电力电子技术-DC-DC变换器-ppt课件.ppt

1、 第第4 4章章 DC-DC DC-DC变换器变换器 4.1 非隔离型非隔离型DC-DC变换器变换器 4.2 隔离型隔离型DC-DC变换器变换器 4.3 双端变换器的整流电路选择双端变换器的整流电路选择 4.4 DC-DC变换器的控制方法变换器的控制方法 1ppt课件引言 直流-直流变流电路（DC/DC Converter）包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。 直接直流变流电路 也称斩波电路（DC Chopper）。 功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。 一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。 间接直流变流电路 在直流变流电路中增加了交流环节。

2、在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称为直交直电路。 2ppt课件第第4 4章章 DC-DC DC-DC变换器变换器直流变换电路定义：直流变换电路定义： 利用电力开关器件周期性的开通与关断来改变输出利用电力开关器件周期性的开通与关断来改变输出电压的大小，将直流电能转换为另一固定电压或可调电电压的大小，将直流电能转换为另一固定电压或可调电压的直流电能的电路称为直流变换电路。压的直流电能的电路称为直流变换电路。(开关型开关型DC/DC变换电路变换电路/斩波器斩波器)。直流变换电路分类：直流变换电路分类： 按稳压控制方式按稳压控制方式:脉冲宽度调制脉冲宽度调制(PWM)、脉冲频率、

3、脉冲频率调制调制(PFM)直流变换电路。直流变换电路。 按变换器的功能按变换器的功能:降压变换电路降压变换电路(Buck)、升压变换电、升压变换电路路(Boost)、升降压变换电路、升降压变换电路(Buck-Boost)、库克、库克变换电路变换电路(Cuk)和和Sepic斩波电路和斩波电路和Zeta斩波电路。斩波电路。 直流变换电路隔离方式：直流变换电路隔离方式： 在直流开关稳压电源中直流变换电路常常采用变压器在直流开关稳压电源中直流变换电路常常采用变压器实现电隔离，而在直流电机的调速装置中可不用变压器实现电隔离，而在直流电机的调速装置中可不用变压器隔离。隔离。3ppt课件4.14.1 直流变

4、换电路的工作原理v工作原理：图中T是可控开关，R为纯阻性负载。在时间内当开关T接通时，电流经负载电阻R流过， R两端就有电压；在时间内开关T断开时， R中电流为零，电压也变为零。 电路中开关的占空比mTS为开关T的工作周期，ton为导通时间。由波形图可得到输出电压平均值为m 若认为开关T无损耗，则输入功率为 输出电压平均值的改变：输出电压平均值的改变：因为因为D D是是0 01 1之间变化的系数，之间变化的系数，因此在因此在D D的变化范围内输出电压的变化范围内输出电压U UO O总是小于输入电压总是小于输入电压U Ud d，改变改变D D值就可以改变其大小。值就可以改变其大小。占空比的改变：

5、占空比的改变：通过改变通过改变t tonon 或或T TS S来实现。来实现。 基本的斩波器电路及基本的斩波器电路及其负载波形其负载波形 SonTtD ddSonTdODUUTtdtuUS 0 SDTdSRUDdtiuTP020014ppt课件m直流变换电路的常用工作方式主要有两种：m 脉冲频率调制(PFM)工作方式：m 即维持导通时间不变，改变工作周期。在这种调压方式中，由于输出电压波形的周期是变化的，因此输出谐波的频率也是变化的，这使得滤波器的设计比较困难，输出谐波干扰严重，一般很少采用。 m 脉宽调制(PWM)工作方式：m 即维持工作周期不变，改变导通时间。在这种调压方式中，输出电压波形

