合肥工业大学电力电子技术第七讲第三章.ppt

电 力 电 子 技 术 Power Electronics 第3章 DC－DC变换器 学习指导 DC-DC变换器（DC-DC converter）是指能将一定幅值的直流输入电压（或电流）变换成一定幅值的直流输出电压（或电流）的电力电子装置，主要应用于直流电压变换（升压、降压、升降压等）、开关稳压电源、直流电机驱动等场合。 当DC-DC变换器输入为电压源，并完成电压－电压变换 时，称之为DC-DC电压变换器 当DC-DC变换器输入为电流源，并完成电流－电流变换 时，称之为DC-DC电流变换器 （习惯上所称的DC-DC变换器常指DC-DC电压变换器 ） 学习指导 理论上，按其变换功能可将DC-DC变换器分为以下4种基本类型： 降压型（减流型）DC-DC变换器， 简称buck变换器 升压型（增流型）DC-DC变换器， 简称boost变换器 升－降压型（增－减流型）DC-DC变换器， 简称boost－buck 变换器 降－升压型（减－增流型）DC-DC变换器， 简称buck－boost变换器 学习指导 工程上，依据DC-DC变换器是否需要电气隔离，又可将其分为： 有变压器的隔离型DC-DC变换器 无变压器的非隔离型DC-DC变换器 为讨论方便，本章所简称的buck变换器、boost变换器、 buck－boost变换器及boost－buck变换器，除特加说明 外，一般均指无隔离变压器的非隔离型DC-DC变换器。 由于非隔离型DC-DC变换器是DC-DC变换器的基础，因 此，本章首先着重讨论非隔离型DC-DC变换器的基本原 理及其特性，然后介绍隔离型DC-DC变换器的基本原理 及其特性。 3.1 DC-DC变换器的基本结构 如图所示，在变压器的一次绕组施加交流电压u1时，铁芯内磁通就变化，在二次绕组上就产生感应电压u2。如果设一、二次绕组匝数为w1、w2时，在二次绕组中产生的电压可用下式表达： 3.1 DC-DC变换器的基本结构 如左图所示。通过串联可变电阻改变直流电压。R↑，则uL↓； R ↓ ，则uL ↑。 3.1 DC-DC变换器的基本结构 工程上，一般将以开关管按一定控制规律调制且无变压器隔离的DC-DC变换器或输入输出频率相同的AC-AC变换器统称为斩波器（Chopper） 当完成AC-AC变换时，称之为交流斩波器（AC Chopper）；而当完成DC-DC变换时，则称之为直流斩波器（DC Chopper） 这种开关管按一定调制规律通断的控制为斩波控制 3.1 DC-DC变换器的基本结构 斩波控制按开关管调制规律的不同主要分为2种： 脉冲宽度调制（PWM， Pulse Width Modulation ） 这种控制方式是指开关管调制信号的周期固定不变，而开关管导通信号的宽度可调 脉冲频率调制（PFM） 这种控制方式是指开关管导通信号的宽度固定不变，而开关管调制信号的频率可调 在以上2种调制方式中，脉冲宽度调制（PWM）控制方式是电力电子开关变换器最常用的开关斩波控制方式，也是本章讨论所涉及的主要开关控制方式。 3.1 DC-DC变换器的基本结构 直流斩波器实际上是一类基本的DC-DC变换器，按其直流输入输出相关量的大小关系（升、降、升-降、降-升），这种基本的DC-DC变换器可分为： buck型 DC-DC变换器 boost 型 DC-DC变换器 boost-buck型 DC-DC变换器 buck-boost型 DC-DC变换器 3.1.1 buck型 DC-DC变换器的基本结构 3.1.1 buck型 DC-DC变换器的基本结构 问题的提出 图3-1a所示的原理电路实现了基本的buck型电压变换，但 buck型电压变换电路的输出电压是脉动的，如何进行改进？ 3.1.1 buck型 DC-DC变换器的基本结构 为抑制输出电压脉动，可在图3-1a所示的基本原理电路中加入输出滤波元件（如：电容C）如图3-2a所示 3.1.1 buck型 DC-DC变换器的基本结构 问题的提出 分析已加入滤波环节的DC-DC电压﹑电流变换器 输出滤波元件的加入必然使变换电路中开关管VT的电压、电流应力增加 图3-2a所示的DC-DC去脉动电压变换器电路中，由于Uo≠Ui，当开关管 VT导通 时，电容C将造成输入输出短路，以至于开关管VT流入很大的短路电流而毁坏 3.1.1 buck型 DC-DC变换器的基本结构 在图3-2a所示的buck型DC-DC电压变换电路中为了限制开关管VT导通时的电流