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电力电子技术第六章 开关模式的DC-DC斩波器.ppt

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电力电子技术第六章开关模式的DC-DC斩波器要点

下 页 上 页 返 回 第六章开关模式的直流斩波器 例 已知某一Buck-Boost斩波器的开关频率为20kHz,L=0.05mH,输出电容足够大,输入电压Ud =15V。现欲将输出电压维持在10V,并给负载提供10W的功率。试计算此时的占空比D=? 根据已知条件可知,输出电流I0=10/10=1A。由于导通模式还无法确定,可以先假定电流处于临 界连续导通状态,因此,应用式 可得: 解 解得: D=0.4 下 页 上 页 返 回 第六章开关模式的直流斩波器 将D=0.4代入式 可得: 将D=0.4和IoB.max=5A 代入式IoB=IoB.max(1-D)2 得: 因实际输出电流I0=1A,它小于IoB=1.8A,实际运行电流为断续,以上临界初始估算值不符合实际情况。 下 页 上 页 返 回 第六章开关模式的直流斩波器 在电流断续模式下,应用式 得实际所求的占空比为: 下 页 上 页 返 回 第六章开关模式的直流斩波器 6.5.4 断续导通模式 0 D 寄生效应特征 器件的寄生特性对斩波器的电压转换比和反馈调节的稳定性有很大影响。 生器件模型加到仿真程序中,以对斩波器有一个较为真实的稳态特性分析。 在对斩波器进行设计时,可将这样的寄 下 页 上 页 返 回 第六章开关模式的直流斩波器 6.5.5 输出电压的纹波 u0 t t (1-D)Ts 0 0 iD U0 DU0 DTs DQ DQ ID=I0 假设输出电流保持恒定,则纹波电压的峰-峰值为: 经移项和整理后得: 式中t =RC为时间常数 下 页 上 页 返 回 第六章开关模式的直流斩波器 + Ud - - uL2 + R L2 iL2 C2 - U0 + T iL1 C1 D + uL1 - L1 稳定运行条件下,由于电感电压UL1和UL2在一个开关周期的积分值为零,因此有: UC1=Ud +U0 6.6 Cúk 直流斩波器 下 页 上 页 返 回 第六章开关模式的直流斩波器 断 断 通 通 Ud 0 t t t t 0 0 0 iL2 uL2 iL1 uL1 (1-D)Ts - toff DTs =ton IL1 IL2 Ud-UC1=-U0 UC1 -U0 -U0 UC1的幅值比Ud和U0都要高。设C1足够大,以至在稳态运行下可忽略电容电压的波动,即认为 电容电压的瞬时值uC1(t)近似等于它的平均值UC1。 下 页 上 页 返 回 第六章开关模式的直流斩波器 Ud + uCL - R D iL1 C - U0 + L2 L1 iL2 + uL1 - - uL2 + 当开关处于断开位置时,电感电流iL1和iL2均经过二极管形成各自的闭合回路,此时电源和电 感L1经由二极管形成的闭合回路向电容C1充电。因UC1高于输入电压Ud,所以电流iL1会逐渐减小。与此同时,储存在电感L2中的能量则会转移到负载上,电感电流iL2也将逐渐衰减。 下 页 上 页 返 回 第六章开关模式的直流斩波器 Ud - uCL + R D iL1 C - U0 + L2 L1 iL2 + uL1 - - uL2 + 当开关处于闭合位置时,UC1使二极管反偏而使其关断,此时的电感电流iL1和iL2都会流经 开关而形成各自的闭合回路。因UC1U0,C1可通过开关放电,将自身所储存的能量输出给负载和L2中。这样,iL2得到增加,此时电源也给电感L1补偿能量,使iL1增加。 下 页 上 页 返 回 第六章开关模式的直流斩波器 假设电容电压UC1稳定,根据电感L1、L2在一个开关周期上的平均电压为零的概念,于是得到: 经整理后有: 经整理后有: 解释Cúk斩波器原理的第一种方式 下 页 上 页 返 回 第六章开关模式的直流斩波器 和 两式相等 因此, 设Pd=P0,用Id表示 IL1、I0表示IL2,因此有: 下 页 上 页 返 回 第六章开关模式的直流斩波器 假设电感电流iL1和iL2均为平稳电流。当开关处于断开状态时,传递到C1中的电荷等于IL1(1-D)Ts;当开关处于闭合状态时,电容的放电量则为IL2DTs。稳定运行条件下,一个开关周期中流动的平均净电荷为零,因此有: 解释Cúk斩波器原理的第二种方式 下 页 上 页 返 回 第六章开关模式的直流斩波器 由于输入功率等于输出功率,还可得: 采用Cúk电路的优点是输入电流和输出级的电流中基本上不含有纹波,在Cúk电路中就有可能完全消除iL1和iL2的纹波,从而能有效地降低外部滤波电路的要求。 Cúk电路的缺点是电容C

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