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DC-DC直流直流变换器工作原理介绍 PPT

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第2章-基本DC-DC变换器 ppt课件

第2章-基本DC-DC变换器 ppt课件

c)
DC-DC电压变换原理电 路及输入、输出波形
图3-1a为基本的DC-DC电压变换原 理电路，从图中可以看出：输入电压 源Ui通过开关管VT与负载RL相串联， 当开VT关管RVL TI导O 通时，输出电压等于输 入电压，Uo＝Ui；而当开关管VT关断 时，b) 输出电压等于零，Uo＝0。得到的 基本电压变换电路的输出电压波形如 图3-1c所示。
图3-1b为基本的DC-DC电流变换原理电 路，从图中可以看出：输入电流源Ii通过 开关管VT与负载RL相并联，当开关管 VT关断时，输出电流等于输入电流，即 Io＝Ii；而当开关管VT导通时，输出电流 等于零，即Io＝0。基本电流变换电路的 输出电流波形如图3-1d所示。
显然，若令输出电流的平均值为Io，则 Io≤Ii 。可见，图3-1b所示的电流变换电路 实现了降流型DC-DC变换器（buck电流 变换器）的基本变换功能
uo ii
RL
VD
L
VT
C
d)
L
io ui
RL
VT
VD
+
C uo ii
RL
c)
ppt课件
24
2.1.2 boost型 DC-DC变换器的基本结构
以上讨论了buck型 变换器的构建，那 么如何实现升压型 （boost）的电压变 换和升流型（boost
）的电流变换呢？
若考虑变换器输入、输出能量的不变性 （忽略电路及元件的损耗），则buck型电 压变换器在完成降压变换的同时也完成了 升流（boost）变换。同理buck型电流变换 器在完成降流变换的同时也完成了升压（ boost）变换。
结构较为完善的
buck型电压斩波器
L
VD LL

第4章直流直流变换器ppt课件

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4.3 降压变换器
电子发烧 友 电子技

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； 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。
电子发烧 友 电子技

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。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 电子发烧 I 。 以电感电流平均值等于输出电流平均值 o
电子发烧 友 电子技

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。输出电压波形如上图所示，输 出电压的平均值Uo为
t 1 t T on on s U U dt 0 dt U D U o d d 0 d t o n T T s s
电子发烧 友 电子技
电子发烧 友 电子技

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：
ton uco D ˆ Ts U st
友 电子技
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。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。 Uo ton 输出电压 (4-5) D

第四章直流-直流变换器

第四章直流-直流变换器
❖ 在若假V管定接这通期的间t1U时o不间变内，，则V管电流感过L中的的电电流流就直是线电上感升电，流能， 量储存于电感中。则有
UdUoLI2t 1I1L t1I
t1
IL
Ud Uo
（4-5）
（4-6）
动画 14
（2）工作模式2（t1=αT≤t≤T）
❖设t =t1时刻，控制V关断，电感电流经二极 管VD续流，此时VD导通，电路工作于模式 2，如图4-3（b）所示。
电路参数计算。 ❖重点：掌握各种斩波电路的波形分析及工
作原理。
2
第一节 直流斩波电路的工作原理
一、直流斩 波的概念及 分类
二、基本斩 波电路的工 作原理
3
一、直流斩波的概念及分类
❖ 概念：将一个固定电压的直流电变为另一固定电 压或可调电压的直流电称之为DC－DC变换，而
实现这种功能的电路称之为直流斩波电路(DC Chopper )或称直流一直流变换器（DC／DC
▪ 当α从0变到1时，输出电压平均值从零变到Ud，输入电流的平均 值将是输出电流平均值的α倍。可以看出，输出到负载的电压平均 值UO与E及α有关，可以通过改变α来调节UO。
❖ 其输出电压有效值为
UT10Tuo2dt2 Ud
（4-2）
7
❖ 若认为斩波器（S）是无损的，则输入功率应与输出功率 相等，即
Q iL T
4 2 （4-16）
❖ 因此，电容上电压峰-峰脉动值为
UC
Q I C 8fC
（4-17）
❖ 将式（4-14）或（4-15）代入式（4-17）得
UCU8oL(UC d2U fUdo) （4-18）
❖或
UC Ud8L(1C2f) （4-19）
❖ 根 大据概Δ的I,确ΔU定CL和和f以C值及。其他要求（输入和输出），依据上述公式，可