6、的周期是不变的，因此输出谐波的频率也不变，这使得滤波器的设计容易。4.14.1 直流变换电路的工作原理5ppt课件4 4.1 .1 非隔离型DC-DCDC-DC变换器 4.1.1 Buck变换器 4.1.2 Boost变换器 4.1.3 Buck-Boost变换器 4.1.4 Cuk斩波电路 4.1.5 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路6ppt课件 4.1.1 Buck 4.1.1 Buck变换器原理图原理图 续流二极管续流二极管全控型电力器件全控型电力器件输入直输入直流电压流电压滤波电感滤波电感滤波电容滤波电容负载负载7ppt课件4.1.1 Buck4.1.1 Buck变换器导通期间（t

7、on ）：电力开关器件导通，电感蓄能，二极管D D反偏 等效电路如图(b)(b)所示 ；关断期间（t toffoff）：电力开关器件断开，电感释能，二极管D D导通续流。等效电路如图(c)(c)所示；由波形图(b)可以计算出输出电压的平均值为： 降压电路及其波形图降压电路及其波形图ddOdOIDIUUI1 )0(1)(10000 SononSTttdSTSdtdtuTdttuTUddSonDUUTt 忽略器件功率损耗，即忽略器件功率损耗，即 输入输出电流关系为：输入输出电流关系为：8ppt课件v电感中的电流i iL L是否连续，取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值。4.1.1 Buck4.

8、1.1 Buck变换器 电感电流波形图电感电流波形图 Buck变换器的可能运行情况变换器的可能运行情况：电感电流连续模式电感电流连续模式电感电流临界电感电流临界连续状态连续状态电感电流断流模式电感电流断流模式9ppt课件 4.1.1 Buck 4.1.1 Buck变换器dtdiLuLL onLonOdtILtIILUU 12OdLonUULIt )(电感电流电感电流i iL L连续模式连续模式 ：在在t tonon期间期间: :电感上的电压为电感上的电压为 由于电感由于电感L L和电容和电容C C无损耗，因此无损耗，因此i iL L从从I I1 1线性增长至线性增长至I I2 2，上式可，上式

9、可以写成以写成式中式中I IL L=I=I2 2I I1 1为电感上电流的变化量，为电感上电流的变化量，U UO O为输出电压的平均值。为输出电压的平均值。10ppt课件4.1.1 Buck4.1.1 Buck变换器 (3.2.8) offLOtILU OLoffUILt ）OdOdLoffonSUUULUIttfT (1fLDDUfLUUUUIddOdOL)1 ()( 2120III )1 (201DDLTUIISd 电感电流电感电流i iL L连续模式连续模式 ：在在t toffoff期间期间: :假设电感中的电流假设电感中的电流i iL L从从I I2 2线性下降到线性下降到I I1 1

10、，则有，则有l根据式根据式(3.2.4)(3.2.4)、(3.2.5)(3.2.5)可求出开关周期可求出开关周期S S为为l 上式中上式中IL为流过电感电流的峰峰值，最大为为流过电感电流的峰峰值，最大为I2，最小为，最小为I1。电。电感电流一周期内的平均值与负载电流感电流一周期内的平均值与负载电流IO相等，即同时代入关系式相等，即同时代入关系式IL= I2I1可得可得11ppt课件电感电流iL临界连续状态：变换电路工作在临界连续状态时，即有I1=0，由可得维持电流临界连续的电感值L0为： 即电感电流临界连续时的负载电流平均值为 ： 式中IOB为电感电流临界连续时的负载电流平均值。 总结：临界负

11、载电流 IOB与输入电压Ud、电感L、开关频率f以及开关管T的占空比D都有关。 当实际负载电流Io IOB时，电感电流连续； 当实际负载电流Io = IOB时，电感电流处于连续（有断流临界点）; 当实际负载电流Io IOB时，电感电流断流；4.1.1 Buck4.1.1 Buck变换器)1 (201DDLTUIISd)1 (20DDITULBSdo)1 (2DDLTUIOSdOB12ppt课件输出纹波电压： 在Buck电路中，如果滤波电容C的容量足够大，则输出电压U0为常数。然而在电容C为有限值的情况下，直流输出电压将会有纹波成份。电流连续时的输出电压纹波为 其中f为buck电路的开关频率，

