5.直流电压变换电路.pptVIP

4. 图5-10所示的电路工作在电感电流连续的情况下，器件S的开关频率为100 kHz，电路输入电压为220 V，当R=30 Ω，两端的电压为150 V时：  （1） 求占空比的大小；  （2） 当R=40 Ω时， 求维持电感电流连续的临界电感值；  （3） 若允许输出电压纹波系数为0.01，求滤波电容C的最小值。 * 图 5-10 题4图 * 5. 有一开关频率为50 kHz的库克电路，其中L1=L2=1 mH，C1=5 μF。假设输出端电容足够大，使输出电压保持恒定，并且元件的功率损耗可忽略。 若输入电压UD=10 V，输出电压Uo调节为5 V不变，输出功率等于5 W，试求电容器C1两端的电压uC1和电感电流iL1、iL2为恒定值时的百分比误差。 * 当开关S在驱动信号的作用下导通时，电路处于ton工作期间， 二极管承受反偏电压而截止。一方面，电能从直流电源输入并储存到电感L中，使电感电流iL从I1（最小值）线性增加至I2（最大值）；另一方面，负载R由电容C提供能量，即在此期间将C中储存的能量传送给负载R，使电容C上的电压uC线性减小， 放电电流iC、负载电流线性减小，二者的绝对值相等。由于电容放电电流的方向如图5-2（b）所示，与图5-2（a）中所示的参考方向相反，因此为负值。很明显，L中的感应电动势的平均值与UD相等，即 * 或 上式中ΔIL为电感L中电流的变化量。  当S断开时，电路处在toff工作期间，二极管ＶD导通，由于电感中的电流不能突变产生感应电动势阻止电流减小，因此在断开S的瞬间iL保持不变，此后电感中储存的能量经二极管给电容充电，同时也向负载R提供能量，所以电感电流iL线性减小。 (5-16) * 由于电容两端的电压不能突变，在S断开瞬间保持电压不变，而电流iC因电感L对其充电，方向与图5-2（a）所示的方向相同，因而在S关断时变为正电，大小随电感电流iL的减小而线性下降，电容端电压uC则随其充电而线性增大，从而使负载电流也线性增加。在无损耗的前提下，电感电流iL从I1线性下降到I2，等效电路如图5-5（c）所示。容易得出电感上电压的平均值UL为 （5-17） 或 （5-18） * 同时考虑式（5-15）、 式（5-17）可得 即 上式中占空比D＝ton/T。当D＝0时，Uo＝UD，但D不能为零， 因此在D的变化范围内， 输出电压总是大于或等于输入电压。 （5-19） * 在理想状态下，电路的输出功率等于输入功率，即Po＝PＤ，即UoIo＝UDIＤ，将式（5-19） 代入可得 （5-20） 从式（5-16）、 （5-18）可知 * 因输出电流的平均值为Io＝（I2＋I1）/2， 很显然 （5-23） 当电流处于临界连续状态时，I1＝0，则可求出电流临界连续时的电感值为 （5-24） 经分析可知，输出电压的交流纹波为三角波，假定二极管电流iVD中所有纹波分量流过电容器，其平均电流流过负载电阻， 图5-5（d）中波形的阴影部分面积反映了一个周期内电容C中电荷的泄放量。 因此电压纹波的峰值变化量为 * （5-25） 所以 （5-26） 式中τ＝RC为时间常数。  由此可看出，只要适当地增大τ值就可以减小输出电压的纹波成分。  Boost直流变换电路的效率很高， 一般可达92％以上。 *  前面两种直流变换电路都具有直流电压变换功能，但输出与输入端都含有较大的交流纹波，尤其是在电流不能连续的情况下， 电路输出端的电流是脉动的。谐波会使电路的变换效率降低， 大电流的高次谐波还会产生辐射，干扰周围电子设备的正常工作。 库克（Cuk）电路属升降压型直流电压变换电路，即输出电压的平均值既能高于输出电压，又能低于输入电压。电路形式如图5-6（a）所示, 该图中L1和L2为储能电感，VD是快速恢复续流二极管，C1是传送能量的耦合电容，C2为滤波电容。这种电路的特点是：输出电压极性与输入电压相反，输出端电流的交流纹波小，输出直流电压平稳，降低了对外部滤波器的要求。在忽略所有元器件损耗的前提下，电路的工作波形如图5-6（d）所示。 5.3.3 库克直流电压变换电路 * 2) Cuk斩波电路 V通时，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路有电流。 V断时，E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路有电流。 输出电压的极性与电源电压极性相反。 电路相当于开关S在A、B两点之间交替切换。 图3-5 Cuk斩波电路及其等效电路 a） 电路图 b） 等效电路 *