第二十讲 升降压变换电路
1.升降压斩波电路的结构和工作原理 1）电路的结构
升降压变换电路（又称Buck-boost 电路）的输出电压平均值可以大于或小于输入直流电压，输出电压与输入电压极性相反，其电路原理图如图4-21(a)所示。它主要用于要求输出与输入电压反相，其值可大于或小于输入电压的直流稳压电源。
2）电路的工作原理 （1）输出电压U o 。
①t on 期间，二极管D 反偏而关断，电感储能，滤波电容C 向负载提供能量。
on
L
on d t I
L t I I L
U ?=-=12
②t off 期间，当感应电动势大小超过输出电压U 0时，二极管D 导通，电感经D 向C 和R L 反向放电，使输出电压的极性与输入电压相反。
o f f
L
t I L
U ?=－0
在t on 期间电感电流的增加量等于t off 期间的减少量，得
off on d t L U t L U 0
-=
由
S on DT t =,S off T D t )1(-=的关系，求出输出电压的平均值为
d
U D D U -=10－
式中，D 为占空比，负号表示输出与输入电压反相；当D =0.5时，U 0=U d ；当0.5 （2）电感电流i L 。采用前几节同样的分析方法可得电感电流临界连续时的负载电流平均值为 d K U fI D D L 0021） －（= 变换器的可能运行情况： 实际负载电流I o ＞I ck 时，电感电流连续。 实际负载电流I o = I ck 时，电感电流处于临界连续(有断流临界点)。 实际负载电流I o ＜I ck 时，电感电流断流。 （3）输出纹波电压。Buck-Boost 电路中电容C 的充、放电情况与Boost 电路相同，在t on ＝DT s 期间，电容C 以负载电流I o 放电。稳态工作时电容C 充电量等于放电量，通过电容的平均电流为零，图4-21(d)中i c 波形的阴影部分面积反映了一个周期内电容C 中电荷的泄放量。电容C 上的脉 动电压就是输出纹波电压，则 fC D I t C I dt I C dt i C U U o on o t o t c C on on ====????00011＝ 考虑到R U I d =0 ，带入上式可得 τ S S O O T D RC DT U U ==? 式中，RC =τ为时间常数。 （a ）升降压斩波电路原理图 （b ）电力开关器件导通等效电路 （c ）电力开关器件关断等效电路 （d）升降压斩波电路工作波形 图4-21 升降压斩波电路及其工作波形 课后小结： 1 升降压变换电路的结构 2 升降压变换电路的工作原理（重点） 3 升降压变换电路的量化分析（难点） DC-DC升降压电路的几种解决方案 （成都信息工程学院科技创新实验室） WOODSTOCK 前一段时间，本着学习的态度参加了TI杯校赛，做了其中的一个直流升降压的题，作品没做的很好，但是在准备期间，我对各种可行电路都做了尝试，一些心得拿出来与大家分享，也望各路大侠对不妥之处不吝赐教。 我们在实际应用中，经常会出现系统中各个模块供电不统一，或者供电电源的电压时变化的（比如汽车中的电池电压受温度影响而变化），在只有一个电源提供供电的时候，同时 可以升压或降压的电路就变得非常有用。下面，来看一下我想到的几种升降压问题的解决方 案。 非隔离式开关电源的基本电路一般有三种：Buck降压电路、Boost升压电路、Buck-boost 极性反转升降压电路。要实现同时升降压功能，首先想到的肯定是Buck-Boost极性反转电 电路。 图表1 极性反转电路原理示意 这种拓扑结构的电路能够输出与输入相反的、可以比输入电压更高或者更低的电压，并且整 体的效率也很高。但缺点也很明显：一就是极性相反，当输入电压是正压且要求输出也是正的时候，我们还要对输出电压进行反向，这就是一件很麻烦的事；但是，有时我们需要的就 是负压的时候，这个缺点又会有一种很大的用处。缺点二就是，这种拓扑结构电路的电流脉 动值很大，输出滤波不好处理。在实际制作中，我选择了用TI的Buck型降压芯片TPS5430 来做开关管以及驱动的部分，更方便控制，简化了电路。还有一个缺点是，这种电路不方便 数控，而且没法直接用AD采输出电压。下面这个是我做的一个控制TPS5430反馈的电路。 常见的来解决这个问题的还有另外一种电路，就是把boost电路和buck电路结合起来。 但是怎样结合？方法有很多种。 第一种，直接拼接。比如输入电压时5-12V,输出电压要10V,那么我们就可以使用升压 电路将输入电压统一升到13V，然后再使用电压可调节的降压电路来提供输出电压。在做这个方案时，我升压用了TI的TPS61175输入范围是3-18V，输出范围是3-65V，最大输出电流时3A。降压同样用了TPS543O 图表3 TPS5430降压电路 电源电路 一、电源电路的功能和组成: 每个电子设备都有一个供给能量的电源电路。电源电路有整流电源、逆变电源和变频器三种。常见的家用电器中多数要用到直流电源。直流电源的最简单的供电方法是用电池。但电池有成本高、体积大、需要不时更换（蓄电池则要经常充电）的缺点，因此最经济可靠而又方便的是使用整流电源。 电子电路中的电源一般是低压直流电，所以要想从 220 伏市电变换成直流电，应该先把 220 伏交流变成低压交流电，再用整流电路变成脉动的直流电，最后用滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分后才能得到直流电。有的电子设备对电源的质量要求很高，所以有时还需要再增加一个稳压电路。因此整流电源的组成一般有四大部分，见图 1 。其中变压电路其实就是一个铁芯变压器，需要介绍的只是后面三种单元电路。 二、整流电路 整流电路是利用半导体二极管的单向导电性能把交流电变成单向脉动直流电的电路。 （ 1 ）半波整流 半波整流电路只需一个二极管，见图 2 （ a ）。在交流电正半周时 VD 导通，负半周时 VD 截止，负载 R 上得到的是脉动的直流电 （ 2 ）全波整流 全波整流要用两个二极管，而且要求变压器有带中心抽头的两个圈数相同的次级线圈，见图 2 （ b ）。负载 R L 上得到的是脉动的全波整流电流，输出电压比半波整流电路高。 （ 3 ）全波桥式整流 用 4 个二极管组成的桥式整流电路可以使用只有单个次级线圈的变压器，见图2 （ c ）。负载上的电流波形和输出电压值与全波整流电路相同。 （ 4 ）倍压整流 用多个二极管和电容器可以获得较高的直流电压。图 2 （ d ）是一个二倍压整流电路。当 U2 为负半周时 VD1 导通， C1 被充电， C1 上最高电压可接近1.4U2 ；当 U2 正半周时 VD2 导通， C1 上的电压和 U2 叠加在一起对 C2 充电，使 C2 上电压接近 2.8U2 ，是 C1 上电压的 2 倍，所以叫倍压整流电路。 三、滤波电路 整流后得到的是脉动直流电，如果加上滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分，就可得到平滑的直流电。 （ 1 ）电容滤波 倍压整流电路 倍压整流电路图:如果对电源质量要求不是很高，且功率要求也不是很大，但却不容易得到的相对较高电压的话。如1200伏，要想买相应的变压器是很不容易的。这时不烦考虑使用倍压整流电路，象有些示波器里面的高压就是采用这种电路。以下举个简单的五倍压电路，需要更高的电压不烦依次类推。 五倍压整流电路（交流输入，直流输出） 图5一14是二倍压整流电路。电路由变压器B、两个整流二极管D1、D2及两个电容器C1、 C2组成。其工作原理如下： e2正半周（上正下负）时，二极管D1导通，D2截止，电流经过D1对C1充电，将电容Cl上的电压充到接近e2的峰值，并基本保持不变。e2为负半周（上负下正）时，二极管D2导通，Dl截止。此时，Cl上的电压Uc1＝与电源电压e2串联相加，电流经D2对电容C2 充电，充电电压Uc2＝e2峰值＋1．2E2≈。如此反复充电，C2 上 的电压就基本上是了。它的值是变压器电级电压的二倍，所以叫做二倍压整流电路。 在实际电路中，负载上的电压Usc=2X1.2E2 。整流二极管D1和D2所承受的最高反向电压均为。电容器上的直流电压Uc1=，Uc2=。可以据此设计电路和选择元件。 在二倍压整流电路的基础上，再加一个整流二极管D3和－个滤波电容器C3，就可以组成三倍压整流电路，如图5-15所示。三倍压整流电路的工作原理是：在e2的第一个半周和第二个半周与二倍压整流电路相同，即C1上的电压被充电到接，C2上的电压被充电到接近。当第三个半周时，D1、D3导通，D2截止，电流除经D1给C1充电外，又经D3给C3 充电，C3上的充电电压Uc3= e2峰值＋Uc2一Uc1≈这样，在RFZ，，上就可以输出直流电压Usc＝Uc1i＋Uc3 ≈＋＝3√2 E。，实现 三倍压整流。 在实际电路中，负载上的电压Ufz≈3x1.2E2整流二极管D3所承妥的最高反向电压也是 电容器上的直流电压为。 照这样办法，增加多个二极管和相同数量的电容器，既可以组成多倍压整流电路，见图5一16。当n 为奇数时，输出电压从上端取出：当n 为偶数时，输出电压从下端取出。 必须说明，倍压整流电路只能在负载较轻（即Rfz较大。输出电流较小）的情况下工作，否则输出电压会降低。倍压越高的整疏电路，这种因负载电流增大影响输出电压下降的情况越明显。 用于倍压整流电路的二极管，其最高反向电压应大于。可用高压硅整流堆， 基于Buck-Booost电路的双向DC-DC变换电路 目录 1系统方案 (4) 1.1 DC-DC双向变换器模块的论证与选择 (4) 1.2 测控电路系统的论证与选择 (4) 2 系统理论分析与计算 (4) 2.1 双向Buck-BOOST主拓电路的分析 (4) 2.2 电感电流连续工作原理和基本关系 (5) 2.3 控制方法与参数计算 (6) 3 电路与程序设计 (7) 3.1 电路的设计 (7) 3.1.1 系统总体框图 (7) 3.1.2 给电池组充电Buck电路模块 (7) 3.1.3 电池放电Boost升压模块 (8) 3.1.4 测控模块电路原理图 (8) 3.1.5 电源 (9) 3.2 程序设计 (9) 4 测试方案与测试结果 (15) 4.1 测试方案 (15) 4.2 测试条件与仪器 (15) 4.3 测试结果及分析 (15) 4.3.1 测试结果(数据) (15) 4.3.2 测试分析与结论 (16) 摘要 双向DC/DC变换器（Bi-directional DC-DC Converter，BDC）是一种可在双象限运行的直流变换器，能够实现能量的双向传输。随着开关电源技术的不断发展，双向DC/DC变换器已经大量应用到电动汽车、太阳能电池阵、不间断电源和分布式电站等领域，其作为DC/DC变换器的一种新的形式，势必会在开关电源领域上占据越来越重要的地位。由于在需要使用双向DC/DC变换器的场合很大程度上减轻系统的体积重量及成本，所以具有重要研究价值。既然题目要求是作用于可充电锂电池的双向的DC-DC变换器，肯定包括降压、升压、电压可调、恒流、等要求。考虑到题目对效率的要求，我们选择降压Buck电路，升压Boost电路，并用反馈电路和运放电路来实现电压可调和恒流等要求，通过一系列的测试和实验几大量的计算，基本上能完成题目的大部分要求。 关键词：双向DC/DC变换器；双向Buck-Boost变换器；效率；恒流稳压 1系统方案 本系统主要由DC-DC双向变换器模块、测控电路模块及辅助电源模块构成，分别论证这几个模块的选择。 