12、fc为电路的截止频率。 它表明通过选择合适的L、C值，当满足fcf 时，可以限制输出纹波电压的大小，而且纹波电压的大小与负载无关。 4.1.1 Buck 4.1.1 Buck变换器22200)(1 (28)1 (ffDLCfDUUc 13ppt课件 4.1.1 Buck 4.1.1 Buck变换器 纹波电压的定义 m简单讲：纹波就是一个直流电压中的交流成分。直流电压本来应该是一个固定的值， 但是很多时候它是通过交流电压整流、滤波后得来的，由于滤波不干净，就会有剩余的交流成分，即使是用电池供电也会因负载的波动而产生纹波。事实上，即便是最好的基准电压源器件，其输出电压也是有纹波的。m狭义上的纹波电

13、压，是指输出直流电压中含有的工频交流成分。m我国工频频率是50Hz，所以纹波电压以工频50Hz或50Hz的整数倍计取。具体取50Hz还是50Hz的倍数，取决于整流电路的类型。对于半波整流，取50Hz；对于全波整流，取50Hz的2倍即100Hz；对于三相半波整流，取50Hz的3倍即150Hz；对于三相全波整流，取50Hz的6倍即300Hz。m对于日本、美国等国家，使用60Hz工频，计取方式只需把上述的50改为60即可。m纹波电压通常用有效值或峰值表示。14ppt课件 4.1.1 Buck 4.1.1 Buck变换器 纹波电压的危害 m1、容易在用设备中产生不期望的谐波，而谐波会产生较多的危害；

14、m2、降低了电源的效率；m3、较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用设备。m4、会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作； m5、会带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作。 纹波电压的抑制方法 m1、在成本、体积允许的情况下，尽可能采用全波或三相全波整流电路；m2、加大滤波电路中电容容量，条件许可时使用效果更好的LC滤波电路；m3、使用效果好的稳压电路，对纹波抑制要求很高的地方使用模拟稳压电源而不使用开关电源；m4、合理布线。15ppt课件 4.1.2 Boost 4.1.2 Boost变换器m定义：直流输出电压的平均值高于输入电压的变换电路称为升压变换电路，又叫Boost电

15、路。全控型电力全控型电力器件开关器件开关储能储能保持输出电压保持输出电压原理图原理图16ppt课件工作原理：ton工作期间：二极管反偏截止，电感L L储能，电容C C 给负载R R提供能量。toff工作期间：二极管导通，电感L L经二极管给电容充电，并向负载R RL L提供能量。m可得：m式中占空比D=tD=tonon/T/TS S，当D=0D=0时，U U0 0=U=Ud d，但D D不能为1 1，因此在0D0D1 1的变化范围内 U Uo oUUd d 4.1.2 Boost4.1.2 Boost变换器 升压变换电路及其波形升压变换电路及其波形DUUtttUddoffoffon 1017p

16、pt课件 T T导通时为电感导通时为电感L L储能阶段，此时电储能阶段，此时电源不向负载提供能源不向负载提供能量，负载靠储于电量，负载靠储于电容容C C的能量维待工作。的能量维待工作。 T T阻断时，电源和阻断时，电源和电感共同向负载供电感共同向负载供电，同时给电容电，同时给电容 C C充电充电。 升压变换电路及其波形升压变换电路及其波形 4.1.2 Boost4.1.2 Boost变换器 总结：电感电流连总结：电感电流连续时续时BoostBoost变换器的变换器的工作分为两个阶段工作分为两个阶段: : 18ppt课件 Boost变换器的可能运行情况： 根据在理想状态下，电路的输出功率等于输入