《DCDC变换器》课件

《DCDC变换器》课件

提高电源系统的稳定性和 可靠性
降低电源系统的成本和维 护费用
提高电源系统的效率和性 能
提高电源系统的灵活性和 适应性
卫星电源系统：为 卫星提供稳定的电 源
航天器电源系统： 为航天器提供稳定 的电源
航空电子设备：为 航空电子设备提供 稳定的电源
导弹武器系统：为 导弹武器系统提供 稳定的电源
用于控制系统的电源供应 电机驱动和控制 传感器信号处理 工厂自动化设备的能源管理
数字化控制技术在DCDC变 换器中的应用
数字化控制技术的发展趋 势和挑战
软开关技术的概念：通过控制开关的导通和关断时间，实现开关的软切换，降低开关损耗。 软开关技术的分类：包括零电压开关（ZVS）、零电流开关（ZCS）和零电压零电流开关 （ZVZCS）。
软开关技术的应用：在DCDC变换器中，软开关技术可以提高变换器的效率和稳定性。
DCDC变换器广泛应用于各种 电子设备和电源系统中
它具有效率高、体积小、重 量轻等优点
实现直流电压的转换
为负载提供稳定的直流电压
添加标题
添加标题
用于分布式电源系统
添加标题
添加标题
提高电源利用效率和可靠性
按工作原理分类： 升压型、降压型 和升降压型
按输入输出电压 关系分类：隔离 式和非隔离式
按控制方式分类： 脉宽调制（PWM） 和脉冲频率调制 （PFM）
DCDC变换器的技 术发展
提高转换 效率：采 用新型拓 扑结构、 控制策略 等
降低损耗： 优化电路 设计、材 料选择等
提高稳定 性：采用 先进的控 制算法、 保护措施 等
提高可靠 性：采用 冗余设计、 故障诊断 等
提高集成 度：采用 模块化设 计、集成 电路等

《直流直流变换器》课件

《直流直流变换器》课件

测试方法与步骤
• 测试方法：采用恒流恒压源进行测试，分别对输入电压、 输出电压、输入电流、输出电流进行测量。
测试方法与步骤
测试步骤 1. 将DC电源设置为所需的输入电压。
2. 将DC-DC变换器模块连接到电源和测量设备上。
测试方法与步骤
01
3. 启动电源，并记录测量数据。
02
4. 改变输入电压，重复步骤3。
集成化
集成化技术使得多个功能模块在单一芯片上实现 ，提高了系统的可靠性和紧凑性。
市场发展前景
电动汽车市场增长
随着电动汽车市场的不断扩大，直流-直流变换器的需求量将大 幅增加。
分布式电源并网
分布式电源并网技术的发展将促进直流-直流变换器在分布式能 源系统中的应用。
工业自动化
工业自动化领域的快速发展将带动直流-直流变换器在电机驱动 、自动控制系统等领域的应用。
03
5. 分析测量数据，得出结论。
实验结果分析
数据分析
根据测量数据，分析DC-DC变换器的性能指标 ，如效率、电压增益、电流增益等。
结果比较
将实验结果与理论值进行比较，分析误差原因 。
结论总结
根据实验结果，总结DC-DC变换器的性能特点，并提出改进意见。
05
直流-直流变换器的应用实例
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
可靠性和可维护性。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
04
直流-直流变换器的实验与测试
实验平台搭建
实验设备
实验平台调试
DC电源、DC-DC变换器模块、电压 表、电流表、电感、电容等。
确保实验设备的正确连接，并进行必 要的调试，以确保实验的顺利进行。

