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…

8.5 交流传递函数以及阻抗的测量 测量原型变换器和变换器系统的传递函数是非常好的工程实践过程.这样的实践可以验证系统是否被正确地建模和设计.此外,通过测量单个电路元件的端阻抗来表征其特性也是非常有用的. 小信号交流的幅值和相位的测量可以使用一种被称为网路分析仪或频率分析仪的设备.基本的网络分析仪的关键输入和输出如图8.60所示.网络分析仪提供幅值和频率可控的正弦输出电压\(\hat{v}_{z}\).该信号可以注入到带测量系统的任何期望位置.网络分析仪也可以有两个或多个输入,\(\hat{v}…

8.4 变换器传递函数的图形化构建 第7章推导出的buck变换器小信号等效电路模型在图8.55中再次给出.让我们用上一节的图解方法来构造该变换器的传递函数和端阻抗. Fig. 8.55 Small-signal model of the buck converter, with input impedance Zin(s) and output impedance Zout(s) explicitly defined 输出阻抗\(Z_{out}(s)\)可以通过将\(\hat{d}(s)\)和\…

8.3 阻抗和传递函数图形的构建 通常,我们可以通过观察来绘制近似的bode图,这样没有大量混乱的代数和不可避免的有关代数错误.使用这种方法可以对电路运行有较好的了解.在各种频率下哪些元件主导电路的响应变得很明显,同时合适的近似变得显而易见.近似转折频率和渐近线的解析表达式就可以直接得到.复杂网络的阻抗和传递函数也可以容易构建.因此,可以获得对电路的较好了解,方便设计的工程师修改电路,来获得所需的频率响应. 图形构造方法,也称为"在图形上做代数",其涉及到使用一些简单的规则来组合阻抗和…

2.4 Cuk 变换器 作为第二个示例,考虑图2.20(a)的变换器.该变换器执行类似于降压-升压变换器的直流转换功能:它可以增加或减小直流电压的幅值,并且可以反转极性.使用晶体管和二极管的实际实现如图2.20(b)所示. Fig 2.20 Cuk converter example 这个变换器通过电容能量传输进行工作.如图2.21所示,当开关位于位置2时,电容 \(C_{1}\) 通过电感\(L_{1}\)连接到输入电源,电源能量存储在\(C_{1}\)中.当开关处于位置1时,该能量通过\(L…

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\(\hat{v}(s)\)…

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…

7.3 脉冲宽度调制器建模 我们现在已经达成了本章开始的目标,为图7.1推导了一个有效的等效电路模型.但仍存在一个细节,对脉冲宽度调制(PWM)环节进行建模.如图7.1所示的脉冲宽度调制器可以产生一个能够控制功率晶体管开关或导通的逻辑信号\(\delta(t)\).该逻辑信号\(\delta(t)\)是周期性的,且其频率为\(f_{s}\),占空比为\(d(t)\).脉冲宽度调制器的输入是一个模拟控制信号\(v_{c}(t)\).脉冲宽度调制器的功能为产生一个正比于模拟控制电压\(v_{c}(t…

7.1 引言 变换器系统总是需要反馈的.例如,在典型的DC-DC变换器应用中,无论输入电压\(V_{g}(t)\)和输出有效负载\(R\)如何变化,都必须使输出电压\(v(t)\)保持恒定.这是通过构建一个可以改变变换器控制输入的回路来完成的[例如:占空比\(d(t)\)],来使得输出电压\(v(t)\)被调节为期望值\(V_{ref}\).在逆变器系统中,反馈回路使得输出电压遵循正弦曲线参考电压.在现代低谐波整流系统中,控制系统使得变换器的输入电流与输入电压成正比.从而使得输入端口对于交流电源…