【正文】 ，從而減小了電流脈動(dòng)。在要求輸出電壓一定的情況下，容許輸入電壓有較大的變化都能夠工作。 ? 電流按線性規(guī)律直線下降，電感電流的減少量為 ? 顯然，電路平衡時(shí)，才能保證儲(chǔ)能電感 L中一直有能量，才能不斷地向負(fù)載提供能量和功率。它的輸入電壓極性與輸出電壓極性相反，輸入為正時(shí)輸出為負(fù)，在 Buck和 Boost變換器中存在一個(gè)能量從電源流入負(fù)載的期間，而在 BuckBoost變換器中，能量首先儲(chǔ)存在電感中，然后再由電感向負(fù)載釋放能量。若忽略負(fù)載電流脈動(dòng)，則在導(dǎo)通期間電容泄放電荷量應(yīng)等于在關(guān)斷期間電容充電電荷量，反映了電容峰 峰電壓脈動(dòng)量： ? 由此可知，降低紋波電壓，除與輸出電壓有關(guān)外，增大濾波電容 C可以起到顯著效果，提高電力半導(dǎo)體器件的工作頻率也能收到同樣的效果。解得： ? 表明 Boost DCDC變換器是一個(gè)升壓電路，當(dāng)占空比從零變到 1時(shí)，輸出電壓從 變到任意大。 Boost電路 ? Boost電路如圖 57a所示，等效電路如圖 57b所示，工作波形圖如圖 58所示。 ? 確定電容。 ? 占空比選擇。 ? 選擇開關(guān)管工作頻率。 ? Q導(dǎo)通期間，電感電流從零開始增長，其增長量為 ? Q截止后，電感電流從最大值線性下降，在 時(shí)刻下降到零，其減小量為： ? 電感電流增長量和電感電流減小量在穩(wěn)態(tài)時(shí)應(yīng)相等： ? 電感電流連續(xù)時(shí)， ，電感電流斷續(xù)時(shí)， 。當(dāng)電感量小到一定值時(shí)，在 t=T時(shí)刻，電感 L中儲(chǔ)藏的能量剛剛釋放完畢，這時(shí) ，此時(shí)的電感量被稱為臨界電感，當(dāng)儲(chǔ)能電感 L的電感量小于臨界電感時(shí)，電感中電流就發(fā)生斷續(xù)現(xiàn)象。 ? 因?yàn)? ，當(dāng) 時(shí)， C充電，輸出電壓 vo升高；當(dāng) 時(shí)， C放電，輸出電壓 vo下降，假設(shè)負(fù)載電流 io的脈動(dòng)量很小而可以忽略，則 ，即電感的峰峰脈動(dòng)電流 即為電容 C充放電電流。二極管 D被截止，等效電路如圖 55b所示，這時(shí)電感上的電壓為： ? 若 VO在這期間保持不變，則有： ? 顯然 ? 即導(dǎo)通過程的電流變化： ? 開關(guān)狀態(tài) 2： Q關(guān)斷 ? t=ton時(shí)刻， Q關(guān)斷，儲(chǔ)能電感中的電流不能突變，于是電感 L兩端產(chǎn)生了與原來電壓極性相反的自感電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)使二極管 D正向偏置，二極管 D導(dǎo)通，儲(chǔ)能電感中儲(chǔ)存的能量通過二極管 D向負(fù)載供電，二極管 D的作用是續(xù)流，這就是二極管 D被稱為續(xù)流二極管的原因。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 5 A u g 20 00 S h e e t o f F i l e : D : \ l i c i r c u i t \ l i ho n g. d db D r a w n B y :QDLC ZVd ucaQDLC ZVd uccQDLC ZVd ucbQDLC ZVd ucdiCioioioioQ 導(dǎo)通Q 關(guān)斷 Q 關(guān)斷時(shí)電感電流為零B u c k 電路圖LiLiLi圖 55 Buck變換器原理圖及不同開關(guān)狀態(tài)下的等效電路圖 ? 將圖 56所示的方波信號(hào)加到功率半導(dǎo)體器件的控制極，功率半導(dǎo)體器件在控制信號(hào)激勵(lì)下，周期性的開關(guān)。 Buck變換器原理圖如圖 55a所示。 ? 源效應(yīng)是指當(dāng)輸入電壓在規(guī)定范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓的變化量與輸出電壓額定值的比值。不隔離型主要有降壓式（ Buck）變換器、升壓式（ Boost）變換器、升降壓式（ BuckBoost）變換器、 Cuk變換器、 Zeta變換器、 Sepic變換器等?？煞譃榻祲盒秃蜕龎盒汀? 4）按電力半導(dǎo)體器件在開關(guān)過程中是否承受電壓、電流應(yīng)力劃分。還有混合式，即在某種條件下使用脈寬調(diào)制（ PWM），在另一條件下使用頻率調(diào)制（ PFM）。目前在變換中常使用脈寬調(diào)制和頻率調(diào)制兩種方式，脈寬調(diào)制 PWM（ pulse width modulation）是電力半導(dǎo)體器件工作頻率保持不變，通過調(diào)整脈沖寬度達(dá)到調(diào)整輸出電壓。目前，許多國家包括我國對(duì)電子產(chǎn)品的電磁兼容性和電磁干擾制定了許多強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，任何電子產(chǎn)品如果不符合標(biāo)準(zhǔn)不得進(jìn)入市場(chǎng)。還由于 DCDC變換無笨重的工頻變壓器，所以 DCDC變換體積小、重量輕。 LRLIsV CEv?? LRLIsV CEv??oV oV??? ?a b圖 51 a 線性調(diào)節(jié)器模式 b 等效電路 LRLIsV CEv?? LRLIsVoV oV??? ?a b sV oVon閉 合off斷 開 tc圖 52a開關(guān)調(diào)節(jié)模式圖 52b等效電路圖 52c輸出電壓 a 線性模式電源框圖 b 開關(guān)模式電源 (SMPS: Switchmode power supply)框圖圖 53線性電源和開關(guān)電源框圖 ? 開關(guān)調(diào)節(jié)模式與線性調(diào)節(jié)模式相比具有明顯的特點(diǎn)： ? 功耗小、效率高。顯然晶體管功率損耗為 。目前， DCDC變換器在計(jì)算機(jī)、航空、航天、水下行器、通信及電視等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)，這些應(yīng)用也促進(jìn)了 DCDC變換技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。 PWM控制器原理 返回 167。第 5章 DCDC變換技術(shù) ? 167。 帶變壓器隔離的 DCDC變換器原理167。這些使 DCDC變換技術(shù)變得更加重要。晶體管模型可以用可調(diào)電阻 RT等效，其等效電路如圖 51b所示。兩種模式的電源方塊圖如圖 53a和圖 53b所示。由于頻率提高，使脈沖變壓器、濾波電感、電容的體積、重量大大減小，同時(shí)，由于效率提高，散熱器體積也減小。 ? 由于電力半導(dǎo)體器件工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，它所產(chǎn)生的電流和電壓會(huì)通過各種耦合途徑，產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。 2） 按調(diào)制方式劃分。脈寬調(diào)制與頻率調(diào)制相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，目前在 DCDC變換中占據(jù)主導(dǎo)地位。儲(chǔ)能電感串聯(lián)在輸入輸出之間稱之為串聯(lián)型；儲(chǔ)能電感并聯(lián)在輸出與輸入之間稱之為并聯(lián)型。 5）按輸入輸出電壓大小劃分。隔離型 DCDC變換器按電力半導(dǎo)體器件的個(gè)數(shù)可分為：?jiǎn)喂?DCDC變換器 [單端正激（ Forward）、單端反激 (Flyback)]；雙管 DCDC變換器 [雙管正激 (Double transistor forward converter)、雙管反激（ Double transistor flyback converter）、推挽電路（ Pushpull converter）和半橋電路（ Halfbridge converter）等 ]；四管 DCDC變換器即全橋 DCDC變換器（ Fullbradge converter）。指當(dāng)負(fù)載在 0100%額定電流范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓的變化量與輸出電壓額定值的比值。 DCDC變換器的基本電路 1 、 Buck電路 ? Buck電路又稱為串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電路，或降壓斬波電路。電感電流連續(xù)時(shí)， Buck變換器存在兩種開關(guān)狀態(tài)；電感電流斷續(xù)時(shí)， Buck變換器存在三種開關(guān)狀態(tài)；如圖 55b、 c、 d所示。電路穩(wěn)定狀態(tài)下的工作分析如下： ? 1）電感電流連續(xù)模式 CCM（ Continuous current mode） VGEiLIL m axIL m i nIOVGEiLIL m axIL m i nIL m i nIL m axiQiDiCvOVOttttttttttttIL m axIL m axIL m axiCvOa 電感電流連續(xù) b 電感電流斷續(xù)000000 000000IOΔ QΔ QVOtontof fT tonTt ’of f圖 56 Buck電路圖各點(diǎn)波形 ? 