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…

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…

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_{…

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…

1.2 电力电子技术的几个应用 高效开关变换器面临的功率范围从 (1)小于1瓦(电池供电的便携式设备内的DC-DC转换器)到(2)计算机及办公设备中的几十,几百,数千瓦到(3)变速电机驱动器中上千瓦及兆瓦以及(4)通过传输线接入交流电源的数千兆瓦的整流器和逆变器中.本节对几种变换器应用系统进行了介绍. 个人计算机的电源系统如图1.14所示.锂电池为系统供电,数DC-DC变换器将电池电压转换为负载所需的电压.降压转换器产生微处理器所需的低压直流电.升压转换器将电池电压增加到磁盘驱动器所需的电压水平…

4.3 开关损耗/4.4 小结 使用半导体器件实现开关后,我们现在可以讨论变换器中损耗和低效的另一个主要来源:开关损耗.如前所述,半导体器件的导通和关断转换需要几十纳秒到几微秒的时间.在这些开关转换期间,半导体器件中可能会出现非常大的瞬时功率损耗.尽管半导体开关时间很短,产生的平均功率损失也可能很大. 半导体器件是由电荷控制的.例如,MOSFET的导电状态由其栅极和沟道中的电荷决定,硅二极管或BJT的导电状态由器件内部半导体结附近存储的少数电荷的存在与否决定.为了在开和关状态之间切换半导体器件,…

7.5 状态空间平均 现有文献中已经出现了很多变换器交流建模的方法,其中包括电流注入法,电路平均和状态空间平均法.尽管某种特定方法的支持者可能更愿意使用该方法去建模,但所有方法的最终结果都是等效的.并且所有人都具有这样的共识:平均和小信号的线性化是对PWM变换器建模的关键步骤. 本节将介绍文献中提到的状态空间平均法(S.´Cuk, Modeling, Analysis, and Design of Switching Converters, Ph.D. thesis, California In…