DC-DC工作原理介绍精品课件

DC-DC工作原理介绍精品课件
（1）开关管T和二极管D从导通变为阻断，或从阻断变为导通的 过渡过程时间均为零；
（2）开关器件的通态电阻为零，电压降为零。断态电阻为无限 大，漏电流为零；
（3）电路中的电感和电容均为无损耗的理想储能元件； （4）线路阻抗为零。电源输出到变换器的功率等于变换器的输
出功率。
VS IS VO IO
6
2. 降压原理 对开关管T加驱动信号VG ,开关周期为TS
-
i VO O
G
V g
D
iL
L C
i
CC
R
i
o
o
buck 电路图
3.1.1 电路结构和降压原理
1.理想的电力电子变换器 2.降压原理 3.控制方式 4.输出电压LC滤波
Buck变换器电路
全控型开关管
续流二极管
LC输出滤波 负载
5
1. 理想的电力电子变换器
为获得开关型变换器的基本工作特性，简化分析，假 定的理想条件是：
脉宽 不变，改变开关频率或周期。
Q：为什么实际应用中广泛采用PWM方式？
11
4.输出电压LC滤波
✓直流输出电压中含有各次谐波电压，在Buck开关电路的输出 端与负载之间加接一个LC滤波电路，减少负载上的谐波电压。
滤波电感的作用：
对交流高频电压电流呈高阻抗， 对直流畅通无阻
滤波电容的作用：
对直流电流阻抗为无穷大，对 交流电流阻抗很小。
14、 抱 最 大 的 希望 ，作最 大的努 力。2020年 9月 22日星 期二上 午9时 12分41秒 09:12:4120.9.22
15、 一 个 人 炫 耀什 么，说 明他内 心缺少 什么。 。2020年 9月上 午9时 12分20.9.2209:12September 22, 2020

第4部分直流直流变换器-PPT精品

第4部分直流直流变换器-PPT精品

类似地，
UBNUdDVB T
(4-60)
因此，输出电压Uo(=UAN -UBN)与变换器的开关占空比 有关，而与负载电流io的大小和方向无关。
如果变换器同一桥臂的两个开关管同时处于断开的状 态，则输出电压uo由输出电流io的方向决定。这将引起 输出电压平均值和控制电压之间的非线性关系，所以
应该避免两个开关管同时处于断开的情况发生。
4.4.5 输出电压纹波
在前面的分析中，假设输出电容足够大从而使uo=Uo。 然而，实际上，输出电容值是有限的，因此输出电压 是有纹波的。在电流连续模式下的输出电压的波形如 图4-17所示。
纹波的峰-峰值为
Uo DTs DTs
Uo RC
(4-40)
对于电流断续模式也可作类似分析。
图4-17 升压变换器的输出电压的纹波
在稳态时，电感电压在一个周期内的积)to f f 0
上式的两边除以Ts，得： Uo Ts 1 Ud toff 1D
(4-26)
假设电路没有损耗，则Pd=Po，
UdId UoIo
Io 1 D Id
(4-27)
图4-12 升压变换器电路的情况(假定iL连续)
在负载电流较小的情况下，在uco<utri，负载电流经 VDB+和VDA-续流，uo= -Ud，续流过程中，电流会下降 为0，VDB+和VDA-断开，则VTB+和VTA-导通，故直流 输入电源Ud经过VTB+、负载和VTA-构成电流回路，电 流变负。当uco>utri，控制信号使VTB+和VTA-断开，触 发VTA+和VTB-，由于电感电流不能突变，因此负载电 流经VDA+和VDB-续流，使VTA+和VTB-不能导通， uo=Ud，同时电流上升，直至电流上升到0，VDA+和 VDB-断开，VTA+和VTB-导通，由此循环往复周期性的 工作。