1.1 DC-DC双向变换器模块的论证与选择 方案一：采用大功率的线性稳压芯片搭建稳压电路，使充电压恒定，在输入电压高于充电合适电压时，实现对输入电压的降压，为电池组充电。该电路外围简单，稳压充电不需要软件控制，简单方便，但转换效率低。同时采用采用基于NE555的普通升压电路，这种电路设计简单，成本低，但转换效率较低、电池电压利用率低、输出功率小，更不能不易与基 BUCK BOOST电路原理分析 电源网讯 Buck变换器：也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器。 图中，Q为开关管，其驱动电压一般为PWM(Pulse width modulation脉宽调制)信号，信号周期为Ts，则信号频率为f=1/Ts，导通时间为Ton，关断时间为Toff，则周期Ts=Ton+Toff，占空比Dy= Ton/Ts。 Boost变换器：也称升压式变换器，是一种输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换器。开关管Q也为PWM控制方式，但最大占空比Dy必须限制，不允许在Dy=1的状态下工作。电感Lf在输入侧，称为升压电感。Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式 Buck/Boost变换器：也称升降压式变换器，是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器，但其输出电压的极性与输入电压相反。Buck/Boost变换器可看做是Buck变换器和Boost变换器串联而成，合并了开关管。 Buck/Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式，开关管Q也为PWM控制方式。 LDO的特点： ① 非常低的输入输出电压差 ② 非常小的内部损耗 ③ 很小的温度漂移 ④ 很高的输出电压稳定度 ⑤ 很好的负载和线性调整率 ⑥ 很宽的工作温度范围 ⑦ 较宽的输入电压范围 ⑧ 外围电路非常简单，使用起来极为方便 DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton(通用)，二是频率调制方式，ton不变，改变Ts（易产生干扰）。其具体的电路由以下几类： （1）Buck电路——降压斩波器，其输出平均电压 U0小于输入电压Ui，极性相同。 （2）Boost电路——升压斩波器，其输出平均电压 U0大于输入电压Ui，极性相同。 （3）Buck－Boost电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。 （4）Cuk电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电容传输。 DC-DC分为BUCK、BUOOST、BUCK-BOOST三类DC-DC。其中BUCK型DC-DC只能降压，降压公式：Vo=Vi*D BOOST型DC-DC只能升压，升压公式：Vo= Vi/(1-D) BUCK-BOOST型DC-DC，即可升压也可降压，公式：Vo=(-Vi)* D/（1-D） D为充电占空比，既MOSFET导通时间。0 引言 追求高品质的电力供需，一直是全球各国所想要达到的目标，然而，大量的兴建电厂，并非解决问题的唯一途径，一方面提高电力供给的能量，一方面提高电气产品的功率因数（Power factor）或效率，才能有效解决问题。有很多电气产品，因其内部阻抗的特性，使得其功率因数非常低，为提高电气产品的功率因数，必须在电源输入端加装功率因数修正电路（Power factor correction circuit），但是加装电路势必增加制造成本，这些费用到最后一定会转嫁给消费者，因此厂商在节省成本的考量之下，通常会以低价为重而不愿意让客户多花这些环保金，大多数的消费者，也因为不了解功率因数修正电路的重要性，只以为兴建电厂才是解决电力不足问题的唯一方案，这是大多数发展中国家电力供应的一大问题所在。 功率因数的意义 电力公司经由输配电系统送至用户端的电力（市电）是电压100-110V/60Hz或200-240V/50Hz的交流电，而电气产品的负载阻抗有三种状况，包括电阻性、电容性、和电感性等，其中只有电阻性负载会消耗功率而产生光或热等能源转换，而容性或感性负载只会储存能量，并不会造成能量的消耗。在纯阻性负载状况下，其电压和电流是同相位的，而在电容性负载下，电流的相位是超前电压的，在电感性负载下电压又是超前电流相位的。这超前或滞后的相位角度直接影响了负载对能量的消耗和储存状况，因此定义了实功功率的计算公式： Ｐ＝ＶＩＣｏｓθ θ为V和I和夹角，Cosθ的值介于0-1之间，此值直接影响了电流对负载作实功的状况，称之为功率因数（Power Factor，简称PF）。 为了满足消费者的需要，电力公司必须提供S=VI的功率，而消费者实际上只使用了P的功率值，有一部分能量做了虚功，消耗在无功功率上。PF值越大，则消耗的无功功率越小，电力公司需要提供的S值也越小，将可以少建很多电厂。 功率因数修正器的结构 功率因数修正器的主要作用是让电压与电流的相位相同且使负载近似于电阻性，因此在电路设计上有很多种方法。其中依使用元件来分类，可分为被动式和主动式功因修正器两种。被动式功因修正器在最好状况下PF值也只能达到70%，在严格的功因要求规范下并不适用。若要在全电压范围内（90V~265Vac）且轻重载情况下都能达到80%以上PF值，则主动式功因修正器是必要的选择。主动式功因修正器多为升压式电路结构（Boost Topology）， 如图一所示，图二为电感作用波形，输入电压要求为90V~265Vac，在Vd点则为127V~375V直流电压，由升压电路把输出电压V o升到400V的直流，其工作过程如下： 倍压整流电路原理 时间：2009-02-20 14:10:59 来源：资料室作者： （1）负半周时，即A为负、B为正时，D1导通、D2截止，电源经D1向电容器C1充电，在理想情况下，此半周内，D1可看成短路，同时电容器C1充电到Vm，其电流路径及电容器C1的极性如上图（a）所示。 （2）正半周时，即A为正、B为负时，D1截止、D2导通，电源经C1、D1向C2充电，由于C1的Vm 再加上双压器二次侧的Vm使c2充电至最高值2Vm，其电流路径及电容器C2的极性如上图（b）所示.其实C2的电压并无法在一个半周内即充至2Vm，它必须在几周后才可渐渐趋近于2Vm，为了方便说明，底下电路说明亦做如此假设。如果半波倍压器被用于没有变压器的电源供应器时，我们必须将C1串联一电流限制电阻，以保护二极管不受电源刚开始充电涌流的损害。如果有一个负载并联在倍压器的输出出的话，如一般所预期地，在（输入处）负的半周内电容器C2上的电压会降低，然后在正的半周内再被充电到2Vm如下图所示。 图1 直流半波整流电压电路 （a）负半周（b）正半周 图3 输出电压波形 所以电容器c2上的电压波形是由电容滤波器过滤后的半波讯号，故此倍压电 路称为半波电压电路。ab126计算公式大全 正半周时，二极管D1所承受之最大的逆向电压为2Vm，负半波时，二极管D2所承受最大逆向电压值亦为2Vm，所以电路中应选择PIV >2Vm的二极管。 2、全波倍压电路 图4 全波整流电压电路 （a）正半周（b）负半周 图5 全波电压的工作原理 .正半周时，D1导通，D2截止，电容器C1充电到Vm，其电流路径及电容C1的极性如上图（a）所示。 .负半周时，D1截止，D2导通，电容器C2充电到Vm，其电流路径及电容C2的极性如上图（b）所示。 .由于C1与C2串联，故输出直流电压，V0=Vm。如果没有自电路抽取负载电流的话，电容器C1及C2上的电压是2Vm。如果自电路抽取负载电流的话，电容器C1及C2上的电压是与由全波整流电路馈送的一个电容器上的电压同样的。不同之处是，实效电容为C1及C2的串联电容，这比C1及C2单独的都要小。这种较低的电容值将会使它的滤波作用不及单电容滤波电路的好。 正半周时，二极管D2所受的最大逆向电压为2Vm，负半周时，二极管D1所承受的最大逆向电压为2Vm，所以电路中应选择PVI >2Vm的二极管。 目录 摘要........................................................................................................ - 1 -设计目的................................................................................................ - 1 -设计原理................................................................................................ - 2 - 一、降压斩波电路 ....................................................................... - 2 - 二、升压斩波电路 ....................................................................... - 3 - 三、升降压斩波电路 ................................................................... - 4 -设计过程................................................................................................ - 5 - 一、仿真原理图 ........................................................................... - 5 - 二、仿真设计的详细过程 ........................................................... - 6 -结果........................................................................................................ - 6 -总结........................................................................................................ - 9 -心得体会.............................................................................................. - 10 -参考文献.............................................................................................. - 11 - 电子电路图原理分析 电器修理、电路设计都是要通过分析电路原理图,了解电器的功能和工作原理,才能得心应手开展工作的。作为从事此项工作的同志,首先要有过硬的基本功,要能对有技术参数的电路原理图进行总体了解,能进行划分功能模块,找出信号流向,确定元件作用。