《電力電子技術(shù)》Buck降壓斬波電路

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1、3.2 降壓變換電路 圖3.2.1降壓變換電路3.2 降壓變換電路一.電路組成：dU LuVD L C R ouDi LiVTdi Du Ci OiCu1.Ud為 直 流 電 壓 源 ；1.降壓變換電路是一種輸出電壓的平均值低于輸入直流電壓的變換電路。2.VT是 電 力 電 子 器 件 （ 目 前 都 用 全 控 型 器 件 ） ；3.VD為 續(xù) 流 二 極 管 ； 4.L為 濾 波 電 感 ； 5.C是 濾 波 電 容 ； 6.R為 負 載2.應(yīng)用：開關(guān)電源及直流電動機驅(qū)動，如：UPS，手機、筆記本等便攜式設(shè)備的直流電源，無軌電車、地鐵列車、電動汽車的無級變速控制等。新課：導(dǎo)入： 二.工作原

2、理：依據(jù)電路參數(shù)的不同，本電路可以工作在電感電流連續(xù)狀態(tài)、電感電流臨界連續(xù)狀態(tài)及電感電流斷續(xù)狀態(tài)；下面以電感電流連續(xù)時為例。1.VT導(dǎo)通時：oLd uuU odL uUu 忽略輸出電壓的紋波： odL UUu LudU L C R ouLd ii降壓變換電路VT導(dǎo)通時等效電路CiCu OidU LuVD L CR ouDi LiVTdi Du Ci OiCu降壓變換電路oUu oUO為輸出電壓的平均值oC uu Ld ii oCL ii i線性增長為定值，LodL iLUUdtdi 0 dD UU tLUU od Li降壓變換電路dU LuVD L C R ouDi LiVTdi Du Ci

3、OiCu Lu LiDu tSTont od UU DTdU00Od UU - 0 LI 1I 2I tt *波形如圖所示dD UU odL UUu tLUU od Li 二.工作原理： oi Ci CO u,u tSTontOU00OI 0 OII -1 OII 2 tt*波形如圖所示(續(xù)上一頁)OL iiiC RouiO 二.工作原理： 二.工作原理：2.VT斷開時：oL uu 0 oL uu 忽略輸出電壓的紋波：oL Uu oUu o oC uu 0di oCL ii i線性衰減的為定值，LoL iLUdtdi 0- 0DU tLUo-iL 電源脫離電路，電感釋放已經(jīng)儲存了能量，向負載供

4、電，iL經(jīng)VD續(xù)流。VD導(dǎo)通， LuVD L C R ouDi LiDu Ci OiCu 降壓變換電路VT斷開時等效電路降壓變換電路dU LuVD L C R ouDi LiVTdi Du Ci OiCu等效電路如圖 dU0Od UU - LI 1I 2I t00 Lu LiDu tSTont od UU SDT t*波形如圖所示offtOU- oU0DU oL Uu tLU oLi 二.工作原理： oi CiCO u,u tSTontOU00OI 0 OII -1 OII 2 tt*波形如圖所示(續(xù)上一頁)OL iiiC RouiO offt 二.工作原理： dU0Od UU - LI 1I

5、 2I t00 Lu LiDu tSTont od UU SDT t3.在穩(wěn)定條件下，VT周期性導(dǎo)通、關(guān)斷，則電壓、電流波形周期性重復(fù)， 如圖所示。offtOU- oU二.工作原理： oi CiCO u,u tSTontOU00OI 0 OII -1 OII 2 tt3.在穩(wěn)定條件下，VT周期性導(dǎo)通、關(guān)斷，則電壓、電流波形周期性重復(fù)， 如圖所示。 (續(xù)上一頁) offt 二.工作原理： Od UU - t0Lu STont od UU SDTUO只與D有關(guān)。在D的變化范圍內(nèi)，改變D值就可以改變輸出電壓平均值的大小，即Uo只與D有關(guān)。offtOU- oU三.數(shù)量關(guān)系：offoonod tUtUU

6、 )( offonS ttT dddSonO UDUUTtU 1.在穩(wěn)定條件下，一個周期內(nèi)電感電流平均增量為零的現(xiàn)象稱為電感伏秒平衡。i=0，從而=0，則有電感 伏秒平衡方程： 三.數(shù)量關(guān)系：2.忽略所有元件的損耗，則輸入功率等于輸出功率，即：do PP ddOo IUIU 或因此，輸入電流平均值Id與負載電流平均值Io的關(guān)系為： ddOdO IDIUUI 1 LI 1I 2I0Li STont tofftLI 三.數(shù)量關(guān)系：3.流過電感電流的峰 - 峰值 IL：fL DDUI dL )1( 12 IIIL LI 1I 2I0Li STont tofft 三.數(shù)量關(guān)系：4.維持電感電流臨界連續(xù)

7、的電感值LO：)1(2 DI DTUL OKSdO 電感電流臨界時的波形如右圖所示，此時I1=0 LI 2I0Li STont tofft 5）電感電流臨界時負載電流平均值IOK: )1(2 DLDTUI OSdOK 結(jié)論：臨界負載電流IOK是保證電感電流連續(xù)的最小值與輸入電壓Ud、電感L、開關(guān)頻率f及占空比D有關(guān)；開關(guān)頻率f越高、電感L越大、IOK越小，越容易實現(xiàn)電感電流連續(xù)工作模式。實際負載電流IOIOK時，電感電流連續(xù)；IO=IOK時，電感電流臨界連續(xù)；IOIOK時，電感電流斷續(xù)。 LI 1I 2I0Li STont tofftLI 三.數(shù)量關(guān)系：5.電感電流連續(xù)時輸出電壓紋波UO/UO

8、：CQU O 假設(shè)電感電流iL中所有紋波分量都通過電容，直流分量都通過電阻。圖中陰影部分面積表示TS/2時間內(nèi)電容充電或放電的電荷。82221 LSLS ITITQ 結(jié)論： 選擇合適的LC值可以紋波電壓的大小。 紋波電壓的大小與負載無關(guān)。 鞏固練習(xí) 數(shù)量關(guān)系計算：1.有一開關(guān)頻率100kHz的降壓斬波電路，輸入電壓為20V，占空比0.8，輸出電流4A連續(xù)，要求輸出紋波電壓小于10mV，求：1）維持電感電流臨界連續(xù)的電感值LO； 2）濾波電容C的最小值。 鞏固練習(xí) 數(shù)量關(guān)系計算：2.有一開關(guān)頻率50kHz的降壓斬波電路，電感電流連續(xù)，電感值L=0.05mH，輸入電壓Ud為15V，輸出電壓Uo=10V。 求：1）占空比D的大?。?）電感中電流的峰-峰值IL; 3）若允許輸出電壓紋波UO/UO=5%時，濾波電容C的最小值。