浙江大学电力电子技术课件第2章第2部分

第第22章章直流－直流变换技术直流－直流变换技术2.3直流升压变换电路（Boost电路）¾Boost变换器电感电流连续时的工作情况¾Boost变换器电感电流断续时的工作情况第第22章章直流－直流变换技术直流－直流变换技术2.3.1Boost变换器电感电流连续时的工作情况dUL()itC()it()outC+−12RL+L()ut−+−dUL()itC()it()outC+−RL+L()ut−DT+−+−GudUL()itC()it()outC+−RL+L()ut−+−dUL()itC()it()outC+−RL+L()ut−+−（a）采用理想开关（b）采用实际器件MOSFET和二极管（a）开关置于1时（b）开关置于2时第第22章章直流－直流变换技术直流－直流变换技术dUL()itC()it()outC+−RL+L()ut−+−（a）开关置于1时LdoCuUuiR==−采用小纹波近似:oCUiR=−（a）开关置于1时dUL()itC()it()outC+−RL+L()ut−+−（b）开关置于2时（b）开关置于2时LdooCLuUuuiiR=−=−LdooCuUUUiIR=−=−采用小纹波近似:dUsDTL()ut'sDTdOUU−ttt'sDTsDTLiΔsDTsT0C()itL()itIdoUUL−dUL/oIUR−/OUR−tuΔsDTsT0()outoUoURC−oUICRC−()a()b()c()d00L/oiUR−0sDtsTGu第第22章章直流－直流变换技术直流－直流变换技术()()Lddo0()d'STSSuttUDTUUDT=+−∫在一个开关周期，电感的总伏秒值为()do''0UDDUD+−=稳态时，电感伏秒平衡：又由于'1DD+=do'UUD=得od11()'1UMDUDD===−因此，Boost变换器的直流变换比()MD0.000.210.420.630.841.05D11()'1MDDD==−Boost变换器的变换比dUsDTL()ut'sDTdOUU−t0第第22章章直流－直流变换技术直流－直流变换技术电感电流的直流成分应用电容充电平衡原理ooC0()'STSSUUitdtDTIDTRR⎛⎞⎛⎞=−+−⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠∫o(')'0UDDIDR−++=dUsDTL()ut'sDTdOUU−ttt'sDTsDTLiΔsDTsT0C()itL()itIdoUUL−dUL/oIUR−/OUR−tuΔsDTsT0()outoUoURC−oUICRC−()a()b()c()d00L/oiUR−0sDtsTGu又由于'1DD+=o'UIDR=得d2'UIDR=0.000.220.440.660.881.010Dd/IUR第第22章章直流－直流变换技术直流－直流变换技术电感电流纹波dUsDTL()ut'sDTdOUU−ttt'sDTsDTLiΔsDTsT0C()itL()itIdoUUL−dUL/oIUR−/OUR−tuΔsDTsT0()outoUoURC−oUICRC−()a()b()c()d00L/oiUR−0sDtsTGudLLd()()dUituttLL==dLLd()()doUUituttLL−==（a）开关置于1时（b）开关置于2时dL2SUiDTLΔ=dL2SUiDTLΔ=dUL()itC()it()outC+−12RL+L()ut−+−第第22章章直流－直流变换技术直流－直流变换技术输出电压纹波dUsDTL()ut'sDTdOUU−ttt'sDTsDTLiΔsDTsT0C()itL()itIdoUUL−dUL/oIUR−/OUR−tuΔsDTsT0()outoUoURC−oUICRC−()a()b()c()d00L/oiUR−0sDtsTGuCCod()()dutitUtCRC−==CCod()()dutitUItCCRC==−o2oSUuDTRC−−Δ=oo2SUuDTRCΔ=（a）开关置于1时（b）开关置于2时dUL()itC()it()outC+−12RL+L()ut−+−第第22章章直流－直流变换技术直流－直流变换技术2.3.2Boost变换器电感电流断续时的工作情况dUL()itC()it()outC+−RL+L()ut−DT+−+−GudU()itC()it()outC+−RL+L()ut−dU()itC()itC+−RL+L()ut−dU()itC()itC+−RL+L()ut−+++−−−()out()out(a)(b)(c)tdoUU−2sDT1sDTdUL()ut3sDTsTt()it2sDT1sDT3sDT0sDTsTpkidoUUL−dULt()Dit2sDT1sDTDi3sDT0sDTsTpkidoUUL−第第22章章直流－直流变换技术直流－直流变换技术dUL()itC()it()outC+−RL+L()ut−DT+−+−GudUsDTL()ut'sDTdOUU−ttt'sDTsDTLiΔsDTsT0C()itL()itIdoUUL−dUL/oIUR−/OUR−tuΔsDTsT0()outoUoURC−oUICRC−()a()b()c()d00L/oiUR−0sDtsTGuLLCCMDCMIiIiΔΔ对于对于dd2'2SUDTUDRL对于CCM对于CCM22'SLDDRTcritcrit()CCM()DCMKKDKKD对于对于22()'critSLKKDDDRT==和临界条件第第22章章直流－直流变换技术直流－直流变换技术0.000.20.40.60.81.00.1D0.050.15crit()KDcrit14()327K=0.000.20.40.60.81.00.1D0.050.15critKKDCMCCMcritKKK图2.22(a)Boost变换器的()critKD图2.22(b)K与的比较()critKDcritcrit()CCM()DCMKKDKKD对于对于22()'critSLKKDDDRT==和第第22章章直流－直流变换技术直流－直流变换技术Boost变换器的变换比tdoUU−2sDT1sDTdUL()ut3sDTsTt()it2sDT1sDT3sDT0sDTsTpkidoUUL−dULt()Dit2sDT1sDTDi3sDT0sDTsTpkidoUUL−dU()itC()it()outC+−RL+L()ut−dU()itC()itC+−RL+L()ut−dU()itC()itC+−RL+L()ut−+++−−−()out()out(a)(b)(c)LdoC()()()utUutitR==−LdoC()()utUUitR≈≈−10StDT（a）子区间1，，晶体管导通采用线性纹波近似，忽略输出电容电压纹波，得到：第第22章章直流－直流变换技术直流－直流变换技术dU()itC()it()outC+−RL+L()ut−dU()itC()itC+−RL+L()ut−dU()itC()itC+−RL+L()ut−+++−−−()out()out(a)(b)(c)tdoUU−2sDT1sDTdUL()ut3sDTsTt()it2sDT1sDT3sDT0sDTsTpkidoUUL−dULt()Dit2sDT1sDTDi3sDT0sDTsTpkidoUUL−（b）子区间2，，二极管导通112()SSDTtDDT+采用线性纹波近似，忽略输出电容电压纹波，得到：LdooC()()()()()utUututititR=−=−dOO()()()LCutUUUititR≈−≈−第第22章章直流－直流变换技术直流－直流变换技术dU()itC()it()outC+−RL+L()ut−dU()itC()itC+−RL+L()ut−dU()itC()itC+−RL+L()ut−+++−−−()out()out(a)(b)(c)tdoUU−2sDT1sDTdUL()ut3sDTsTt()it2sDT1sDT3sDT0sDTsTpkidoUUL−dULt()Dit2sDT1sDTDi3sDT0sDTsTpkidoUUL−采用线性纹波近似，忽略输出电容电压纹波，得到：（c）子区间3，，晶体管和二极管均处于截止态12()SSDDTtT+LoC0,0()()uiutitR===−LoC0()uUitR==−第第22章章直流－直流变换技术直流－直流变换技术tdoUU−2sDT1sDTdUL()ut3sDTsTt()it2sDT1sDT3sDT0sDTsTpkidoUUL−dULt()Dit2sDT1sDTDi3sDT0sDTsTpkidoUUL−根据电感伏秒平衡原理，稳态时此波形的直流成分必须为零。1d2d3()(0)0oDUDUUD+−+=12d2oDDUUD+=解得第第22章章直流－直流变换技术直流－直流变换技术C()()()oDutititR=+dUL()itC()it()outC+−RL+L()ut−DT+−+−GutdoUU−2sDT1sDTdUL()ut3sDTsTt()it2sDT1sDT3sDT0sDTsTpkidoUUL−dULt()Dit2sDT1sDTDi3sDT0sDTsTpkidoUUL−oDUiR=dpk1SUiDTL=01()dSTDDSiittT=∫pk201()d2STDSittiDT=∫d12pk21122SDSSUDDTiiDTTL⎛⎞==⎜⎟⎝⎠d122SoUDDTULR=第第22章章直流－直流变换技术直流－直流变换技术d122SoUDDTULR=12d2oDDUUD+=222d1d0ooUDUUUK−−=21d4112oDUKU±+=解得()211d411,2oDUKMDKU++==2/SKLRT=其中，对于crit()KKD成立。取正值得12DMK≈+近似为第第22章章直流－直流变换技术直流－直流变换技术crit2crit114112KKDMDKKK⎧⎪−⎪=⎨++⎪⎪⎩对于对于(,)MDK0.000.25120.530.7541.05D第第22章章直流－直流变换技术直流－直流变换技术Boost变换器：定占空比启动动态图形显示Boost变换器