本章主要内容3.1降压斩波电路3.2升压斩波电路3.3升降压复合斩波电路3.4库克电路3.5Sepic和Zeta斩波电路第3章直流-直流变流电路3.6复合型DC-DC斩波电路3.7带隔离的直流-直流变流电路3.1降压斩波电路(Buck)降压斩波电路也称为Buck电路，降压斩波电路的输出电压Uo低于输入电压Ud。该电路用GTR作为全控器件开关VT，电感和电容构成低通滤波器，二极管VD提供续流通道。3.1Buck电路-等效原理图3.1Buck电路-电流连续模式3.1Buck电路-电流临界断续模式当3.1Buck电路-电流断续模式3.1Buck电路-电流断续模式■例3-1在图3-1所示的降压斩波电路中，已知Ud=200V，R=10Ω，L值极大，Ts=50s，ton=20s，计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。若存在负载Em=20V，求输出电流平均值Io。解：由于L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为输出电流平均值为3.1Buck电路-例题若存在负载Em=20V，输出电流平均值为■例3-2在图2-1所示的降压斩波电路中，已知Ud=27±10%V，Uo=15V，最大输出功率为Pomax=120W，最小输出功率为Pomin=10W，若工作频率为30kHz，求(1)占空比变化范围；(2)保证整个工作范围电感电流连续时的电感值。解:(1)输入电压的变化值为3.1Buck电路-例题占空比变化范围为■例3-2在图2-1所示的降压斩波电路中，已知Ud=27±10%V，Uo=15V，最大输出功率为Pomax=120W，最小输出功率为Pomin=10W，若工作频率为30kHz，求(1)占空比变化范围；(2)保证整个工作范围电感电流连续时的电感值。解:(2)因为IL=Io,当负载最小，占空比最小时，所需要的电感越大，当Uo不变时，由式(2-5)得3.1Buck电路-例题3.2升压斩波电路（Boost）升压斩波电路也称为Boost电路。升压斩波电路的输出电压总是高于输入电压。升压斩波电路的一个典型应用是用作单项功率因数校正（PDC）电路。电路中的电容C起滤波作用，二极管VD提供续流通道。3.2Boost电路-等效原理图3.2Boost电路-电流连续模式因为3.2Boost电路-电流临界断续模式当3.2Boost电路-电流临界断续模式当3.2Boost电路-电流断续模式3.2Boost电路-电流断续模式■例3-3在图2-5所示的升压斩波电路中，已知Ud=50V，L值和C值极大，R=20，采用脉宽调制控制方式，当TS=40s，ton=25s时，计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。输出电流平均值为：解：输出电压平均值为：3.2Boost电路-例题3.3升降压复合斩波电路(Buck-Boost)电路可以得到高于或低于输入电压的输出电压。当VT导通时，输入端经VT和电感构成电流通道，提供能量给电感，二级管反向偏置，电感电流增大，负载电流由电容器上存储的能量提供。当VT断开时，电感中的自感电势使二级管导通，存储在电感中的能量经二级管传递给电容和输出负载。电感电流减小，电路输出电压是负的。3.3Buck-Boost等效原理图+-+3.3Buck-Boost-电流连续模式当占空比D大于0.5时，输出电压高于输入电压；当占空比D小于0.5时，输出电压低于输入电压，因此，改变占空比就可以得到期望的输出电压值。因3.3Buck-Boost-电流断续模式得当当3.3Buck-Boost电流临界断续模式3.3Buck-Boost-电流断续模式■例3-4升降压复合斩波电路中，工作频率为20kHz，L=0.05mH，输出电容C足够大，Ud=15V，Uo=10V，输出功率为Po=10W，求占空比。解:3.3Buck-Boost–例题若工作于连续电流模式则带入2-37，可得D=0.4时电流临界连续的负载电流IoB■例3-4升降压复合斩波电路中，工作频率为20kHz，L=0.05mH，输出电容C足够大，Ud=15V，Uo=10V，输出功率为Po=10W，求占空比。解:3.3Buck-Boost–例题因输出电流Io=1A0且VT1导通过程。直流侧电源通过VT1向负载供电，输出电压uo=ui，此时输出电流io增加，负载电感和负载电动势储能也增加。由于io>0且uo>0，因此电路工作在第一象限。3.6二象限DC-DC斩波电路(2)(2)输出电流io>0且VT1关断过程。由于电感电流不能突变，因此VD2导通续流，输出电压uo=0，此时VT2承受反压而不能导通，因此输出电流减小，负载电感储能和负载电动势储能也减小。由于io>0且uo=0，因此电路工作在第一象限。3.6二象限DC-DC斩波电路(3)(3)输出电流io<0且VT2导通过程。