 件件 假假 设设1、理想开关器件；、理想开关器件；2、L、C 无损耗，无寄生参数；无损耗，无寄生参数；3、电源、电源 Ui 内阻为零，无分布参数；内阻为零，无分布参数；4、开关频率、开关频率 fs 远大于截止频率远大于截止频率 fc2-1 Buck Converter电感电流：连续(CCM-Continuous Current Mode)临界(CCM-Critical Current Mode)断续(DCM-Discontinuous Current Mode)电压纹波电流的不同状态电流的不同状态1 电流连续状态电流连续状

4、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 电流临界状态电流临界状态：充电放电 电流断续状态电流断续状态：D对UO的调节规律？输出电压的纹波和谐波输出电压的纹波和谐波设：稳态连续 IOC、IOR而 IL=IO2输出电压的谐波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：电源效率：相当于电源内阻输出滤波器参数输出滤波器参数 CCM4由电感临界电流平均值：得 其中：若负载稳定，则L过小，IS-on-Max和UO过大，故一般取：若IO-min过小，L过大，加假负载

5、，但降低；由输出电压纹波幅值：得 注意！注意！高频时电容的等效电路：ESREquivalent Series Resistance 等效串联电阻 ESLEquivalent Series Inductance 等效串联电感 Rc漏电阻很大C很大 感性大，对开关电压谐波谐波尖峰无缓冲。选用高频电容 缩短C引线，减小分布电感；多电容并联，减小ESR。或 仿真分析仿真分析5例例：计算临界电感；计算电压纹波；临界电感：临界电感：250 uH电压纹波电压纹波:0.166V (300uH 470uF)；1.66V (300uH 47uF)仿真分析仿真分析52-2 Boost Converter 电感电流：

6、连续 临界 断续 电压纹波电流的不同状态电流的不同状态1 电流连续状态电流连续状态：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 电流临界状态电流临界状态：电流断续状态电流断续状态：输入电流保护输出电压保护泵升电压泵升电压！输出电压纹波输出电压纹波设：稳态连续 IOC、IOR23 例例：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仿真分析4 D=0.75 D=0.50 D=0.25fS=50kHz2-3 Buck-Boost ConverterBuck-Boos

7、t ConverterB-B.Converter=Buck 串联 Boost连续与临界状态连续与临界状态1电流断续状态电流断续状态2例例：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=1.8A；Io=1A 断续输入电流保护输出电压保护仿真分析仿真分析4 D=0.4Buck-Boost Converter D=0.50fS=50kHz Po=120WBoost Converter I/O电流脉动较大 应加滤波器fS=20kHz Po=10W2-4 Cuk ConverterCuk ConverterCuk Conve

8、rter=Boost 串联 Buck Cuk 电路分析电路分析 C1足够大；稳态时UL1、2 =0S 通S 关 电感上的电压 由串联结构，或L1或L2电压 Cuk 电路分析电路分析自行推导2-5 多象限斩波电路多象限斩波电路一、双象限半桥式斩波器Buck ConverterBoost Converter双象限运行，电流、功率可逆双象限运行，电流、功率可逆并并联联双象限半桥式斩波器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与Ui无关二、四象限全桥式斩波器二、四象限全桥式斩波器正接正接+短接短接四象限运行，电压、四象限运行，电压、电流、功率均可逆电流、功

9、率均可逆半桥并半桥并联联反接反接+短接短接开关器件动作规律：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四象限全桥式斩波器 设：L足够大；稳态；R=0双极性单双极性单PWM控制控制1 对角线互补控制（正接+反接）PWM控制控制单极性双单极性双PWM控制控制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带变压器隔离的直流变换电路 前述变换器的不足前述变换器的不足：1、无隔离；2、传输比限制；3、单路输出引入隔离变压器变压器均可克服 隔离形式隔离形式：1、单端；2、并联；3、半桥；4、全桥 比较条件

10、比较条件：1、D=0.5；2、输入功率相同单端式单端式（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 适用于适用于200W以下容量以下容量2-6 带变压器隔离的直流变换电路并联式并联式(推挽式）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 适用于适用于Ui小小Ii大的条件大的条件 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

11、无需磁复位MRT 适用于适用于Ui大大Ii小的条件小的条件2-6 带变压器隔离的直流变换电路全桥式全桥式：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（适用于大（1kW以上）功率要求以上）功率要求 线路复杂、S多、N1大1、交变磁化交变磁化一一磁性材料的工作状态磁性材料的工作状态2、单向磁化单向磁化3、偏直磁化偏直磁化 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正激变换器 Forward Converter二二 以以Bu

12、ck电路为基础的正激变换器电路为基础的正激变换器剩磁的危害剩磁的危害T的原、副边同时工作 正激正激 S 开通开通：S 关断关断：剩磁电感、漏感 +电流急剧变化 关断电压尖峰 剩磁剩磁=剩余能量剩余能量正激变换器正激变换器 Forward Converter二二磁复位技术磁复位技术 转移消耗：正激变换器正激变换器 Forward Converter二二磁复位技术磁复位技术 再生反馈：正激变换器正激变换器 Forward Converter一一磁复位技术磁复位技术 强迫去磁：实用电路实用电路正激变换器正激变换器 Forward Converter一一双端正激变换器双端正激变换器 S 电压应力Usm

13、=Ui 反激变换器反激变换器 Flyback Converter二二 以以Buck-Boost电路为基础的反激变换器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 交替工作交替工作L1蓄能L2 释能反激变换器原理分析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=kS 导通：S 关断：（EM 连续）电压传输比：反激变换器注意事项反激变换器注意事项临界状态，t=T时，i2=0。即N1/N2=k1、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。自激变换器自激变换器 Royer Converte

14、r三三通电后，设V1开通较快换流过程自激变换器自激变换器 Royer Converter三三开关频率 本章小结本章小结 Buck Converter Boost Converter Buck-Boost Converter Cuk Converter Multi-Quadrant Converter Voltage Transformer Insulate DC-DC Converter谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH