6.4 变换器评估与设计 没有完美适用于所有可能应用场合的统一变换器.对于给定的应用和规格,应该进行折中设计来选择变换器的拓扑.应该考虑几种符合规格的拓扑,对于每种拓扑方法,对比较重要的量进行计算,比如最坏情况下的晶体管电压,电流有效值,变压器尺寸等.这种类型的定量比较可以选择最佳方法,同时避免工程师的个人偏好. 6.4.1 开关应力和利用率 通常,变换器中最大的单一成本是有源半导体器件的成本.而且,与半导体器件相关的导通和开关损耗通常占变换器损耗的主体.因此,对于候选变换器而言,比较总有源开关…

2.1 引言 在上一章中,介绍了降压变换器作为降低直流电压的一种方法,其仅使用非耗散开关,电感器和电容器.开关状态变换产生一个矩形波形\(v_{s}(t)\),如图2.1所示.当开关位于位置1时,该电压\(v_{s}(t)\)等于直流输入电压\(V_{g}\):当开关位于位置2时,该电压\(v_{s}(t)\)等于零.实际上,开关是使用功率半导体器件(例如晶体管和二极管)实现的,可根据需要控制功率开关器件导通和关断以执行理想开关的功能.开关频率\(f_{s}\)取决于半导体器件的开关速度,等于开…

5.3 Boost变换器实例 作为第二个示例,考虑图5.12的Boost变换器.让我们来确定不同模式的边界并且求解DCM下的电压变换比.此前在2.3节中分析了在CCM工作的Boost变换器的特性,并确定了电感电流直流分量\(I\)和纹波峰值幅度\(\Delta i_{L}\)的表达式. Fig 5.12 Boost converter example 当二极管导通时,其电流等于电感电流\(i_{L}(t)\),从图2.18可以看出,电感电流的最小值在二极管导通间隔期间,\(DT_{s}<t<T…

6 变换器电路 我们已经分析了包括buck,boost,buck-boost以及cuk电路,电压源逆变器等一系列电路的工作原理.利用这些变换器,可以执行许多不同的功能:降压,升压,极性反转以及直流交流变换等等. 那么很自然的我们要问到,这些变换器是怎么来的?还有哪些其他的变换器以及可以获得哪些其他功能.变换器之间的基本关系是什么?在本章中,探讨了几种不同的电路演化,他们解释了基本变换器的起源.源荷反转就使得buck变换器变为了boost变换器.展示了buck-boost和cuk变换器是如何基于b…

6.1 电路演化 第一章使用基本原理构建了buck变换器(图6.1).开关可以降低电压直流分量,低通滤波器可消除开关纹波.在CCM下,buck变换器的变换比为\(M=D\).buck变换器是最简单的,最基础的电路,我们将从这个电路得出其他电路. Fig 6.1 The basic buck converter 6.1.1 源荷反转 让我们首先考虑一下,如果将变换器的电源输入端口和电源输出端口互换会出现什么情况.在图6.2(a)的buck变换器中,电压\(V_{1}\)施加在端口1,电压\(V_{…

6.2 变换器简单罗列 变换器的数量可能有无穷种,因此将其全部列出是不可能的.这里给出了一个简单的罗列清单. 首先考虑含单个电感的单输入单输出变换器的类别.可以在电源和负载之间进行连接电感的方法数量是有限的.如果我们假设开关周期分为两个子区间,那么电感应该在第一个子区间内以一种方式连接到电源和负载,而在第二个子区间内以另一种方式连接.我们可以尝试所有可能的组合,来得到此类完整的变换器合集[8-10].通过消除冗余和简化电路,人们发现了如图6.14所示的八种变换器.变换器的个数计算方式可能根据语言…

6.3 变压器隔离 在许多应用场合中,期望将变压器结合到开关变换器中,从而在变换器的输入输出之间形成直流隔离.例如,在离线(off-line)应用中(变换器输入连接到交流公用系统),根据监管部门要求,需要隔离.在这些情况下,只需要在变换器的交流输入端连接一个50Hz或者60Hz的变压器即可获得隔离.但由于变压器的尺寸和重量随频率成反比,因此通过将变压器并入变换器中恶意实现显著的改进, 使得变压器以数十或者百KHz频率工作. 当需要较大的升压或者降压变换比时,使用变压器可以优化变换器.通过合适的变…

8.2 变换器传递函数分析 接下来,让我们推导基本变换器传递函数中的极点,零点和渐近线增益的解析表达式. 8.2.1 示例:Buck-boost变换器的传递函数 Buck-boost变换器的小信号等效电路模型已经在7.2节中推导完成,其结果这里在图8.31中重新给出.让我们来推导并画出这个电路的控制-输出以及输入-输出的传递函数. 这个变换器包含两个独立的交流输入:控制输入\(\hat{d}(s)\)和直流输入\(\hat{v}_{g}(s)\).交流输出电压的变化量\(\hat{v}(s)\)…

8.0 序 工程设计过程主要包括以下几个过程: 1.定义规格与其他设计目标 2.提出一个电路.这是一个创造性的过程,需要利用工程师的实际见识和经验. 3.对电路进行建模.变换器的功率级建模方法已经在第7章给出.系统各元件和其他部分通常使用供应商提供的数据进行建模. 4.对电路进行面向设计的分析.这就涉及到了方程的建立,这些方程可以通过选择不同的元素值从而满足设计规格和设计目标.此外,工程师有必要对电路特性有更多的了解和物理角度的见解,从而可以通过向电路中添加元件或更改电路的连接改进设计. 5.模…

1.1 功率处理概论 电力电子领域关注的是利用电子设备对电力进行处理[1–7].如图1.1所示,其中关键部件就是开关变换器.通常,开关变换器包含电源输入和控制输入端口以及电源输出端口.原始输入功率按控制输入指定的方式进行处理,产生相应的条件输出功率.其可以执行以下几个基本功能之一[2].在DC-DC变换器中,直流输入电压被转换为具有更大或更小幅值的直流输出电压,也可能具有相反的极性,或者具有输入和输出参考地的隔离.在AC-DC整流器中,交流输入电压被整流,产生直流输出电压.可以控制直流输出电压和…