DC-DC变换技术幻灯片PPT

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§5.1 概述
将一个不受控制的输入直流电压变换成为另一个受控的输 出直流电压称之为DC-DC变换。
随着科学技术的发展，对电子设备的要求是：①性能更加 可靠；②功能不断增加；③使用更加方便；④体积日益减 小。这些使DC-DC变换技术变得更加重要。目前，DC-DC 变换器在计算机、航空、航天、水下行器、通信及电视等 领域得到了广泛的应用，同时，这些应用也促进了DC-DC 变换技术的进一步发展。
高，散热器体积也减小。还由于DC-DC变换无笨重的工频
变压器，所以DC-DC变换体积小、重量轻。
3、稳压范围宽。目前DC-DC变换中基本使用脉宽调制 （PWM）技术，通过调节脉宽来调节输出电压，对输入电
压变化也可调节脉宽来进行补偿，所以稳压范围宽。
由于电力半导体器件工作在高频开关状态，它所产生的电 流和电压会通过各种耦合途径，产生传导干扰和辐射干扰。
目前，许多国家包括我国对电子产品的电磁兼容性和电磁
干扰制定了许多强制性标准，任何电子产品如果不符合标
准不得进入市场。
2 DC-DC变换分类： 1）按激励方式划分。由于电力半导体器件需要激励信号，
按激励方式划分为它激式和自激式两种方式，它激式DCDC变换中有专业的电路产生激励信号控制电力半导体器件 开关；自激式变换中电力半导体器件是作为振荡器的一部 分（作为振荡器的振荡管）。 2） 按调制方式划分。目前在变換中常使用脉宽调制和频率 调制两种方式，脉宽调制PWM（pulse width modulation） 是电力半导体器件工作频率保持不变，通过调整脉冲宽度 达到调整输出电压。频率调制PFM（pulse frequent modulation）是保持开通时间不变，通过调节电力半导体 器件开关工作频率达到调整输出电压。频率调制在DC-DC 变换器设计中由于易产生谐波干扰、且滤波器设计困难。 脉宽调制与频率调制相比具有明显的优点，目前在DC-DC 变换中占据主导地位。还有混合式，即在某种条件下使用 脉宽调制（PWM），在另一条件下使用频率调制（PFM）。 3）按储能电感与负载连接方式划分。可分为串联型和并联 型两种。储能电感串联在输入输出之间称之为串联型；储 能电感并联在输出与输入之间称之为并联型。

DC-DC电源基础知识ppt课件

DC-DC电源基础知识ppt课件
低电压锁定保护、热关断保护； • 8管脚封装，底部中间有地；
典型电路分析
芯片运用的原理图 直流增益是由输出电压决定，所需的电感值将随着输 出电压的增加而增加。对于等于或高于1.8 V的输出电压， 通过增加一个前馈电容（C4）与R1并联可将相位提高。
PWM控制原理
开关电源利用对输入电压进行脉冲调制可实现自动稳压。 脉冲调制方式主要分为： PFM（Pulse Frequency Modulation）：脉冲频率调制 【特点：对于外围电路相同，在峰值效率以前，其效率远比PWM的高，且响应速度较 快；但不易实现，通常被应用于DC-DC转换器来提高轻负载效率】； PWM（Pulse Width Modulation）：脉冲宽度调制 【特点：在重载时效率高、噪音低且较于PFM易于实现，成为目前主流技术】； 工作在节电模式下的转换器在轻负载电流条件下使用PFM模式， 在较重负载电流条 件下使用脉冲宽度调制(PWM)模式。
dI (1D)T
0
L
V dt (1D)T o L 0
V (1 D)T o
L
• 当开关断开时，电感削磁，电感减少的磁通为：（Vo）*Toff。 • 当开关处于断开期间，存储在电感中的能量释放出来，传送给负载和电容，此
时负载电压极性与电源极性相反。
DC-DC电源分类及工作原 理
当开关闭合与开关断开的状态达到平衡时，增加的磁通等于减少的磁通， （Vi）*Ton=（Vo）*Toff，根据Ton比Toff值不同，可能Vi< Vo，也可能Vi>Vo。
1.3 Buck-boost converter（降压升压型）
I Lon
升降压变换器原理图
Vo=Vin*D/(1-D) Vo<Vin,当D<0.5 Vo>Vin,当D>0.5