若不知电路的作用,可先分析电路的输入和输出信号之间的关系。如信号变化规律及它们之间的关系、相位问题是同相位,或反相位。电路和组成形式,是放大电路,振荡电路,脉冲电路,还是解调电路。 要学会维修电器设备和设计电路,就必须熟练掌握各单元电路的原理。会划分功能块,能按照不同的功能把整机电路的元件进行分组,让每个功能块形成一个具体功能的元件组合,如基本放大电路,开关电路,波形变换电路等。 要掌握分析常用电路的几种方法,熟悉每种方法适合的电路类型和分析步骤。 １．交流等效电路分析法 首先画出交流等效电路,再分析电路的交流状态,即：电路有信号输入时,电路中各环节的电压和电流是否按输入信号的规律变化、是放大、振荡,还是限幅削波、整形、鉴相等。 ２．直流等效电路分析法 画出直流等效电路图,分析电路的直流系统参数,搞清晶体管静态工作点和偏置性质,级间耦合方式等。分析有关元器件在电路中所处状态及起的作用。例如：三极管的工作状态,如饱和、放大、截止区,二极管处于导通或截止等。 ３．频率特性分析法 主要看电路本身所具有的频率是否与它所处理信号的频谱相适应。粗略估算一下它的中心频率,上、下限频率和频带宽度等,例如：各种滤波、陷波、谐振、选频等电路。 ４．时间常数分析法 主要分析由Ｒ、Ｌ、Ｃ及二极管组成的电路、性质。时间常数是反映储能元件上能量积累和消耗快慢的一个参数。若时间常数不同,尽管它的形式和接法相似,但所起的作用还是不同,常见的有耦合电路、微分电路、积分电路、退耦电路、峰值检波电路等。 最后,将实际电路与基本原理对照,根据元件在电路中的作用,按以上的方法一步步分析,就不难看懂。当然要真正融会贯通还需要坚持不懈地学习。 电子设备中有各种各样的图。能够说明它们工作原理的是电原理图，简称电路图。 电路图有两种 一种是说明模拟电子电路工作原理的。它用各种图形符号表示电阻器、电容器、开关、晶体管等实物，用线条把元器件和单元电路按工作原理的关系连接起来。这种图长期以来就一直被叫做电路图。 另一种是说明数字电子电路工作原理的。它用各种图形符号表示门、触发器和各种逻辑部件，用线条把它们按逻辑关系连接起来，它是用来说明各个逻辑单元之间的逻辑关系和整机的逻辑功能的。为了和模拟电路的电路图区别开来，就把这种图叫做逻辑电路图，简称逻辑图。 除了这两种图外，常用的还有方框图。它用一个框表示电路的一部分，它能简洁明了地说明电路各部分的关系和整机的工作原理。 一张电路图就好象是一篇文章，各种单元电路就好比是句子，而各种元器件就是组成句子的单词。所以要想看懂电路图，还得从认识单词——元器件开始。有关电阻器、电容器、电感线圈、晶体管等元器件的用途、类别、使用方法等内容可以点击本文相关文章下的各个链接，本文只把电路图中常出现的各种符号重述一遍，希望初学者熟悉它们，并记住不忘。 电阻器与电位器（什么是电位器） 符号详见图 1 所示，其中（ a ）表示一般的阻值固定的电阻器，（ b ）表示半可调或微调电阻器；（ c ）表示电位器；（ d ）表示带开关的电位器。电阻器的文字符号是“ R ”，电位器是“ RP ”，即在 R 的后面再加一个说明它有调节功能的字符“ P ”。 倍压整流电路原理 (1)负半周时,即A为负、B为正时,D1导通、D2截止,电源经D1向电容器C1充电,在理想情况下,此半周内,D1可瞧成短路,同时电容器C1充电到Vm,其电流路径及电容器C1得极性如上图(a)所示。 (2)正半周时,即A为正、B为负时,D1截止、D2导通,电源经C1、D1向C2充电,由于C1得Vm再加上双压器二次侧得Vm使c2充电至最高值2Vm,其电流路径及电容器C2得极性如上图(b)所示、 其实C2得电压并无法在一个半周内即充至2Vm,它必须在几周后才可渐渐趋近于2Vm,为了方便说明,底下电路说明亦做如此假设。 如果半波倍压器被用于没有变压器得电源供应器时,我们必须将C1串联一电流限制电阻,以保护二极管不受电源刚开始充电涌流得损害。 如果有一个负载并联在倍压器得输出出得话,如一般所预期地,在(输入处)负得半周内电容器C2上得电压会降低,然后在正得半周内再被充电到2Vm如下图所示。 图1 直流半波整流电压电路 (a)负半周(b)正半周 图3 输出电压波形 所以电容器c2上得电压波形就是由电容滤波器过滤后得半波讯号,故此倍压电 路称为半波电压电路。 正半周时,二极管D1所承受之最大得逆向电压为2Vm,负半波时,二极管D2所承受最大逆向电压值亦为2Vm,所以电路中应选择PIV 2Vm得二极管。 2、全波倍压电路 图4 全波整流电压电路 (a)正半周(b)负半周 图5 全波电压得工作原理 正半周时,D1导通,D2截止,电容器C1充电到Vm,其电流路径及电容C1得极性如上图(a)所示。 负半周时,D1截止,D2导通,电容器C2充电到Vm,其电流路径及电容C2得极性如上图(b)所示。 由于C1与C2串联,故输出直流电压,V0=Vm。如果没有自电路抽取负载电流得话,电容器C1及C2上得电压就是2Vm。如果自电路抽取负载电流得话,电容器C1及C2上得电压就是与由全波整流电路馈送得一个电容器上得电压同样得。不同之处就是,实效电容为C1及C2得串联电容,这比C1及C2单独得都要小。这种较低得电容值将会使它得滤波作用不及单电容滤波电路得好。 正半周时,二极管D2所受得最大逆向电压为2Vm,负半周时,二极管D1所承受得最大逆向电压为2Vm,所以电路中应选择PVI 2Vm得二极管。 双向直流-直流变换器的设计与仿真 姓名：张羽 学号：109081183 指导教师：李磊 院系：动力工程学院 摘要：本文选取了一种以Buck-Boost变换器为基础的双向DC-DC变换器进行了研究，设计了一种隔离型Buck-Boost双向DC-DC变换器。