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…

6.1 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_{…

6.2 变换器简单罗列 变换器的数量可能有无穷种,因此将其全部列出是不可能的.这里给出了一个简单的罗列清单. 首先考虑含单个电感的单输入单输出变换器的类别.可以在电源和负载之间进行连接电感的方法数量是有限的.如果我们假设开关周期分为两个子区间,那么电感应该在第一个子区间内以一种方式连接到电源和负载,而在第二个子区间内以另一种方式连接.我们可以尝试所有可能的组合,来得到此类完整的变换器合集[8-10].通过消除冗余和简化电路,人们发现了如图6.14所示的八种变换器.变换器的个数计算方式可能根据语言…

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…

3.3 等效电路模型的构建 接下来,让我们完善直流变压器模型来解决变换器的损耗问题.这将使用众所周知的电路分析技术来确定变换器的电压,电流和效率. 在前面的章节,我们利用电感伏秒平衡和电容电荷平衡得到了式(3.11)和式(3.13),这里我们重写: \[<v_{L}> = 0 =V_{g} - IR_{L} -D^{'}V \\<i_{C}> = 0 =D^{'}I - \frac{V}{R} \tag{3.15} \] 这些方程表明,电感电压与电容电流的直流分量为0.与其像上一节…

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…

2.1 引言 在上一章中,介绍了降压变换器作为降低直流电压的一种方法,其仅使用非耗散开关,电感器和电容器.开关状态变换产生一个矩形波形\(v_{s}(t)\),如图2.1所示.当开关位于位置1时,该电压\(v_{s}(t)\)等于直流输入电压\(V_{g}\):当开关位于位置2时,该电压\(v_{s}(t)\)等于零.实际上,开关是使用功率半导体器件(例如晶体管和二极管)实现的,可根据需要控制功率开关器件导通和关断以执行理想开关的功能.开关频率\(f_{s}\)取决于半导体器件的开关速度,等于开…