如上图所示，输出电压的平均值Uo为
U o T 1 s0 toU nd d ttT o s0 n d ttT o sU nd D U d
(4-1)
式中 Ts—开关周期 D—开关占空比， D t on
Ts
9
Uo DUd
D ton Ts
改变负载端输出电压有3种调制方法：
1．开关周期Ts保持不变，改变开关管导通时
15
4.3 降压变换器
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降压变换器也称为Buck变换器，正如名字 所定义的，降压变换器的输出电压Uo低于 输入电压Ud。
在实际应用中，有如下问题：
1．实际的负载应该是感性的。即使是阻性负载，也总有 线路电感，电感电流不能突变，因此，图4-1的电路可 能由于电感上的感应电压毁坏开关管。采用图4-3的电 路，则电感中储存的电能可以通过二极管续流释放给 负载；
11
12
图4-2(a)是脉宽调制方式的控制原理图。给定电压与实 际输出电压经误差放大器得到误差控制信号uco，该信 号与锯齿波信号比较得到开关控制信号，控制开关管 的导通和关断，得到期望的输出电压。
图4-2(b)给出了脉宽调制的波形。锯齿波的频率决定 了变换器的开关频率。一般选择开关频率在几千赫兹
第4章 直流-直流变换器
1
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
2
主要内容：
降压变换器、升压变换器、降压-升压变换器的 拓扑结构、工作原理、在电流连续和断续模式 下的各物理量之间的函数关系；
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❖ 降压变换器的可能运行情况：
电感电流连续模式
电感电流临界 连续状态
电感电流断流模式 ❖ 电感中的电流iL是否连续，取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值。
22
4.3.1 电流连续模式时的工作情况
在开关管导通期间ton，输入电源经电感流过电 流，二极管反偏。这导致在电感端有一个正向 电压uL=Ud-Uo，如图4-5(a)所示。
UdId UoIo
故有
Io Id
Ud Uo
(4D1-6)
因此，在电流连续模式下，降压变换器相当于一个直流 变压器，通过控制开关的占空比，可以得到要求的直 流电压。
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由式(4-6)有，输入电流平均值Id与输出电流Io 是变比的关系，但当开关管断开时，瞬时输入 电流从峰值跳变到0，这样对输入电源会有较 大的谐波存在，因此，在输入端加入一个适当 的滤波器用来消除不必要的电流谐波。
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24
25
这个电压引起电感电流iL的线性增加；当开关管
关断时，由于电感中储存电能，产生感应电势， 使二极管导通，iL经二极管继续流动，uL= -Uo， 电感电流下降，如图4-5(b)所示。
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27
28
求U O
TS 0
uLdt0
TS 0
uLdt
ton 0
Ud
UO
dt
TS ton
间ton。也称为脉宽调制(PWM)。
2．开关管导通时间ton保持不变，改变开关周 期Ts。
3. 改变开关管导通时间ton，同时也改变开关周 期Ts。
10
方式1的PWM是最常见的调制方式，这主要是 因为后两种方式改变了开关频率，而输出级滤 波器是根据开关频率设计的，显然，方式1有 较好的滤波效果。
到几百千赫之间。
13
按照控制电压和锯齿波幅值的关系，开关占空比D可以
表示成：
D ton uco
T U s
stm
(4-2)
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直流-直流变换器有两种不同的工作模式： 1. 电感电流连续模式 2. 电感电流断续模式 在不同的情况下，变换器可能工作在不同的模
式。因此，设计变换器和它的控制器参数时， 应该考虑这两种不同的工作模式的特性。
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4.3.2 电流连续和断续模式的临界状态
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UO DUd
I L B 1 2 iL ,p e a k 2 to L nU d U o D 2 T L SU d U o I o B
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4.3.2 电流断续模式时的工作情况
在直流电机速度控制系统中，输入电压 Ud基本不变。
(Buck- Boost Converter) 4. 丘克直流-直流变换器 5. 全桥式直流-直流变换器(Full Bridge Converter)
6
4.2 直流-直流变换器的控制
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基本的直流-直流变换器和它的输出波形
8
开关管导通时，输出电压等于输入电压Ud；开 关管断开时，输出电压等于0。输出电压波形
采用由电感和电容组成的低通滤波器的特性如图
(c)所示。低通滤波器的角频率fc应大大低于开关 频率fs，经过滤波器后的输出电压基本上消除了 开关频率造成的纹波。
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假设输出端的滤波电容足够大，则输出电压的 瞬时值不变，即uo=Uo。在稳态情况下，因为电 容电流平均值为0，所以电感电流平均值等于输 出电流平均值Io。
全桥式直流-直流变换器在单极性和双极性控制 方式时的工作原理；
影响直流-直流变换器输出电压纹波的因素； 几种不同变换器的开关利用率。
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4.1 简 介
4

直流-直流变换器也称为斩波器，通过对 电力电子器件的通断控制，将直流电压 断续地加到负载上，通过改变占空比改 变输出电压平均值。
5
直流-直流变换器主要有如下几种基本型式： 1. 降压直流-直流变换器(Buck Converter) 2. 升压直流-直流变换器(Boost Converter) 3. 降压-升压复合型直流-直流变换器
UOdt0
U d U O t o n U O T S t o n
Uo ton D Ud Ts
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输出电压
Uo ton D (4-5) Ud Ts
因此，在电流连续模式中，当输入电压不变
时，输出电压Uo随占空比而线性改变，而与
电路其他参数无关。
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忽略电路所有元件的能量损耗，则 Pd Po 因此
2．在大多数应用中需要的是平稳的直流电压。而图4-1 的电路输出电压在0和Ud间变化。采用由电感和电容组 成的低通滤波器可以得到平稳的输出电压。
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图4-3 降压变换器电路原理图
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图(a)所示的输入电压Uoi的波形，可以分解成直流分 量Uo、具有开关频率fs的谐波分量，如图(b)所示。
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