第二章化学电源和特种电源.ppt

1、要求 建立拓扑之间的连接关系 掌握高频开关变换器的结构和工作原理,第四部分：直流/直流变换技术,讲授思路,DC/DC变换器电路拓扑分析,直接式DC/DC变换器,间接式DC/DC变换器,输入输出滤波器设计,隔离式DC/DC,第四部分：直流/直流变换技术,DC/DC控制,第四部分：直流/直流变换技术,1 DC/DC变换器的电路拓扑分析 2 直接式DC/DC变换器 3 间接式DC/DC变换器 4 直流变换器的输入输出滤波器设计 5 隔离式DC/DC变换器,一、直流/直流变换电路,第四部分：直流/直流变换技术,1 DC/DC变换器的电路拓扑分析 2 直接式DC/DC变换器 3 间接式DC/DC变换器

2、4 直流变换器的输入输出滤波器设计 5 隔离式DC/DC变换器,一、直流/直流变换电路,1 DC/DC变换器的电路拓扑分析 1.1 基本的直直变换器 （1）连接一个电源和负载 （2）连接两个电源 （3）构成dc/dc变换器电路的基本原则 （4）最基本的dc/dc变换器 （5） 低通滤波器的选择 1.2 基本开关单元 直接式变换器 间接式变换器,1 DC/DC变换器的电路拓扑分析 1.1 基本的直直变换器 （1）连接一个电源和负载 （2）连接两个电源 （3）构成dc/dc变换器电路的基本原则 （4）最基本的dc/dc变换器 （5） 低通滤波器的选择 1.2 基本开关单元 直接式变换器 间接式变换

3、器,（1）连接一个电源和负载,可实现电压的变换（平均值）,无论是电源侧电流或负载侧电压均脉动 很大，产生电磁干扰,series：有串联支路承担两个电源电压差 V1V2,（2）连接两个电源,lossless：串联和并联应该是无损的,shunt：有并联支路承担两个电源电流和 I1I2,Switch：无损耗，但能承担非0平均电流或非0 平均电压 ，且开关的平均值可控。,Filter：为减少I1、V2的脉动，串、并联开关应附加 低通滤波器,（3）构成dc/dc变换器电路的基本原则,应有低通滤波元件以保证电路性能,串联开关S1和并联开关S2应互补工作，以保证能一直 提供电流和不短路电源,（4）最基本的d

4、c/dc变换器,C流过S1产生的高频电流，使i1平滑 L平滑S2产生的高频电压，使V2无脉动,（5） 低通滤波器的选择,V1恒定，有一定的内阻R，S1、S2互补；假设1： L，i20， 电感电流恒定i2I2，分析i1,问题1：并联C能否使i1的脉动电流满足要求？,（5） 低通滤波器的选择,问题1：并联C能否使i1的脉动电流满足要求？,假设2：C很大，所有纹波电流流过C,（5） 低通滤波器的选择,问题1：并联C能否使i1的脉动电流满足要求？,分析： 1）当电源阻抗R有一定值，选择适当的C即可使 得i1较小，C滤波有效,2）当电源V1内阻很小时（如蓄电池、直流电机） ， C应很大,3）改进：在V1

5、端串接上L，以加大其高f阻抗，减少对 C的要求,（5） 低通滤波器的选择,假设1：C无穷大，电容电压恒定为V1，分析v2,问题2：串联L，能否保证V2的脉动电压满足要求？,（5） 低通滤波器的选择,假设2：L很大，脉动电压加在L上,问题2：串联L，能否保证V2的脉动电压满足要求？,V2端的脉动电压为：,（5） 低通滤波器的选择,结论： 1）v2为低阻抗源时，只用L 滤波器即可,问题2：串联L，能否保证V2的脉动电压满足要求？,视具体V1、V2阻抗，选择适当的低通滤波器,2）v2为高阻抗源时（R有一定值），需要很大的L才能保证v2较小 ,3）L有限时，需要在V2端并联电容，以减小其高f阻抗，使v

6、2满足要求。,1 DC/DC变换器的电路拓扑分析 1.1 基本的直直变换器 （1）连接一个电源和负载 （2）连接两个电源 （3）构成dc/dc变换器电路的基本原则 （4）最基本的dc/dc变换器 （5） 低通滤波器的选择 1.2 基本开关单元 直接式变换器 间接式变换器,1.2 基本开关单元,直接式变换器: V1、V2以A或B为公共点，（输入/输出）（B/C） 或（A/C）有通过开关的直接连接通道。,间接式变换器： 以C为公共点，A、B不存在直接连接通道，必须借助储能元件实现能量交换。,重点,1.2 基本开关单元直接式变换器间接式变换器,DC/DC变换器的电路拓扑分析小结,1.1开关电路电源侧

7、电流或负载侧电 压均脉动很大。滤波电路消除谐波,第四部分：直流/直流变换技术,1 DC/DC变换器的电路拓扑分析 2 直接式DC/DC变换器 3 间接式DC/DC变换器 4 直流变换器的输入输出滤波器设计 5 隔离式DC/DC变换器,2.1 直流变化比2.2 以AB作为输入，CB为输出Buck2.3 以CB为输入、AB为输出Boost2.4 电流断续时的特性2.5 电压二象限dc/dc变换器2.6电流二象限dc/dc变换器2.7 四象限变换器,一、直流/直流变换电路,第四部分：直流/直流变换技术,1 DC/DC变换器的电路拓扑分析 2 直接式DC/DC变换器 3 间接式DC/DC变换器 4 直

