DCDC转换电路实用教案

研讨(ynto)背景 在各种电子设备中，经常需要将输入的直流电压转换到电路(dinl)所需要的直流电压，同时，将不稳定的直流电压变成稳定的电压，这种电路(dinl)称为DC-DC电源电路(dinl)。 电路(dinl)通常用电子开关器件和起储能和平滑作用的电感和电容构成。 DC/DC 转换器分为三类：升压型DC/DC 转换器、降压型DC/DC 转换器以及升降压型DC/DC 转换器。 用动态电路(dinl)分析方法可以解释这种电路(dinl)的工作原理。第1页/共22页第一页，共23页。 题目一：用动态分析方法求出电感电流一个(y )周期的波形 DC-DC降压转换器 理论分析电感电流iL 分析时假定v0为直流V0(理论证明假设(jish)成立！) 求响应的一个周期，周期起始值等于周期结束值第2页/共22页第二页，共23页。T导通等效电路+uo-+ uL -RuidtduCiuUdtdiLuCLCCCSLL假设(jish)uC=Uo =常数iL线性增加uGtuLCsuU tiLiMimtiCt0t1：第3页/共22页第三页，共23页。CuiLuGttonuLCSuU tiCtimtiMtoffT断开等效电路+uo-+ uL -RuidtduCiudtdiLuCLCCCLL假设(jish)uC= Uo =常数iL线性减少第4页/共22页第四页，共23页。升压(shn y)变换电路 DC-DC升压(shn y)转换器 理论分析电感电流iL 分析时假定v0为直流V0 求响应的一个周期，周期起始值等于周期结束值第5页/共22页第五页，共23页。iLimtuLSUtCSuU uGttoniMiCttoffT T导通等效电路导通等效电路T T断开等效电路断开等效电路第6页/共22页第六页，共23页。计算( j sun)过程： 0t1： = + = L i=C + 化简可得： + + = 代入数据(shj)的特征方程为： s2+200s+106=0 解得：s1=-100+1000j s2=-100-1000j 开关变换频率f= = 159Hz第7页/共22页第七页，共23页。综上所述： 由于开关的变化，使产生的电感电压为直流脉冲(michng)，分析可得产生的电感电流为三角波，其关系如下图所示：第8页/共22页第八页，共23页。 题目二：求出两个电路中输出(shch)电压与输入电压的关系。证明改变占空比d =t1/ T可以调整输出(shch)电压的高低。 设iL(0)=0 Uc(0)=0 0t1： iL(t)= dt= t1T： iL(t)= 又因为电流的不可(bk)突变性，所以iL(0) =iL(T)=0 稳态情况下，电感上一周期的平均电压为零 由此可以推出：U0= Uin=dUin 同理升压转换电路中有输入电压、输出电压、占空比之间的关系为： U0= Uin= Uin第9页/共22页第九页，共23页。仿真：仿真：用脉冲电压控制两个开关同时动作用脉冲电压控制两个开关同时动作用用20kHz的脉冲波形控制开关的切换，验证理论分析的脉冲波形控制开关的切换，验证理论分析(fnx)结果结果利用受控源测量电感两端电流和电压波形利用受控源测量电感两端电流和电压波形 题目三：在题目三：在EWBEWB中，用电压控制中，用电压控制(kngzh)(kngzh)开关构建开关构建DC-DCDC-DC电路的仿真电路电路的仿真电路第10页/共22页第十页，共23页。2022-5-4定义上述定义上述(shngsh)(shngsh)电路中导通占空比电路中导通占空比D D为为: : offononsontttTtD 通过控制占空比控制输出电压R两端平均电压：SsonoUTtU SDU导通占空比导通占空比占空比占空比导通比导通比第11页/共22页第十一页，共23页。2022-5-4改变占空比改变占空比D D有三种有三种(sn zhn)(sn zhn)基本方法：基本方法： 脉冲脉冲(michng)(michng)频率调频率调制制(PFM)(PFM) 维持tonton不变，改变TSTS。改变TSTS就改变了输出电压(di(di ny)ny)周期或频率。tonTS1uttonTS2ut2211DTtTtDsonson第12页/共22页第十二页，共23页。2022-5-4脉冲脉冲(michng)(michng)宽度宽度调制调制(PWM)(PWM)维持维持TSTS不变，改变不变，改变tonton在这种方式中，输出电在这种方式中，输出电压波形的周期不变，仅压波形的周期不变，仅改变脉冲改变脉冲(michng)(michng)宽度。宽度。有利于滤波器的设计ton1TSutton2TSut改变占空比改变占空比D D有三种基本有三种基本(jbn)(jbn)方法：方法：第13页/共22页第十三页，共23页。2022-5-4改变改变(gibin)(gibin)占空比占空比D D有三种基有三种基本方法：本方法：混合脉冲混合脉冲(michng)(michng)宽度调制宽度调制脉冲(michng)周期TS与宽度ton均改变。广义的脉冲宽度调制技术包含上述三种控制方式ton1TSutton2TS2ut第14页/共22页第十四页，共23页。 DC-DC降压(jin y)转换器仿真电路图 波形(b xn)为：第15页/共22页第十五页，共23页。 DC-DC升压(shn y)转换器仿真电路图： 波形(b xn)为：第16页/共22页第十六页，共23页。降压降压(jin y)转换器转换器升压升压(shn y)转换器转换器扩展：用二极管代替开关扩展：用二极管代替开关s2，分析与仿真，分析与仿真S1闭合时二极管截止闭合时二极管截止(jizh)（断开）（断开）S1断开时电感电流的连续性产生感应电压，强迫二断开时电感电流的连续性产生感应电压，强迫二极管导通（短路）极管导通（短路） 题目四：重复题三的理论分析，并进行题目四：重复题三的理论分析，并进行EWBEWB仿真仿真第17页/共22页第十七页，共23页。 将电路(dinl)中的开关s2用二极管代替，在图4-1中，正极在下方；在图4-2中，正极在左侧。假设二极管加正向电压时导通，电阻为0；加反向电压时断开，电阻无穷大。第18页/共22页第十八页，共23页。理论分析与上面(shng min)相同，用WEB仿真电路图及波形为： 降压(jin y)转换器 波形为：第19页/共22页第十九页，共23页。 升压(shn y)转换器 波形为：第20页/共22页第二十页，共23页。2022-5-4谢谢谢谢(xi xie)(xi xie)观赏！观赏！第21页/共22页第二十一页，共23页。谢谢您的观看(gunkn)！第22页/共22页第二十二页，共23页。NoImage内容(nirng)总结研讨背景。电路通常用电子开关器件(qjin)和起储能和平滑作用的电感和电容构成。用动态电路分析方法可以解释这种电路的工作原理。假设uC=Uo =常数iL线性增加。s2+200s+106=0。题目二：求出两个电路中输出电压与输入电压的关系。同理升压转换电路中有输入电压、输出电压、占空比之间的关系为：。通过控制占空比控制输出电压。改变TS就改变了输出电压周期或频率。在这种方式中，输出电压波形的周期不变，仅改变脉冲宽度。谢谢您的观看第二十三页，共23页。