17、功率，参考降压变换电路的计算方法，可得电感电流临界连续时的负载电流平均值为：当实际负载电流IoIOB时，电感电流连续。当实际负载电流Io = IOB时,电感电流处于临界连续(有断流 临界点)。当实际负载电流IoIOB时，电感电流断流。 4.1.2 Boost4.1.2 Boost变换器)1 (2DULDTIdOSOB19ppt课件 没有电压闭环调节的Boost变换器不宜在输出端开路情况下工作：因为稳态运行时，开关管T导通期间 ( )电源输入到电感L中的磁能，在T截止期间通过二极管D转移到输出端，如果负载电流很小，就会出现电流断流情况。如果负载电阻变得很大，负载电流太小，这时若占空比D仍不减小、

18、ton不变、电源输入到电感的磁能必使输出电压不断增加。4.1.2 Boost4.1.2 Boost变换器SonDTt 总总 结：结： Boost电路对电源的输人电流（也即通过二极管电路对电源的输人电流（也即通过二极管D的的电流）就是升压电感电流）就是升压电感L电流，电流平均值为：电流，电流平均值为：I0=(I2-I1)/2。 实际中，选择电感电流的增量实际中，选择电感电流的增量IL时，应使电感的时，应使电感的峰值电流峰值电流Id+IL不大于最大平均直流输入电流不大于最大平均直流输入电流Id的的20%，以防止电感以防止电感L饱和失效。饱和失效。 Boost变换器的效率很高，一般可达变换器的效率很

19、高，一般可达92%以上。以上。20ppt课件4 4.1.2 .1.2 BoostBoost变换器ttTEiOOi1i2I10I20I10tontoffuotOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI20a)b) 用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形a）电路图 b）电流连续时 c）电流断续时 典型应用 一是用于直流电动机传动，二是用作单相功率因数校正（Power Factor CorrectionPFC）电路，三是用于其他交直流电源中。 以用于直流电动机传动为例 在直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源。 电动机电枢电流连续和断续两种工作状态。 直流电源的电压基本是恒定

20、的，不必并联电容器。 基于分时段线性电路思想，电流连续时得L为无穷大时电枢电流的平均值Io为 其中为变压比的倒数。 REEREmImo21ppt课件4.1.3 Buck-Boost4.1.3 Buck-Boost变换器m概述：m 升降压变换电路（又称Buck-boost电路）的输出电压平均值可以大于或小于输入直流电压，输出电压与输入电压极性相反，其电路原理图如图所示。 m 它主要用于要求输出与输入电压反相，其值可大于或小于输入电压的直流稳压电源。 升降压变换电路原理图升降压变换电路原理图22ppt课件4.1.3 Buck-Boost4.1.3 Buck-Boost变换器m工作原理：m ton期

21、间，二极管D反偏而关断，电感储能，滤波电容C向负载提供能量。 升降压变换电路及其工作波形升降压变换电路及其工作波形offLtILU 0onLondtILtIILU12 toff期间，当感应电动期间，当感应电动势大小超过输出电压势大小超过输出电压U U0 0时，时，二极管二极管D D导通，电感经导通，电感经D D向向C C和和R RL L反向放电，使输出电压反向放电，使输出电压的极性与输入电压相反。的极性与输入电压相反。23ppt课件 4.1.3 Buck-Boost 4.1.3 Buck-Boost变换器 在ton期间电感电流的增加量等于toff期间的减少量，得： offondtLUtLU0S

22、onDTtSoffTDt)1 ( dUDDU10由由 的关系，求出输出电压的关系，求出输出电压的平均值为：的平均值为：上式中，上式中，D为占空比，负号表示输出与输入电压为占空比，负号表示输出与输入电压反相；当反相；当D=0.5时，时，U0=Ud；当；当0.5DUd，为升压变换；当，为升压变换；当0D0.5时，时，U0Ud，为降压变换。，为降压变换。24ppt课件 采用前几节同样的分析方法可得电感电流临界连续时的负载电流平均值为：变换器的可能运行情况： 实际负载电流IoIOB时，电感电流连续。 实际负载电流Io = IOB时，电感电流处于临界连续(有断流临界点)。 实际负载电流I Io oI I