DC-DC电源基础知识ppt课件

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负载电压极性与电源极性相反。
DC-DC电源分类及工作原 理
当开关闭合与开关断开的状态达到平衡时，增加的磁通等于减少的磁通， （Vi）*Ton=（Vo）*Toff，根据Ton比Toff值不同，可能Vi< Vo，也可能Vi>Vo。
典型电路分析
设
计
时
常
用 的
非MOS开关管集 成的RT8105
TI公司TPS54627
大容值的电容通常具有较大的等效电感，因而其自谐振频率较小，所以比较适合 用于滤除低频干扰噪声；小容值的电容通常等效电感也较小，因此自谐振频率较
关键器件选 择
输入电容的作用 输入电容的作用是保持输入电压稳定在一定的范围内，并且滤除输入直流电压中 的交流成分。 如右下图，C1电容起到储能作用，当逻辑器件状态变化时提供一个瞬态电流，减 小电源瞬变及跌落，保持电源完整性。一般为铝电解电容。 C2、C3是滤波电容。电容能够“通交流、阻直流”，输入信号中的交流成分可以 通过电容排到大地，剩下纯净的直流成分。其中大电容滤除低频成分、小电容滤 除高频成分。
压，斜坡振荡器提供斜坡输入信号Vramp，它的频率等于开关频率。
稳压过程
PWM控制原理
（1）当输出电压U0增大时，取样电压UNI会同时增大，可简述为：
Uo
UNI
Uc（t）
UG的 d（t）
Uo
（2）当输出电压U0减小时，取样电压UNI会同时减小，可简述为：
Uo
UNI
Uc（t）
UG的 d（t）
Uo
PWM控制原理
4.1 输出电感 · 作用
关键器件选 择
能够将电能转化为磁能而存储起来。由
于电感电流不可突变从而维持整个开关周期
电流的持续输出。

