电路分析研学.doc

DC-DC ,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。 1(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=T t 1 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, v 0 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 v sw 控制(图 4) 。在 v sw一个周期开始的 0-- t 1 期间, s1 闭合, s2 断开如图 2(a) 和图 3(a) ;在 t 1 --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 v 0 近似为常数。分析与求解: 如果 v 0为常数,可以得到在一个 v sw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 0。对于图 1,有: 0≦t≦t 1时, v L +v o =v in, ∴v L =v in -v o(在该电压作用下,电感电流 i L线性增长,电感储能增加;电源能两相电感、负载传递。) t 1≦t≦T时, v L +v o =0, ∴v L =-v o(在该电压作用下,电感电流 i L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 1时, i L=dtvL L t???1 =i o+dtvvL o in t)( 1 0??=i o+L 1 (V in -v o )t 0≦t≦t 1时,tvL tVL ittvL tvVL i dtvL dtvVL i dtvL i o inooo inoo tt o in to oL tL11)( 1)( 1)( 1)( 11 111???????????????????对于图 2 ,有: 0≦t≦t 1时, v L =v in(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 1≦t≦T时, o inLvVv??(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 1时,tVL idtVL idtvL i ino in toL tL111 0????????? t 1≦ t≦ T时,dtvVL dtVL idtvL i o in tt in toL tL)( 111 0?