23、OBOB时，电感电流断流。 4.1.3 Buck-Boost4.1.3 Buck-Boost变换器doOBUfLDDI21）（25ppt课件 库克(Cuk)变换电路属升降压型直流变换电路。 电路的特点：输出电压极性与输入电压相反，出入端电流纹波小，输出直流电压平稳，降低了对外部滤波器的要求。 4.1.4 Cuk 4.1.4 Cuk斩波电路斩波电路L1、L2储能电感耦合电容快速恢复续流二极管滤波电容 库克库克(Cuk)变换电路原理图变换电路原理图26ppt课件 4.1.4 Cuk 4.1.4 Cuk斩波电路斩波电路 库克电路及其等效电路和工作波形库克电路及其等效电路和工作波形 晶闸管关断晶闸管开

24、通27ppt课件 Cuk变换电路也有电流连续和断流两种工作情况，但这里不是指电感电流的断流，而是指流过二极管D的电流连续或断流。工作情况: :电流连续：在开关管T的关断时间内，二极管电流总是大于零。电流断流：在开关管T的关断时间内，二极管电流在一段时间内为零。临界连续：二极管电流经t toffoff后，在下个开关周期T TS S的开通时刻二极管电流正好降为零。 4.1.4 Cuk 4.1.4 Cuk斩波电路斩波电路28ppt课件4 4.1.1.4 4 Cuk Cuk斩波电路基本结构Cuk斩波电路及其等效电路a） 电路图 b） 等效电路 基本结构Cuk斩波电路（无滤波电容） 工作原理 V导通时，

25、EL1V回路和RL2CV回路分别流过电流。 V关断时，EL1CVD回路和RL2VD回路分别流过电流。 输出电压的极性与电源电压极性相反。 基本的数量关系 C的电流在一周期内的平均值应为零，即TCti00d29ppt课件4.1.4 Cuk4.1.4 Cuk斩波电路offdonotItI 电源电流id和负载电流io的平均值分别为Id和Io从而可得DDttTttIIonononoffdo1 由L1和L2的电压平均值为零，可得出输出电压Uo与电源电压E的关系 EDDEtTtEttUononoffono1与升降压斩波电路相比，Cuk斩波电路有一个明显的优点，其输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动

26、很小，有利于对输入、输出进行滤波。所以有30ppt课件5.1.4 Sepic5.1.4 Sepic斩波电路和ZetaZeta斩波电路Sepic斩波电路 工作原理 V导通时，EL1V回路和C1VL2回路同时导电，L1和L2贮能。 V关断时，EL1C1VD负载回路及L2VD负载回路同时导电，此阶段E和L1既向负载供电，同时也向C1充电（C1贮存的能量在V处于通态时向L2转移）。 输入输出关系 EDDEtTtEttUononoffono1 Sepic斩波电路 31ppt课件5.1.4 Sepic5.1.4 Sepic斩波电路和ZetaZeta斩波电路Zeta斩波电路 工作原理 V导通时，电源E经开关

27、V向电感L1贮能。 V关断时，L1VDC1构成振荡回路， L1的能量转移至C1，能量全部转移至C1上之后，VD关断，C1经L2向负载供电。 输入输出关系为 EDDUo1两种电路具有相同的输入输出关系，Sepic电路中，电源电流连续但负载电流断续，有利于输入滤波，反之，Zeta电路的电源电流断续而负载电流连续；两种电路输出电压为正极性的。 Zeta斩波电路 32ppt课件4.24.2 带隔离的DC-DCDC-DC变换器 4.2.1 反激电路 4.2.2 正激电路 4.2.3 半桥电路 4.2.4 全桥电路 4.2.5 推挽电路 33ppt课件4.2 4.2 带隔离的DC-DCDC-DC变换器引言