dc-dc转换器工作原理

dc-dc转换器工作原理

dc-dc转换器工作原理
DC-DC转换器是一种电子电路设备，它可以将直流电压(直流电源)转换为不同电压等级的直流电压。

DC-DC转换器的工作原理如下：
1. 输入端：直流电源通过输入端进入DC-DC转换器。

2. 开关管：DC-DC转换器中通常有一个开关管，它可以控制电源的开关状态。

3. 脉宽调制（PWM）控制器：PWM控制器根据需要调整开关管的开启和关闭时间。

4. 开启状态：当开关管处于开启状态时，电源会通过开关管进入一个电感元件（通常是电感线圈）。

5. 储能：电感元件会储存电流，并转换为磁场能量。

同时，输出电容器会储存电压。

6. 关闭状态：当开关管处于关闭状态时，储存的磁场能量会释放，并形成变压作用。

这将使输出电压升高或降低，以满足需要的输出电压等级。

7. 输出端：最终，输出电压通过输出端提供给目标设备。

通过不断开启和关闭开关管，DC-DC转换器可以将直流电源
的电压转换为不同的电压等级。

其中，PWM控制器起到了控制开关管工作状态的重要作用，确保输出电压精确稳定。

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DC-DC直流/直流变换器 工作原理介绍
3 直流/直流变换器
3.1 直流/直流降压变换器（Buck DC/DC 变换器） 3.2 直流/直流升压变换器（Boost DC/DC 变换器） 3.3 直流升压－降压变换器（Boost-Buck变换器或Cuk变换器） *3.4 两象限、四象限直流/直流变换器 *3.5 多相、多重直流/直流变换器 3.6 带隔离变压器的直流/直流变换器 小结
1.两种开关状态
VG>0, T管导通,D阻断
TonDTS
1.两种开关状态 VG=0, T管阻断
T of fT S T on (1D )T S
2. 变压比和电压、电流基本关系 理想Boost变换器的变压比
T导通,D截止
T 阻断，D导通
Ton D TS
Tof f (1D )TS
LdiL dtVS
Ld iLd tV SV o
3.控制方式
✓改变开关管T的导通时间，即改变导通占空比D ， 即可改变变压比M, 调节或控制输出电压VO。
(1) 脉冲宽度调制方式 PWM (Pulse Width Modulation)
开关频率不变，改变输出脉冲电压的宽度
(2) 脉冲频率调制方式 PFM（Pulse Frequency Modulation）
Q：如何选取LC？
Buck变换器电路
全控型开关管
LC输出滤波
续流二极管
负载
3.2 直流-直流升压变换器（Boost变换器）
3.2.1 电路结构和升压原理 3.2.2 电感电流连续时工作特性 3.2.3 电感电流断流时工作特性
3.2.1 电路结构和升压原理
3.2.2 电流连续时的工作特性
两种开关状
D
iL
L C
i
CC
R
i
o
o
buck 电路图
3.1.1 电路结构和降压原理
1.理想的电力电子变换器 2.降压原理 3.控制方式 4.输出电压LC滤波
Buck变换器电路
全控型开关管
续流二极管
LC输出滤波 负载
1. 理想的电力电子变换器
为获得开关型变换器的基本工作特性，简化分析，假 定的理想条件是：
（1）开关管T和二极管D从导通变为阻断，或从阻断变为导通的 过渡过程时间均为零；
（2）开关器件的通态电阻为零，电压降为零。断态电阻为无限 大，漏电流为零；
（3）电路中的电感和电容均为无损耗的理想储能元件； （4）线路阻抗为零。电源输出到变换器的功率等于变换器的输
出功率。
VSIS VOIO
2. 降压原理 对开关管T加驱动信号VG ,开关周期为TS
iL
VS L
DTs
iLV0 LVS(1D)Ts
M V 0/V S 1 /(1 D )
感谢您的聆听！
VO2VS TToofnfVS DSV
EO V S iD 0 iL iS
VG>0, T管导通
TonDTS
EO 0 iD iL
VG=0, T管阻断
T of fT S T on (1D )T S
输出电压
E(O t)C 0 a nco n s t)((- 3 1) n 1
n次谐波幅值 a n 2 n V Ssin 2 n ) (2 n V Ssin nD )((-3 4)
3.1 直流/直流降压变换器（Buck DC/DC 变换器）
3.1.1 电路结构和降压原理 3.1.2 电感电流连续时工作特性 3.1.3 电感电流断流时工作特性
如何实现降压变换？
iO VO
R
R
RCE Ig
iO VO R
Vs
L
VS
L
T
iO VO
R Ig
VS
L
i
i
Vi
+ -
o
T
E
vEO
+
v l
-
i VO O
输出电压的直流平均值
V O C o 2 1 0 2 v E d ( O t) 2 1 V S 2 1 V S 2 D D s(- V 2 3
变压比为M
V O M S D V S V V S /2(-3)
将（3-2），（3-4）代入到（3-1）中
V E(O t) D S V n 12 n V Ssi nn ) D c ( o nt)s(( -3 5)
脉宽 不变，改变开关频率或周期。
Q：为什么实际应用中广泛采用PWM方式？
4.输出电压LC滤波
✓直流输出电压中含有各次谐波电压，在Buck开关电路的输出 端与负载之间加接一个LC滤波电路，减少负载上的谐波电压。
滤波电感的作用：
对交流高频电压电流呈高阻抗， 对直流畅通无阻
滤波电容的作用：
对直流电流阻抗为无穷大，对 交流电流阻抗很小。