t
Uo
=
Q C
=
1 C
1 2
T 2
I L 2
-UO
iL
I LM △Q
I Lm
IO △IL
T/2
uO
△UO
UO
放电 充电 放电 充电
IL =
1 L
(1 0
D)T
uLdt
= Uo (1 D)T L
Uo
=
(1
D)T 8LC
2
Uo
fC
=
2
1 LC
fS
Uo Uo
=
2
2
(1
D)
fC fS
2
输出电压的谐波
第2章 DC-DC Converter (直流变换器)
直流变换器的分类：
按主电路器件：半控型 / 全控型 按输入输出电压：降压式 / 升压式 / 升－降压式 按工作范围：单象限 / 双象限 / 四象限 按输入输出电隔离：非隔离 / 隔离 (正激、反激、自激） 按输入滤波结构：电流源 / 电压源 按器件开关方式：硬开关电路 / 软开关电路 按电路结构：单元电路 / 多元电路（单重、多重）
临界 (CCM-Critical Current Mode)
S 阻断
断续 (DCM-Discontinuous Current Mode)
电压纹波
iL ? 0
C
iL = 0
C
R Uo R Uo R Uo
1 电流的不同状态
★ 电流连续状态： 稳定状态下：
iS = ii S
Ui
D
L C
iL = iO
R Uo
D1
<Boost1>
C1 100uF
R1 20ohm
D1
<Boost2>
C1 100uF
R1 20ohm
D1
<Boost3>
C1 100uF
R1 20ohm
§2-3 Buck-Boost Converter
S1
L1
L2
D2
S1
L
D2
Ui
D1
C1
S2
R Uo
Ui
D1
C2
S2
R Uo
C
Buck Converter
fs=50kHz。选取保持断续状态的L量。
T = 20s
IOMax 2.5 A
（与Ui=12~36V无关）
I LC
IO IOC 连续
D
0 0.25
0.75 1
UO = 48V Ui = 12V 36V 1 = 4 1.3
1 D
D = 0.75 0.25
I I OMax
OC min D=0.250.75 D的取值范围
8LUO
或 C = UiT 2
8LUO
D(1 D)Max = 1 / 4
注意！高频时电容的等效电路：
ESR—Equivalent Series Resistance 等效串联电阻
ESL—Equivalent Series Inductance 等效串联电感
Z
=
RES
j(LES
1
C
)
0 =
1 LES C
uL Ui -UO
-UO
iD
S2
S1
uO
△UO
iL t
ID=IO UO
放电 充电 放电
S1 = S2
设：稳态连续
△IO→C、IO→R
iL = ii L
D
iD = iO
R
Ui
S
Uo
C
U o
=
Q C
= IO DT C
= UO DT RC
UO = DT
UO
RC
= DT
3 例：Ui=12~36V，Uo=48V，Pomax=120W，
Uo = D Ui D 1
D 1 1
Uo
Uo = D Ui D 1
=
D
D Io / 4I LCM D
=
D2
D2 Io / 4I LCM
D对UO的调节规律？
Io = IL
=
1 2
I LM
(D
1 )T
/T
=
Uo 2L
1T
(D
1
)
=
UiT 2L
D1
= 4I LCM D1
10
I LM
= L
1T U0dt
第2章 DC-DC Converter
多元多重结构：
元－－从电源侧看，差分时的基本电路（n个）； 重－－从负载侧看，差分时的基本电路（m个）
合并应用－－多重复用技术
基本电路1 基本电路n
负载
n元n重结构
基本电路1
负载1
基本电路n
负载n
n元单重结构
第2章 DC-DC Converter
§1-1 Buck Converter §1-2 Boost Converter §1-3 Buck-Boost Converter §1-4 Cuk Converter §1-5 Multi-Quadrant Converter §1-6 Voltage Transformer Insulate DC-DC Converter
Ui
D
C
Uo
Uo /Ui 1
0.5
Uo = D Ior
Ui
Ui
D = 1.00 D = 0.75 D = 0.50 D = 0.25
0
1
I o / I LCM
4 输出滤波器参数 CCM
由电感临界电流平均值：
L=?
I LC
=
DTU i 2L
(1
D)
得 L = DTUi (1 D) = DTUi (1 UO )
t
DT
uL
Ui
(1-D)T
Ui -UO
iL
I LM
IL
I Lm
IL
I LC I LCM
I OCM
IO IOC 连续
D
0 1/3 0.5
1
uL
(1-D)T Ui
t
DT
1T
Ui -UO
2T
Ui DT (Ui UO )1T = 0
Uo = 1 D
Ui
1
1 1
D
=
1
1 D
D
=
1
1 D
1 D
1 D
=
Uo L
1T
I LCM
=
TU i 8L
Uo /Ui 1
0.5
D = 1.00 D = 0.75 D = 0.50 D = 0.25
0
1
I o / I LCM
2 输出电压的纹波和谐波
iS = ii S
L
iL = iO
设：稳态连续 △IO→C、IO→R
而 IL = IO
R
Ui
D
C
Uo
uL
Ui -UO
2I LC
2 I O min
Ui
其中： I LC = I0min
若IO-min过小，L过大，加假负载，但η降低；
若负载稳定，则L过小，IS-on-Max和△UO过大，故一般取：
I LC
= (1 5
~
1 3 ) I 0min
C =?
由输出电压纹波幅值：
Uo
=
(1
D)T 8LC
2
Uo
得 C = (1 D)DUiT 2
<Buck02>
R1 20ohm
L1
300uH
C1 47uF
<Buck03>
R1 20ohm
5 仿真分析
<解>
D = 0.5
IO = 150 / 20 = 7.5A
I LC
=
UiT 2L
D(1
D)
= 300 50 106 8L
7.5A
L 250H
Q1
Vdc1
300V
D1
L1
300uH
C1 470uF
R1 20ohm
Uo
=
(1
D)T 8LC
2
Uo
L = 300H C = 470F
Uo
=
(1 0.5) (50 106 )2 8 300 106 470 106
300
= 0.166V
fC
=
2
1 LC
= 0.424kHz
fS
L = 300H
Uo = 1.66V
C = 47F
fC = 1.34kHz f S
I LC
=
Ui DT 2L
=
UOT 2L
(1
D)
iO = iL ii IO = I L Ii
I OC
=
UOT 2L
(1
D)2
ii S
D
Ui
L
C
iL
iO
Uo R
UO Ui
1 D
0.5 1
UO = Const i LC
IOC min
=
TUO 2L
D(1
D)2
D=0.75
2.5 A
L 9H
4 仿真分析
fS =50kHz <Boost1> D=0.75
<Boost2> D=0.25
<Boost3> D=0.50
Vdc1
L1 9uH 12V Q1
Vdc1
L1 9uH 12V Q1