28、 间接直流变流电路的结构同直流斩波电路相比，电路中增加了交流环节，因此也称为直交直电路。 采用这种结构较为复杂的电路来完成直流直流的变换有以下原因 输出端与输入端需要隔离。 某些应用中需要相互隔离的多路输出。 输出电压与输入电压的比例远小于1或远大于1。 交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量。间接直流变流电路分为单端(Single End)和双端(Double End)电路两大类，在单端电路中，变压器中流过的是直流脉动电流，而双端电路中，变压器中的电流为正负对称的交流电流，正激电路和反激电路属于单端电路，半桥、全桥和推挽电路属于双端电路。 34ppt课件4

29、.2.14.2.1 反激电路SuSiSiVDtontoffttttUiOOOO 反激电路原理图 反激电路的理想化波形反激电路 工作过程 S开通后，VD处于断态，W1绕组的电流线性增长，电感储能增加。 S关断后，W1绕组的电流被切断，变压器中的磁场能量通过W2绕组和VD向输出端释放，电压为 。 工作模式 当S开通时，W2绕组中的电流尚未下降到零，则称工作于电流连续模式，输出输入电压关系为uUNNUSio12offon12iottNNUU S开通前，W2绕组中的电流已经下降到零，则称工作于电流断续模式，此时输出电压高于上述公式的计算值，在负载为零的极限情况下， ， Uo 所以应该避免负载开路状态。

30、35ppt课件4.24.2. .2 2 正激电路SuSiLiSOttttUiOOO 正激电路的原理图 正激电路的理想化波形正激电路(Forward) 工作过程 开关S开通后，变压器绕组W1两端的电压为上正下负，与其耦合的W2绕组两端的电压也是上正下负，因此VD1处于通态，VD2为断态，电感L的电流逐渐增长。 S关断后，电感L通过VD2续流，VD1关断。变压器的励磁电流经N3绕组和VD3流回电源，所以S关断后承受的电压为 。iSUNNu)1 (3136ppt课件4.2.24.2.2 正激电路 磁心复位过程变压器的磁心复位 开关S开通后，变压器的激磁电流由零开始，随时间线性的增长，直到S关断，导致

31、变压器的激磁电感饱和。 必须设法使激磁电流在S关断后到下一次再开通的时间内降回零，这一过程称为变压器的磁心复位。 变压器的磁心复位所需的时间为on13rsttNNt输出电压 输出滤波电感电流连续时 TtNNUUon12io输出电感电流不连续时，在负载为零的极限情况下 i12oUNNU 37ppt课件4.24.2.3 .3 半桥电路 半桥电路原理图 半桥电路的理想化波形半桥电路 工作过程 S1与S2交替导通，使变压器一次侧形成幅值为Ui/2的交流电压，改变开关的占空比，就可以改变二次侧整流电压ud的平均值，也就改变了输出电压Uo。 S1导通时，二极管VD1处于通态，S2导通时，二极管VD2处于通

32、态，当两个开关都关断时，变压器绕组N1中的电流为零，VD1和VD2都处于通态，各分担一半的电流。 S1或S2导通时电感L的电流逐渐上升，两个开关都关断时，电感L的电流逐渐下降，S1和S2断态时承受的峰值电压均为Ui。 38ppt课件4.24.2.3 .3 半桥电路 由于电容的隔直作用，半桥电路对由于两个开关导通时间不对称而造成的变压器一次侧电压的直流分量有自动平衡作用，因此不容易发生变压器的偏磁和直流磁饱和。输出电压 滤波电感L的电流连续时 TtNNUUon12io输出电感电流不连续，输出电压Uo将高于式上述公式的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下2i12oUNNU39ppt课

33、件4.24.2.4 .4 全桥电路S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO 全桥电路原理图 全桥电路的理想化波形全桥电路 工作过程 全桥电路中，互为对角的两个开关同时导通，同一侧半桥上下两开关交替导通，使变压器一次侧形成幅值为Ui的交流电压，改变占空比就可以改变输出电压。 当S1与S4开通后，VD1和VD4处于通态，电感L的电流逐渐上升。 当S2与S3开通后，VD2和VD3处于通态，电感L的电流也上升。 当4个开关都关断时，4个二极管都处于通态，各分担一半的电感电流，电感L的电流逐渐下降，S1和S2断态时承受的峰值电压均为Ui。4

