电力电子第三章第八讲

电力电子技术PowerElectronics电力电子技术3.1.1buck型DC-DC变换器的基本结构DC-DC变换电路中的储能元件（电容、电感）有滤波与能量缓冲两种基本功能：滤波元件常设置在变换器电路的输入或输出能量缓冲元件常设置在变换器电路的中间目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构3.1.1Buck型DC-DC变换器的基本结构3.1.2Boost型DC-DC变换器的基本结构3.1.3Boost-Buck型DC-DC变换器的基本结构3.1.3Buck-Boost型DC-DC变换器的基本结构3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器电力电子技术3.1.1buck型DC-DC变换器的基本结构+-c)d)ouoiVTVTCLiuiiVDCLVDLRLR针对图3-2c（图3-2d）所示的DC-DC电压（电流）变换电路输入侧为恒压（恒流）源，因此电路输入侧无需滤波电容（电感）电路的输出侧则由于脉动而需要滤波。即图3-2c所示的电容C，图3-2d所示的电感L均起滤波作用。电压变换器与电流变换器是互补的结构+-c)d)ouoiVTVTCLiuiiVDCLVDLRLR目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构3.1.1Buck型DC-DC变换器的基本结构3.1.2Boost型DC-DC变换器的基本结构3.1.3Boost-Buck型DC-DC变换器的基本结构3.1.3Buck-Boost型DC-DC变换器的基本结构3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器电力电子技术3.1.1buck型DC-DC变换器的基本结构一般将上述所加入的如图3-2c）中的缓冲电感和续流二极管组成的电路或如图3-2d）中的缓冲电容和钳位二极管组成的电路统称为缓冲电路（或缓冲单元）+-c)d)ouoiVTVTCLiuiiVDCLVDLRLR+-c)d)ouoiVTVTCLiuiiVDCLVDLRLR目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构3.1.1Buck型DC-DC变换器的基本结构3.1.2Boost型DC-DC变换器的基本结构3.1.3Boost-Buck型DC-DC变换器的基本结构3.1.3Buck-Boost型DC-DC变换器的基本结构3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器电力电子技术3.1.2boost型DC-DC变换器的基本结构以上讨论了buck型变换器的构建，那么如何实现升压型（boost）的电压变换和升流型（boost）的电流变换呢？若考虑变换器输入、输出能量的不变性（忽略电路及元件的损耗），则buck型电压变换器在完成降压变换的同时也完成了升流（boost）变换。同理buck型电流变换器在完成降流变换的同时也完成了升压（boost）变换。boost型电压变换和buck型电流变换以及boost型电流变换和buck型电压变换存在功能上的对偶性。若已知某种升（降）压电压变换器电路则相应的降（升）流电流变换器电路可以利用对偶原理求出目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构3.1.1Buck型DC-DC变换器的基本结构3.1.2Boost型DC-DC变换器的基本结构3.1.3Boost-Buck型DC-DC变换器的基本结构3.1.3Buck-Boost型DC-DC变换器的基本结构3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器电力电子技术3.1.2boost型DC-DC变换器的基本结构从图3-2c所示的buck型电压变换器电路出发，便可以导出boost型电流变换器电路1)将输入电压源转化为电流源当变换器电路中开关管的开关管频率足够高时，图3-2c所示的buck型电压变换器电路中的输入电压源支路可以用并联电容的电流源（Ci、Ii）支路取代，如图3-3b所示LRb)oiVTLCVDiuiiLiouLR+-a)ouVTCVDLiiiuoi+-c)d)ouoiVTVTCLiuiiVDCLVDLRLR目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构3.1.1Buck型DC-DC变换器的基本结构3.1.2Boost型DC-DC变换器的基本结构3.1.3Boost-Buck型DC-DC变换器的基本结构3.1.3Buck-Boost型DC-DC变换器的基本结构3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器电力电子技术3.1.2boost型DC-DC变换器的基本结构2)若令变换器电路中的开关管、二极管、电容、电感均为理想无损元件时，则图3-3b所示电路的输入功率等于输出功率即：Ui*Ii＝Uo*Io。由于该变换器电路的降压变换功能，使Uo≤Ui，因此，Io≥Iiboost型电流变换器电路Uo↓Io↑LRb)oiVTLCVDiuiiLiouLR+-a)ouVTCVDLiiiuoi目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构3.1.1Buck型DC-DC变换器的基本结构3.1.2Boost型DC-DC变换器的基本结构3.1.3Boost-Buck型DC-DC变换器的基本结构3.1.3Buck-Boost型DC-DC变换器的基本结构3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器电力电子技术3.1.2boost型DC-DC变换器的基本结构3)考虑到3-3b所示电路中滤波电感L的稳流作用以及该电路的电流－电流变换功能，因此，输出滤波电容C是冗余元件，可以省略。