并根据设计指标，对变压器、输出滤波器、功率开关等进行参数设计，并使用saber仿真软件完成了这种带高频电气隔离的拓扑的仿真。 关键字：双向DC-DC变换器Buck-Boost变换器saber仿真软件uc3842 0 引言 所谓双向DC-DC变换器就是实现了能量的双向传输，在功能上相当于两个单向DC-DC。它的输入、输出电压极性不变，但输入、输出电流的方向可以改变。是典型的“一机两用”设备。在需要双向能量流动的应用场合可以大幅度减轻系统的体积重量及成本。 近年来,双向DC/DC变换器在电动汽车、航天电源系统、燃料电池系统以及分布式发电系统等方面得到了广泛应用。 1 基本电路的选取 DC-DC功率变换器的种类很多。按照输入/输出电路是否隔离来分，可分为非隔离型和隔离型两大类。非隔离型的DC-DC变换器又可分为降压式、升压式、极性反转式等几种；隔离型的DC-DC变换器又可分为单端正激式、单端反激式、双端半桥、双端全桥等几种。下面主要讨论非隔离型升压式DC-DC变换器的工作原理。 本文选取Buck-Boost双向DC-DC变换器进行了仿真实验。 2 Buck-Boost双向DC-DC变换器 2.1 Buck-Boost变换器 将Buck变换器与Boost变换器二者的拓扑组合在一起，除去Buck中的无源开关，除去Boost中的有源开关，如图所示，称为升降压变换器。它是由电压源、电流转换器、电压负载组成的一种拓扑，中间部分含有一级电感储能电流转换器。它是一种输出电压既可以高于也可以低于输入电压的单管非隔离直流变换器。Buck-Boost变换器和Buck变换器与Boost变换器最大的不同就是输出电压的极性和输入电压的极性相反，输入电流和输出电流都是脉动的，但是由于滤波电容的作用，负载电流应该是连续的。 九江职业技术学院教案首页 任课教师阵梓城职称教授备课日期 本次授课的课题整流滤波电路课型讲授 本次授课的目的和要求 1．熟悉桥式整流电路组成、工作原理，会估算输出电压选用二极管 2．掌握桥式整流电路二极管正确装接方法 3．熟悉半波、桥式整流滤波电路的工作原理 4．会估算输出电压，正确选择滤波电容和二极管 本次授课的重点、难点及解决措施 重点：桥式整流电路输出电压估算，二极管正确装接方法 解决措施：结合波形图分析电路的工作原理，并与整流电路进行比 较，对比讲解各种滤波电路的参数计算 本次授课采用的教具挂图及参考书名称 《模拟电子技术基础》周良权主编高教出版社 《模拟电子技术基础》沈任元主编机械工业出版社 课后作业内容与估计完成时间 本此课的小结与改进措施 复习半波整流，引入桥式整流。 完成教学任务 第三十一次课整流滤波电路 一、单相桥式整流电路 单相桥式整流电路（Bridge rectifier）如图7.1.6所示，其中图b 为简化画法，图 c 为另一种画法。 1．电路工作原理 （1）u2正半周 u2瞬时极性a(+)，b(-)。二极管VD1、VD3正偏导通，VD2、VD4反偏截止。导电回路为a→VD1→R L→VD3→b,负载上电压极性上正下负。 （2）u2负半周 u2瞬时极性a(-)，b(+)。二极管VD1、VD3反偏截止，VD2、VD4正偏导通，导电回路为b→VD2→R L→VD4→a，负载上电压极性同样为上正下负。 （3）波形图 u2、i D、u o及i L波形如图7.1.7所示。 图7.1.6 单相桥式整流电路图7.1.7 单相桥式整流电路波形图 a)原理b)简化画法 c)另一种画法 2．二极管正确接法 错接二极管会形成很大短路电流而烧毁。正确接法：共阳端和共阴端接负载，而另外两端接变压器二次绕组。 3．负载上电压、电流值及脉动系数的计算 输出电压的平均值U o(A V)和电流平均值I L（A V）及系数等均与全波整流电路相同，即U O(A V)=0.9U2，I L(A V)=0.9U2/R L，γ=0.48。 4．整流二极管的选择 选择二极管时，I F≥I D =1/2 I L(A V)=0.45U2/R L，U RM≥U DM=2U2 振荡电路工作原理详细分析注：这只是我个人的理解，仅供参考，如不正确，请原谅！ 1、电路图和波形图 2、工作原理：晶体管工作于共发射极方式。集电极电压通过变压器反馈回基级，而变压器绕组的接法实现正反馈。其工作过程根据三极管的工作状态分为三个阶段：t1、t2、t3（如上图）： 说明：此分析过程是在电路稳定震荡后，以一个完整波形周期为例进行分析，即起始Uce=12v。而对于电路刚接通时，工作原理完全相同，只是做波形图时，起始电压Uce=0v。 1）、电路接通后，进入t1阶段（晶体管为饱和状态）。 在t1的初始阶段，电路接通，流过初级线圈的电流不能突变，使得集电极电压Uce急速减小，由于时间很短，在波形中表现为下降沿很陡。而经过线圈耦合，会使基极电压Ube急速增大。此时，三极 管工作在饱和状态（Ube>=Uce）。基极电流ib失去对集电极电流ic 的控制。之后，随着时间增加，Uce会逐渐增加，Ube通过基极与发射机之间的放电而逐渐减少。基极电压Ube下降使得ib减小。 2）、当ib减小到ic /β时, 晶体管又进入放大状态，即t2阶段。 于是，ib的减小引起ic的减小，造成变压器绕组上感应电动势方向的改变，这一改变的趋势进一步引起ib的减小。如此又开始强烈的循环，直到晶体管迅速改变为截止状态。这一过程也很快，对应于脉冲的下降沿。在此过程中，电流强烈的变化趋势使得感应线圈上出现一个很大的感应电动势，Ube变成一个很大的负值。 3）、当晶体管截止后（t3阶段），ic=0，Uce经初级线圈逐渐上升到12v（变压器线圈中储存有少量能量，逐渐释放）。此时，直流12v电源通过27欧电阻和反馈线圈对基极电压充电，Ube逐渐上升，当Ube上升到0.7v左右时，晶体管重新开始导通（硅管完全导通的电压大约是0.7v）。于是下一个周期开始，重复上述各个阶段。