负载电动势通过VT2向负载电阻和电感供电，输出电压uo=0，此时输出电流io反向增加，负载电感储能也增加。由于io<0且uo=0，因此电路工作在第二象限。3.6二象限DC-DC斩波电路(4)(4)输出电流io<0且VT2关断过程。由于电感电流不能突变，因此VD1导通续流，输出电压uo=ui，因VT1承受反压而不能导通，因此输出电流减小，负载电感储能和负载电动势储能也减小。由于io<0且uo=ui，因此电路工作在第二象限。3.6四象限DC-DC斩波电路(1)(1)当VT4保持导通时，利用VT2、VT1进行斩波控制，则构成了一组电流可逆的二象限DC-DC斩波电路，此时uAB>=0斩波电路运行在一二象限；3.6四象限DC-DC斩波电路(2)(2)当VT2保持导通时，利用VT3、VT4进行斩波控制，则构成了另一组电流可逆的二象限DC-DC斩波电路，此时uAB<=0，斩波电路运行在三、四象限。3.6多相多重DC-DC斩波电路所谓的“相”是指斩波电路输入侧（电源端）的各移相斩波控制的支路相数，而所谓的“重”则是指斩波电路输出侧（负载端）的各移相斩波控制的支路重叠数。3.7带隔离的直流-直流变流电路3.7.1正激电路3.7.2反激电路3.7.3半桥式降压电路3.7.4全桥式降压电路3.7.5推挽电路3.7.6全波整流和全桥整流3.7正激电路◆输出电压☞输出滤波电感电流连续时3.7正激电路-磁芯复位(1)开关管VT导通时，U2=N2*US/N1,电源能量经变压器传递到负载侧。VT截止时变压器原边电流经D3、DW续流，磁场能量主要消耗在稳压管DW上。VT承受的最高电压为US+UDW。3.7正激电路-磁芯复位(2)VT导通时，电源能量经变压器传递到负载侧。VT截止时，由于电感电流不能突变，线圈N1会产生下正上负的感应电势e1。同时线圈N3也会产生感应电势e3=N3*e1/N1，当e3=US时，D3导通。磁场储能转移到电源US中，此时VT上承受的最高电压为US+N1*US/N33.7反激电路◆输出电压☞输出滤波电感电流连续时3.7反激电路◆输出电压☞输出滤波电感电流连续时N2N1N1N23.7半桥式隔离的降压电路（1）VT1开通，VT2关断时，电源及C1上储能经变压器传递到副边，此时电源经VT1、变压器向C2充电，C2储能增加。同时D4导通。N2N1N23.7半桥式隔离的降压电路（2）当两个开关都关断时，变压器绕组N1中的电流为零，D3和D4都处于通态，各分担一半的电流。N2N1N23.7半桥式隔离的降压电路（3）电容C1、C2上电压为US/2，当VT1关断，VT2导通时，电源及电容C2上储能传到副边。电源经变压器、VT2向C1充电，C1储能增加。同时D3导通。N2N1N2◆输出电压☞输出滤波电感电流连续时3.7全桥式隔离的降压电路（1）☞VT1与VT4开通后，D1处于通态，电感L电流逐渐上升。☞VT2与VT3开通后D2处于通态，电感L的电流也上升。☞当4个开关都关断时，D1和D2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断态时承受峰值电压均为Us。3.7全桥式隔离的降压电路（2）◆输出电压☞输出滤波电感电流连续时3.7推挽电路(1)■推挽电路◆工作过程☞推挽电路中开关S1和S2交替导通，在绕组N1和N’1两端分别形成相位相反的交流电压。☞S1导通时，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。3.7推挽电路(2)☞如果S1和S2同时导通，变压器一次侧绕组短路，每个开关占空比不能超过50%，要留有死区。◆输出电压☞当滤波电感L的电流连续时(2-78)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低输入电压的电源各种不同的间接直流变流电路的比较3.8全波整流电路■双端电路中常用整流电路形式为全波整流电路和全桥整流电路。■全波整流电路的特点◆优点：电感L的电流回路中只有一个二极管压降，损耗小，而且整流电路中只需要2个二极管，元件数较少。◆缺点：二极管断态时承受的反压较高，对器件耐压要求较高，而且变压器二次侧绕组有中心抽头，结构较复杂。◆适用场合：输出电压较低的情况下（<100V）。3.8全桥整流电路■全桥电路的特点◆优点：二极管在断态承受的电压仅为交流电压幅值，变压器的绕组简单。◆缺点：电感L的电流回路中存在两个二极管压降，损耗较大，而且电路中需要4个二极管，元件数较多。◆适用场合：高压输出的情况下。图2-27b)全桥整流电路原理图3.8同步整流电路■同步整流电路◆当电路的输出电压非常低时，可以采用同步整流电路，利用低电压MOSFET具有非常小的导通电阻的特性降低整流电路的导通损耗，进一步提高效率。◆这种电路的缺点是需要对V1和V2的通与断进行控制，增加了控制电路的复杂性。图2-28同步整流电路原理图
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