结构简化后的boost型电流变换器电路如图3-3d所示LRd)oiVTCVDiuiiLiouLR+-c)ouVTCVDLiiiuoiLRb)oiVTLCVDiuiiLiouLR+-a)ouVTCVDLiiiuoi目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构3.1.1Buck型DC-DC变换器的基本结构3.1.2Boost型DC-DC变换器的基本结构3.1.3Boost-Buck型DC-DC变换器的基本结构3.1.3Buck-Boost型DC-DC变换器的基本结构3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器电力电子技术从图3-2d所示的buck型电流变换器电路出发，便可以导出boost型电压变换器1）将输入电流源转化为电压源当假设变换器电路中开关管的开关频率（单位时间内开关管的通断次数）足够高时，图3-2d所示的buck型电流变换器电路中的输入电流源支路可以用串联电感的电压源（Li、Ui）支路取代，如图3-3a所示LRb)oiVTLCVDiuiiLiouLR+-a)ouVTCVDLiiiuoi+-c)d)ouoiVTVTCLiuiiVDCLVDLRLR3.1.2boost型DC-DC变换器的基本结构目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构3.1.1Buck型DC-DC变换器的基本结构3.1.2Boost型DC-DC变换器的基本结构3.1.3Boost-Buck型DC-DC变换器的基本结构3.1.3Buck-Boost型DC-DC变换器的基本结构3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器电力电子技术3.1.2boost型DC-DC变换器的基本结构2）若令变换器电路中的开关管、二极管、电容、电感均为理想无损元件时，则图3-3a所示电路的输入功率应等于其输出功率，即ui*ii＝uo*io。由于该变换器电路的buck型变换功能，使Io≤Ii，因此，uo≥uiLRb)oiVTLCVDiuiiLiouLR+-a)ouVTCVDLiiiuoiboost型电压变换器电路Io↓Uo↑目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构3.1.1Buck型DC-DC变换器的基本结构3.1.2Boost型DC-DC变换器的基本结构3.1.3Boost-Buck型DC-DC变换器的基本结构3.1.3Buck-Boost型DC-DC变换器的基本结构3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器电力电子技术3.1.2boost型DC-DC变换器的基本结构3)考虑到3-3a所示电路中滤波电容C的稳压作用以及该电路的电压－电压变换功能，因此，输出滤波电感L是冗余元件，可以省略。结构简化后的boost型电压变换器电路如图3-3c所示。LRb)oiVTLCVDiuiiLiouLR+-a)ouVTCVDLiiiuoiLRd)oiVTCVDiuiiLiouLR+-c)ouVTCVDLiiiuoi目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构3.1.1Buck型DC-DC变换器的基本结构3.1.2Boost型DC-DC变换器的基本结构3.1.3Boost-Buck型DC-DC变换器的基本结构3.1.3Buck-Boost型DC-DC变换器的基本结构3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器电力电子技术3.1.3boost-buck型DC-DC变换器的基本结构以上构建了buck型、boost型变换器电路，那么如何在buck型、boost型变换器电路基础上构建boost-buck（升-降）型或buck-boost（降-升）型变换器呢？只要将buck型、boost型变换器电路相互串联并进行适当化简，即可构建boost-buck型或buck-boost型变换器目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构3.1.1Buck型DC-DC变换器的基本结构3.1.2Boost型DC-DC变换器的基本结构3.1.3Boost-Buck型DC-DC变换器的基本结构3.1.3Buck-Boost型DC-DC变换器的基本结构3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器电力电子技术3.1.3boost-buck型DC-DC变换器的基本结构构建boost-buck型电压变换器电路，可以考虑采用boost-buck串联结构：输入级采用图3-3c所示的boost型电压变换器电路输出级采用图3-2c所示的buck型电压变换器电路将boost型电压变换器电路的输出与buck型电压变换器电路的输入串联，串联时：输入级boost型电压变换器电路的输出负载省略，而输出级buck型电压变换器电路的输入电压源省略，串联后的电压变换器电路如图3-4a所示LRVT1L2C1VD1iuL1oub)C2VT2VD2+1i2i+LRVT1L2C1VD1iuL1oua)C2VT2VD2+LRVT1L2C1VD1iuL1oub)C2VT2VD2+1i2i+LRVT1L2C1VD1iuL1oua)C2VT2VD2++—目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构3.1.1Buck型DC-DC变换器的基本结构3.1.2Boost型DC-DC变换器的基本结构3.1.3Boost-Buck型DC-DC变换器的基本结构3.1.3Buck-Boost型DC-DC变换器的基本结构3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器电力电子技术3.1.3boost-buck型DC-DC变换器的基本结构图3-4a所示的boost-buck串联结构电路中，由于存在两只开关管和两只二极管，因而有必要省略冗余元件以使电路简化若假设两电路串联后的开关管VT1、VT2为同步斩波开关管，即开关管VT1、VT2同时通、断，则有可能使电路得以进一步简化LRVT1L2C1VD1iuL1oub)C2VT2VD2+1i2i+LRVT1L2C1VD1iuL1oua)C2VT2VD2+目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构3.1.1Buck型DC-DC变换