開關(guān)狀態(tài) 1： Q導(dǎo)通 ? t=0時(shí)刻， Q管被激勵(lì)導(dǎo)通，二極管 D中的電流迅速轉(zhuǎn)換到 Q管。 ? 由于濾波電容上的電壓等于輸出電壓，電容兩端的電壓變化量實(shí)際上就是輸出電壓的紋波電壓 ， 的波形如圖 56a所示。 設(shè)負(fù)載阻抗 ，則電感平均電流為： ? 電感電流的最大值： ? ? 電感電流的最小值： ? 電感電流不能突變，只能近似的線性上升和下降，電感量越大電流的變化越平滑；電感量越小電流的變化越陡峭。這三種工作狀態(tài)對(duì)應(yīng)三種不同的電路結(jié)構(gòu)，如圖 52b、 c、 d所示。續(xù)流二極管選用快恢復(fù)二極管，其額定工作電流和反向耐壓必須滿足電路要求，并留一定的余量。 ? 開關(guān)管可選方案： MOSFET、 IGBT、 GTR。 ，電感選取一般為臨界電感的 10倍。確定導(dǎo)線必須計(jì)算電流有效值（ RMS） ,電感電流有效值由下式給出： ? ? 由電流有效值確定導(dǎo)線截面積，由工作頻率確定穿透深度（當(dāng)導(dǎo)線為圓銅導(dǎo)線時(shí)，穿透深度為： ），然后確定線徑和導(dǎo)線根數(shù)。此時(shí)流過電感的電流為： ? 顯然，只有 Q管導(dǎo)通期間（內(nèi)）儲(chǔ)能電感 L增加的電流等于 Q管截止期間（內(nèi)）減少的電流，這樣電路才能達(dá)到平衡，才能保證儲(chǔ)能電感中一直有能量，才能不斷地向負(fù)載提供能量和功率。 ? 濾波電容上的電壓等于輸出電壓，電容兩端的電壓變化量實(shí)際上就是輸出電壓的紋波電壓， 的波形如圖 58a所示。 ? Q導(dǎo)通期間，電感電流從零開始增長，其增長量為： ? Q截止后，電感電流從 線性下降，并在 時(shí)刻下降到零，即： ? 式中 ，電感電流斷續(xù)時(shí) ? 若 t=toff時(shí)電流恰好等于零， ? 兩邊各自相加除以 2得 即臨界電感 ? 電感電流臨界連續(xù)時(shí)的平均值 C o n t i n u o u sp o w e r g u iv+V o l t a g e M e a s u r e m e n t 1v+V o l t a g e M e a s u r e m e n tS e r i e s R L C B r a n chS co p eRP u l s eG e n e r a t o rnode 10gmdsM o s f e tD i o d eD C V o l t a g e S o u r cei+C u r r e n t M e a s u r e m e n t 3i+C u r r e n t M e a s u r e m e n t 2i+C u r r e n t M e a s u r e m e n t 1i+C u r r e n t M e a s u r e m e n tC3 、 BuckBoost電路 ? 圖 59a 為 BuckBoost電路原理圖，它即能夠工作在 Buck型，又能夠工作在 Boost型。 ? 在 ton期間內(nèi)電感電流的增量為： ? 狀態(tài) 2： Q關(guān)斷 ? 在 t=ton時(shí)刻， Q關(guān)斷，由于電感中電流不能突變， L上呈現(xiàn)的感應(yīng)電勢(shì) ,當(dāng)該感應(yīng)電勢(shì)超過輸出電壓 VO時(shí)，二極管導(dǎo)通，電感 L上存儲(chǔ)的能量通過 D向負(fù)載和電容 C釋放，補(bǔ)充了電容 C在 ton期間損失的能量，負(fù)載電壓極性與輸入電壓極性相反，等效電路如圖 59c所示，波形如圖 510a所示。 ? 這樣，就可以得到高于或低于輸入電壓的任何輸出電壓。Q導(dǎo)通期間，電感電流從零開始增長，其增長量為： ? Q截止后，電感電流線性下降，并在 時(shí)刻下降到零，即： ? 因此有： ? 式中 ，電感電流斷續(xù)時(shí) ? 若 t=toff時(shí)電流恰好等于零 : ? 兩邊各自相加后除以 2得 ? 電感電流臨界連續(xù)時(shí)的平均值 BUCKBOOST電路 MATLAB仿真 C o n t i n u o u sp o w e r g u iv+V o l t a g e M e a s u r e m e n t 1v+V o l t a g e M e a s u r e m e n tS e r i e s R L C B r a n chS co p eRP u l s eG e n e r