其震荡周期T=t1+t2+t3; 倍压电路原理详解 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998 倍压电路原理详解 说明:要理解倍压电路,首先要将充电后的电容看作一个电源.可以和供电电源串联,就像普通的电池串联的原理一样. 一、直流半波整流电压电路 1）负半周时，即A为负、B为正时，D1导通、D2截止，电源经D1向电容器C1充电，在理想情况下，此半周内，D1可看成短路，同时电容器C1充电到Vm，其电流路径及电容器C1的极性如上图（a）所示。 （2）正半周时，即A为正、B为负时，D1截止、D2导通，此时供电电源和C1串联后电压为2Vm,于是向C2充电，使C2充电至最高值2Vm，其电流路径及电容器C2的极性如上图（b）所示. 图1 直流半波整流电压电路 （a）负半周（b）正半周 需要注意的是: (1)其实C2的电压并无法在一个半周内即充至2Vm，它必须在几周后才可渐渐趋近于2Vm，为了方便说明，底下电路说明亦做如此假设。 (2))如果半波倍压器被用于没有变压器的电源供应器时，我们必须将C1串联一电流限制电阻，以保护二极管不受电源刚开始充电涌流的损害。 (3)如果有一个负载并联在倍压器的输出的话，如一般所预期地，在（输入处）负的半周内电容器C2上的电压会降低，然后在正的半周内再被充电到2Vm如下图所示。 所以电容器c2上的电压波形是由电容滤波器过滤后的半波讯号，故此倍压电路称为半波电压电路。 (4)正半周时，二极管D1所承受之最大的逆向电压为2Vm，负半波时，二极管D2所承受最大逆向电压值亦为2Vm，所以电路中应选择PIV >2Vm的二极管。 图3 输出电压波形 电力电子技术课程设计报告MOSFET升降压斩波电路设计 班级：110306班 姓名：*** 学号：20111049 指导教师：侯云海 时间：2014年1月10日 题目：MOSFET升降压斩波电路设计 一、课程设计的目的 1.电力电子技术的课程设计是《电力电子技术》课程的一个重要 的实践教学环节。它与理论教学和实践教学相配合，可使我们在理论联系实际，综合分析，理论计算，归纳整理和实验研究方面得到综合训练和提高，从而培养学生独立解决实际问题的能力。 2.加深理解电力电子技术的课程内容，建立正确的设计思想，熟 悉工程设计的顺序和方法，提高正确使用技术资料，标准，手册等的独立工作能力。 3.为后续课程的学习打下坚实的基础。 二、设计的技术数据及要求 1、交流电源：单相220V； 2、前级整流输出输电压： U d=50V～80V； 3、输出功率：300W； 4、开关频率5KHz； 5、占空比10%—90%； 6、输出电压脉率：小于10%。 三、设计内容及要求 1、方案的论证及方案的选择： 1.1总体方案论证 图1 1.2 方案一：MOSFET降压斩波电路 MOSFET降压斩波电路原理图 降压斩波电路的原理图以及工作波形如图2所示。该电路使用一个全控型器件 V，图中为MOSFET。为在MOSFET关断时给负载中电感电流提供通道，设臵了续流二极管VD。斩波电路主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。 图2 降压斩波电路原理图 MOSFET降压斩波电路工作原理图 直流降压斩波电路使用一个全控型的电压驱动器件MOSFET，用控制电路和驱动电路来控制MOSFET 的导通或关断。当t=0 时MOSFET 管被激励导通电源U向负载供电，负载电压为Uo=U,负载电流io 按指数曲线上升，当t=t1时控制MOSFET 关断负载电流经二极管VD 续流负载电压Uo 近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小通常使串联的电感L较大。电路工作时的波形图如图3所示。 至一个周期T结束，再驱动MOSFET导通，重复上一周期的过程。当电力电子系统工作处于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，如图2所示。 负载电压平均值为：（2.1） 负载电流平均值为：（2.2） 式中，t on为MOSFET处于通态的时间；t off为MOSFET处于断态的时间；T为开关周期；α为导通占空比。 由式（1.1）可知，输出到负载的电压平均值U o最大为U，减小占空比α，U o随之减小。因此将该电路称为降压斩波电路。也称buck 变换器。 根据对输出电压平均值进行调试的方式不同，可分为三种工作方式： （1）保持开关导通时间不变，改变开关T，称为频率调制工作方式； （2）保持开关周期T不变，调节开关导通时间，称为脉冲宽调制 b o o s t升压电路工作原理 boost升压电路是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高。 基本电路图见图一： 假定那个开关（三极管或者mos管）已经断开了很长时间，所有的元件都处于理想状态，电容电压等于输入电压。 下面要分充电和放电两个部分来说明这个电路 充电过程 在充电过程中，开关闭合（三极管导通），等效电路如图二，开关（三极管）处用导线代替。这时，输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。 放电过程 如图，这是当开关断开（三极管截止）时的等效电路。当开关断开（三极管截止）时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容充电，电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了。升压完毕。 说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时，电感吸收能量，放电时电感放出能量。 