8、流变换器的输入输出滤波器设计 5 隔离式DC/DC变换器,2.1 直流变化比2.2 以AB作为输入，CB为输出Buck2.3 以CB为输入、AB为输出Boost2.4 电流断续时的特性2.5 电压二象限dc/dc变换器2.6电流二象限dc/dc变换器2.7 四象限变换器,一、直流/直流变换电路,直接式变换器: V1、V2以A或B为公共点，（输入/输出）（B/C） 或（A/C）有通过开关的直接连接通道。,2.1 直流变化比,功率平衡 P1P20 V1I1V2I20,直接变换器，输入、输出电压极性相同， 电流极性相反,第四部分：直流/直流变换技术,1 DC/DC变换器的电路拓扑分析 2 直接式DC

9、/DC变换器,2.1 直流变化比2.2 以AB作为输入，CB为输出Buck2.3 以CB为输入、AB为输出Boost2.4 电流断续时的特性2.5 电压二象限dc/dc变换器2.6电流二象限dc/dc变换器2.7 四象限变换器,一、直流/直流变换电路,2.2 以AB作为输入， CB作为输出的变换器,V2V20, 所以Vyx0 （当Sxy断开） 因为I10，I20 （当Sxy导通）,Syx晶体管,Sxz：因为V1V20，Vxz0 （当Sxz断开） 因为I20，iz0 （当Sxz导通 ),Sxz二极管,2.2 以AB作为输入，CB作为输出的变换器,V20，导致V2,出现断续时的L值,临界连续负载电

10、流：,iL连续时 ：V2=DV1iL断续时：V2/V1=1/(1+IO/(4IGmaxD2),Characteristics of Buck:step-down ;simple, requiring only one transistor;with the di/dt of the load current limited by inductor L, however the input current discontinuous and a smoothing input filter normally required;providing only polarity of output v

11、oltage and unidirectional output current;,第四部分：直流/直流变换技术,1 DC/DC变换器的电路拓扑分析 2 直接式DC/DC变换器,2.1 直流变化比2.2 以AB作为输入，CB为输出Buck2.3 以CB为输入、AB为输出Boost2.4 电流断续时的特性2.5 电压二象限dc/dc变换器2.6电流二象限dc/dc变换器2.7 四象限变换器,一、直流/直流变换电路,2.3 以CB为输入、AB为输出,说明：占空比：基本开关单元，定义串联开关的导通 时间占整个开关周期的比例 一般应用时，以可控开关的导通时间为占空比Buck: 串联开关为可控开关，二者

12、是一致的Boost: 并联开关为可控开关，直流变化比中应以 1 D代替D双向功率流通变换器: 视能量的流通方向确定占空比,Boost升压式直流变换器,On:,Off:,（b）电流连续时的电感电流波形,Characteristics of Boost:step-up;simple, requiring only one device;input current continuous;,BOOST,（c）临界电流连续时的电感电流波形,（d）电流不连续时的电感电流波形,BOOST,BUCK,第四部分：直流/直流变换技术,1 DC/DC变换器的电路拓扑分析 2 直接式DC/DC变换器,2.1 直流变化

13、比2.2 以AB作为输入，CB为输出Buck2.3 以CB为输入、AB为输出Boost2.4 电流断续时的特性2.5 电压二象限dc/dc变换器2.6电流二象限dc/dc变换器2.7 四象限变换器,一、直流/直流变换电路,2.5 电压二象限dc/dc变换器,I10 （I20 （I20 Syx可能为正，负iz0 Sxz可能为正，负,电机控制，励磁控制,不能反转电动。,正转，电动。 不能制动。,反转，制动。发电机工作,因为I单向。,电压两象限DC/DC应用举例 （航空航天供电系统严仰光）,控制：单极性、双极性,第四部分：直流/直流变换技术,1 DC/DC变换器的电路拓扑分析 2 直接式DC/DC变

14、换器,2.1 直流变化比2.2 以AB作为输入，CB为输出Buck2.3 以CB为输入、AB为输出Boost2.4 电流断续时的特性2.5 电压二象限dc/dc变换器2.6电流二象限dc/dc变换器2.7 四象限变换器,一、直流/直流变换电路,2.6 电流二象限dc/dc变换器,V1(V2)0，I1(I2)可能为正、负iy可能为正、负，但uyx0iz可能为正、负，但uxz0,-蓄电池充放电电路,Q1、D2、L，降压；充电,Q2、D1、L，升压；放电。,电流两象限DC/DC应用举例 （航空航天供电系统严仰光）,（b）充电电流大时的电感电流波形,（c）充电电流小时的电感电流波形,（d）蓄电池放电电

15、流波形,第四部分：直流/直流变换技术,1 DC/DC变换器的电路拓扑分析 2 直接式DC/DC变换器,2.1 直流变化比2.2 以AB作为输入，CB为输出Buck2.3 以CB为输入、AB为输出Boost2.4 电流断续时的特性2.5 电压二象限dc/dc变换器2.6电流二象限dc/dc变换器2.7 四象限变换器,一、直流/直流变换电路,2.7四象限变换器,常用时：V10，V2、I2四象限,四象限开关,直接式DC/DC变换器 小结,2.1 直流变化比2.2 以AB作为输入，CB为输出Buck2.3 以CB为输入、AB为输出Boost2.4 电流断续时的特性2.5 电压二象限dc/dc变换器2.6电流二象限dc/dc变换器2.7 四象限变换器,输入/输出电压极性相同，电流的极性相反,