34、0ppt课件4.2.44.2.4 全桥电路 如果S1、S4与S2、S3的导通时间不对称，则交流电压uT中将含有直流分量，会在变压器一次侧产生很大的直流分量，造成磁路饱和，因此全桥电路应注意避免电压直流分量的产生，也可在一次侧回路串联一个电容，以阻断直流电流。 为避免同一侧半桥中上下两开关同时导通，每个开关的占空比不能超过50%，还应留有裕量。 输出电压 滤波电感电流连续时 TtNNUUon12io2 输出电感电流不连续，输出电压Uo将高于式上述公式的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下 UNNUoi2141ppt课件4.24.2.5 .5 推挽电路S1S2uS1uS2iS1iS2

35、iD1iS2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO 推挽电路原理图 推挽电路的理想化波形推挽电路 工作过程 推挽电路中两个开关S1和S2交替导通，在绕组N1和N1两端分别形成相位相反的交流电压。 S1导通时，二极管VD1处于通态，电感L的电流逐渐上升，S2导通时，二极管VD2处于通态，电感L电流也逐渐上升。 当两个开关都关断时，VD1和VD2都处于通态，各分担一半的电流，S1和S2断态时承受的峰值电压均为2倍Ui。 42ppt课件4.24.2.5 .5 推挽电路 如果S1和S2同时导通，就相当于变压器一次侧绕组短路，因此应避免两个开关同时导通，每个开关各自的占空比不能超过

36、50%。 输出电压 当滤波电感L的电流连续时 TtNNUUon12io2 输出电感电流不连续，输出电压Uo将高于式上述公式的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下 UNNUoi2143ppt课件电路优点缺点功率范围应用领域正激电路较简单，成本低，可靠性高，驱动电路简单变压器单向激磁，利用率低几百W几kW各种中、小功率电源反激电路非常简单，成本很低，可靠性高，驱动电路简单难以达到较大的功率，变压器单向激磁，利用率低几W几十W小功率电子设备、计算机设备、消费电子设备电源。全桥变压器双向励磁，容易达到大功率结构复杂，成本高，有直通问题，可靠性低，需要复杂的多组隔离驱动电路几百W几百kW大

37、功率工业用电源、焊接电源、电解电源等半桥变压器双向励磁，没有变压器偏磁问题，开关较少，成本低有直通问题，可靠性低，需要复杂的隔离驱动电路几百W几kW各种工业用电源，计算机电源等推挽变压器双向励磁，变压器一次侧电流回路中只有一个开关，通态损耗较小，驱动简单有偏磁问题几百W几kW低输入电压的电源4.24.2.5 .5 推挽电路 各种不同的间接直流变流电路的比较44ppt课件 4.3 4.3 双端变换器的整流电路选择m 双端变换器电路中常用的整流电路形式为全波整流电路、全桥整流电路和同步整流电路。m全波整流 优点是任意时刻电感L的电流回路中只存在二极管导通压降，整流电路只需要两个二极管，元件数量少。

38、 缺点是二极管承受的反向电压是2倍的交流电压幅值，对器件的耐压要求较高，而且要求变压器二次侧绕组有中心抽头。、 DC-DC双端变换器通常在输出电压较低的情况下采用全波整流电路。45ppt课件 4.3 4.3 双端变换器的整流电路选择m全桥整流 优点是二极管承受的反向电压仅为交流电压幅值，而且变压器绕组结构比较简单。 缺点是回路中任意时刻电感L的电流总要相继流过两个二极管，电流回路存在两个二极管压降，损耗较大，而且电路中需要四个二极管，元件数较多。 DC-DC双端变换器高压输出的情况下，一般采用全桥整流电路。m同步整流 当电路输出电压非常低时，可以采用同步整流电路。同步整流可以达到很高的效率，但