如果电容量足够大，那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。 如果这个通断的过程不断重复，就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。 一些补充1 AA电压低,反激升压电路制约功率和效率的瓶颈在开关管,整流管,及其他损耗(含电感上). 1.电感不能用磁体太小的(无法存应有的能量),线径太细的(脉冲电流大,会有线损大). 2 整流管大都用肖特基,大家一样,无特色,在输出时,整流损耗约百分之 十. 3 开关管,关键在这儿了,放大量要足够进饱和,导通压降一定要小,是成功的关键.总共才一伏,管子上耗多了就没电出来了,因些管压降应选最大电流时不超过单只做不到就多只并联....... 4 最大电流有多大呢?我们简单点就算1A吧,其实是不止的.由于效率低会超过,这是平均值,半周供电时为3A,实际电流波形为0至6A.所以咱建议要用两只号称5A实际3A的管子并起来才能勉强对付. 1 绪论 《电力电子技术》课程是一门专业技术基础课，电力电子技术课程设计是电力电子技术课程理论教学之后的一个实践教学环节。其目的是训练学生综合运用学过的变流电路原理的基础知识，独立完成查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告的能力，使学生进一步加深对变流电路基本理论的理解和基本技能的运用，为今后的学习和工作打下坚实的基础。 《电力电子技术》课程设计是配合变流电路理论教学，为自动化专业开设的专业基础技术技能设计，课程设计对自动化专业的学生是一个非常重要的实践教学环节。通过设计能够使学生巩固、加深对变流电路基本理论的理解，提高学生运用电路基本理论分析和处理实际问题的能力，培养学生的创新精神和创新能力。 斩波电路(DC Chopper)的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也称为直接直流—直流变换器( DC/DC Converter)。直流斩波电路的种类很多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路，Zeta斩波电路，前两种是最基本电路。应用Matlab的可视化仿真工具Simulink建立了电路的仿真模型，在此基础上对升降压斩波Boost—Buck电路进行了较详细的仿真分析。 本文分析了升降压斩波电路的工作原理，又用Matlab对升压-降压变换器进行了仿真建模，最后对仿真结果进行了分析总结。 2 升降压斩波电路的设计 2.1升降压斩波电路工作原理 （1）V通时，电源E经V向L供电使其贮能，此时电流为i1。同时，C 维持输出电压恒定并向负载R供电。 （2）V断时，L的能量向负载释放，电流为i2。负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。 a) 原理图 b) 波形图 图（3）升压/降压斩波电路的原理图及波形图 数量关系： 稳态时，一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零，即： 倍压整流电路原理详解 （1）负半周时，即A为负、B为正时，D1导通、D2截止，电源经D1向电容器C1充电，在理想情况下，此半周内，D1可看成短路，同时电容器C1充电到Vm，其电流路径及电容器C1的极性如上图（a）所示。RJy838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号 （2）正半周时，即A为正、B为负时，D1截止、D2导通，电源经C1、D1向C2充电，由于C1的Vm再加上双压器二次侧的Vm使c2充电至最高值2Vm，其电流路径及电容器C2的极性如上图（b）所示.其实C2的电压并无法在一个半周内即充至2Vm，它必须在几周后才可渐渐趋近于2Vm，为了方便说明，底下电路说明亦做如此假设。如果半波倍压器被用于没有变压器的电源供应器时，我们必须将C1串联一电流限制电阻，以保护二极管不受电源刚开始充电涌流的损害。如果有一个负载并联在倍压器的输出出的话，如一般所预期地，在（输入处）负的半周内电容器C2上的电压会降低，然后在正的半周内再被充电到2Vm 如下图所示。 图1 直流半波整流电压电路 （a）负半周（b）正半周 图3 输出电压波形 所以电容器c2上的电压波形是由电容滤波器过滤后的半波讯号，故此倍压电RJy838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号 路称为半波电压电路。ab126计算公式大全RJy838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号 正半周时，二极管D1所承受之最大的逆向电压为2Vm，负半波时，二极管D2所承受最大逆向电压值亦为2Vm，所以电路中应选择PIV >2Vm 的二极管。RJy838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号 2、全波倍压电路DC-DC升降压电路的几种个人方案
电路原理讲解分析
倍压整流(检波)电路汇总
基于升降压电路的双向DC_DC变换电路
升降压电路原理分析
PFC电路原理与分析
简单倍压 整流电路 原理 介绍
升压-降压式变换器的仿真(DOC)
电路原理图详解
倍压整流电路原理
升降压双向直流变换器
倍压整流原理
振荡电路工作原理详细分析
倍压电路原理详解
MOSFET升降压斩波电路
升压降压电源电路工作原理
电力电子升降压变换器课程设计
倍压整流原理详解