电路分析研学.doc

,经常需要将输入的直流电压转换到电路所需要的直流电压,同时,将不稳定的直流电压变成稳定的电压,这种电路称为DC-DC电源电路。电路通常由电子开关器件和起储能和平滑作用的电感和电容构成。用动态电路分析方法可以解释这种电路的工作原理。(a)所示的电路中,脉冲电压源的电压经过电感和电容的平滑,在电阻上得到平滑的近似直流电压。很显然,电压的平均值与方波的幅度和占空比有关。占空比定义为d==调解占空比就可以改变输出直流电压。实际的DC-DC转换电路需要把直流电压变换为另外一种直流电压,方法是先将直流电压变成脉冲电压,再进行平滑得到不同的支流电压。图2是降压转换器的原理电路,图3是升压转换器的原理电路。图中Vin是输入电压,v0是输出电压。电路中两个开关周期交替闭合,由周期方波电压vsw控制(图4)。在vsw一个周期开始的0--t1期间,s1闭合,s2断开如图2(a)和图3(a);在t1--T期间,s1断开s2闭合,如图2(b)和图3(b)。在这两个典型的电压变换电路中,开关动作产生电压脉冲变化,电感和电容储存能量,平滑输出电压。(1)当开关周期动作重复多次后,电路中电压电流变成周期性波形。设周期T=,求出电感电流一个周期的波形。计算时可假定输出电压v0近似为常数。分析与求解:如果v为常数,可以得到在一个v的周期T的两个部分,电感两端电压分别为不同常熟,电感电流就应该近似为三角波。以上是概括性的理论分析,下面进行具体表达式的计算。取开关周期动作多次后某一周期的起点为时间原点0,记0时刻的电感电流值为i。对于图1,有:0≦t≦t时,v+v=v,∴v=v-v(在该电压作用下,电感电流i线性增长,电感储能增加;电源能两相电感、负载传递。)t≦t≦T时,v+v=0,∴v=-v(在该电压作用下,电感电流i线性下降,电感储能减少,电感储能向电容、负载传递。)由动态组件的伏安特性可得:0≦t≦t时,i==i+=i+(V-v)t0≦t≦t时,对于图2,有:0≦t≦t时,v=v(此时电感电流线型增加,电感储能增加,电源向电感转移电能。)t≦t≦T时,(此时电感电流减少,电感储能减少,电感储能向负载转移。)由动态组件的伏安特性可得:0≦t≦t时,t≦t≦T时,∴电感电流的波形为:讨论:输出电压为什么能够假设为常数?输出电压近似为常数的假设可以通过理论计算来说明。根据二姐电路的微分方程,可求出方程的特征频率,特征频率油电路元件的参数决定。电容电压按照特征频率变化,而对比输入信号的频率可知,只要保证特征频率远小于输入方波信号的频率,对于输入方波信号的一个周期内的两次电压跳变之间的时间段,电容电压变化量非常小,就可以近似视为常数。(2)求出两种电路中输出电压与输入电压的关系。图4电压波形中,脉冲宽度t1与周期T的比值d=t1/T称为脉冲波形的占空比。证明改变占空比d可以调整输出电压的高低。分析与求解:再输入周期方波作用下电路的动态响应逐渐趋向于动态平衡,即波形每个周期开始值与结束值相同。由此可得:图1:图2:由的关系显然可证:改变占空比可以调整输出电压的高低。(3)在EWB或Multisim中,用电压控制开关构建DC-DC电路的仿真电路。用20kHz的脉冲波形控制开关的切换(仿真时使用压控开关),验证理论分析结果。①降压转换