39、控制电路比较复杂。46ppt课件 4.4 DC-DC 4.4 DC-DC变换器的PWMPWM控制方法m DC-DC变换器是构建开关电源等电能变换器的基本组成部分。在开关电源的设计中，DC-DC变换器控制方法的选择和设计直接关系到开关电源的控制效果，采用不同的检测信号和不同的控制电路会得到不同的稳态及动态特性。m 在开关电源中，DC-DC变换器通常采用PWM控制方法，常用到的PWM控制方法有电压型PWM控制和电流型PWM控制。电流型PWM控制又分为峰值电流型PWM控制和平均电流型PWM。47ppt课件4.4 DC-DC4.4 DC-DC变换器的PWMPWM控制方法m电压型PWM控制m电压型PWM

40、控制是开关稳压电源刚刚开始发展起来就采用的第一种控制方式，至今仍然被广泛应用。m优点是只有一个反馈控制环路，分析和设计比较简单。抗干扰能力强。占空比调节灵活，调试比较容易。m缺点是动态响应速度比较慢，而且需要额外的电路来限制输出电流。48ppt课件4.4 DC-DC4.4 DC-DC变换器的PWMPWM控制方法m峰值电流型PWM控制m八十年代初期，第一批电流型PWM控制集成电路芯片的出现时峰值电流型PWM控制迅速的得到推广应用。峰值电流型PWM控制主要用于单端及推挽变换器。m优点是暂态闭环响应较快，输入电压的变化和输出负载电压变化时的瞬态响应都比较快。反馈控制环节易于设计，输出电压的调整可与电

41、压型PWM控制时的输入电压前馈控制相媲美。并且具有瞬时峰值电流限流功能和自动均流并联功能。m缺点是占空比大于0.5时电流反馈环会发生次谐波振荡的稳定性问题。需要引入斜坡补偿技术消除次谐波，提高开关管的临界最大工作占空比。对噪声敏感，抗干扰性差。49ppt课件4.4 DC-DC4.4 DC-DC变换器的PWMPWM控制方法m平均电流型PWM控制m平均电流型PWM控制集成电路芯片出现在九十年代初期，成熟应用与九十年代后期。m优点是平均电感电流能够高度精确地跟踪电流编程信号，提高了电流的控制精度；电流环不需要斜坡补偿；调试好的电路抗噪声性能优越，抗干扰性强；适合于任何电路拓扑对输入或输出电流的控制；

42、易于实现均流。m缺点是响应速度比峰值电流型PWM控制方法慢；电流放大器在开关频率处的增益有最大限制；双闭环放大器带宽、增益等配合参数设计调试复杂。50ppt课件4.4 DC-DC4.4 DC-DC变换器的PWMPWM控制方法m斜坡补偿的概念m起因：在电流模式控制下，当电流达到一定大小时开关关断。如果占空比超过50%，电感电流的上升时间就大于整个周期的50%，那么电流下降时间就小于一个周期的50%。在较短的时间内，电流还没有来得及回到静态初始值，下一个周期接着又开始了。下一个周期的初始电流变大了。在接下来的这个周期里，电感电流很快就上升到参考点，使导通时间变短，占空比变得更窄；和上一个周期相比，

43、这个周期的占空比减小到50%以内。但是这样又导致关断时间太长，下一个周期电流的初始值太小，又使得占空比再一次超过50%。如此循环，电流以间隔一个周期过大和过小的方式出现振荡。51ppt课件4.4 DC-DC4.4 DC-DC变换器的PWMPWM控制方法m操作：针对这个问题，在电流上迭加一个固定斜坡的信号。由于所迭加的斜坡是一个固定值，电流闭环的影响可以得到较好抑制。斜坡补偿的真正作用是使控制环更像电压模式控制。电压模式控制是用固定斜坡的锯齿波和误差放大器的输出进行比较，所以当选加的斜坡越来越大的时候，变换器就越来越像电压模式控制，当斜坡补偿的幅度与电流信号幅度之比趋于无穷大时，就完全变成了电压模式控制。52ppt课件