DC-DC电压转换电路原理研究Word下载.docx

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时间：

2012/12/16

前言：

在各种电子设备中，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。

电路通常用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。

本文旨在探究简单DC-DC电源电路的设计及实现方法，加深笔者对课程相关内容的理解以及提高实践动手能力。

关键词:

DC-DC电源电路、降压转换器、升压转换器

一、实验原理

图1是降压转换器的原理电路，图2是升压转换器的原理电路。

电路中两个开关周期交替闭合，由电压Vsw控制（图3）。

在一个周期开始的0--t1期间，s1闭合，s2断开如图1（a）和图2（a）；

在t1--T期间，s1断开s2闭合,如图1（b）和图2（b）。

其中，Vin为输入电压，V0为输出电压。

图1降压转换器

图2升压转换器

图3开关动作的控制电压

二、实验内容及理论分析

（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。

用动态分析方法求出电感电流一个周期的波形。

l对于降压转换器

0~t1时刻有：

KVL：

Vin=VL（t）+VC（t）

KAL：

i（t）=CdVC（t）dt+VC（t）R

且VL（t）=Ldi（t）dt

综上可得：

d2VC（t）dt2+1RCdVC（t）dt+VC（t）LC=VinLC

代入数据，特征方程为：

s2+200s+106=0

解得：

s1=-100+1000js2=-100-1000j

分析：

显然VC（t）变换频率f=1000/2π≈159Hz

实验中开关变换频率取f=20kHz远大于VC（t）变换频率。

即在一个周期T内，可视输出电压V0为常数。

因此有Vin=VL（t）+V0，即VL（t）=Vin-V0。

t1~T时刻有：

0=VL（t）+VC（t）

同理分析可得此时VL（t）=-V0

综上所述，VL（t）为一周期矩形脉冲。

又由关系i（t）=1L-∞tv（τ）dτ可知所求i（t）为一周期三角波波形，如下图示意

（2）求出两个电路中输出电压与输入电压的关系。

图3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。

l对于降压转化器

设i（0）=I0

0—t1：

i（t）=1L-∞tv（τ）dτ+I0=1LOt（Vin-V0）dt+I0=Vin-V0Lt+I0

故有i（t1）=Vin-V0Lt1+I0

t1—T：

i（t）=1Lt1t（-V0）dt+i（t1）=-V0L（t-t1）+Vin-V0Lt1+I0

又因为i（0）=i（T）

即i（T）=-V0L（T-t1）+Vin-V0Lt1+I0=i（0）=I0

最后可以推出：

V0=t1TVin=dVin

分析理解：

由于0<

d<

1,故V0<

Vin,即转换器具有直流降压作用且输出电压与占空比d有关。

l对于升压转化器

VL（t）=Vin

同理于降压转化器，在升压转化器电路中，分析可知，在一个周期T内，也可视输出电压V0为常数。

故此时VL（t）=Vin-V0。

因此，同理分析可知，电感电压电流波形定性类比于降压转化器。

0~t1：

i（t）=1L0t（-V0）dt+I0=-V0Lt+I0

故有i（t1）=-V0Lt1+I0

t1~T:

i（t）=1Lt1tv（τ）dτ+i（t1）=1Lt1t（Vin-V0）dt+i（t1）=Vin-V0L（t-t1）+-V0Lt1+I0

即i（T）=Vin-V0L（T-t1）+-V0Lt1+I0=i（0）=I0

同理升压转换电路中有输入电压、输出电压、占空比之间的关系为：

V0=11-t1/TVin=Vin1-d

1,故V0>

Vin,即转换器具有直流升压作用且输出电压与占空比d有关。

三、实验仿真

仿真工具：

Multisim10.0

l降压转化器

电路图

波形图

l升压转换器

波形图

四、扩展探究

将电路中的开关s2用二极管代替，在图6-1中，正极在下方；

在图6-2中，正极在左侧。

假设二极管加正向电压时导通，电阻为0；

加反向电压时断开，电阻无穷大。

电路原理图如下;

开关s2用二极管代替后，若采用理想二极管，其导通电阻近似为零，断开电阻接近无穷大，其作用与S2开关相同。

因此，理论分析的过程与上面给出的类似。

仿真：

l降压

电路

波形

l升压

五、实践收获

本次研究性课题的研讨与制作我收获巨大。

首先就课内专业知识而言，为了此次研讨，我重新对动态电路及其分析做了一次复习，对含动态元件的动态电路分析又有了进一步的理解与提高。

其次，在自主学习方面，由于本研讨需要用到仿真软件，因此我在结合课内所介绍的EWB的基础之上，自学了更高版本的Multisim10.0，通过与合作伙伴的研究，基本掌握了运用此软件进行电路仿真的方法，在熟悉软件操作界面及方法的前提下，通过本次实验，我重点掌握了压控开关的使用以及运用电流控制电压测电流波形、电压控制电压测电压波形等电路仿真中的基本方法。

更重要的是，从研讨过程之中，逐渐培养了我一颗善于合作，敢于专研，坚持不懈的学术精神。

参考文献及资料

[1]杜普选基础电路分析北京交通大学出版社

[2]丁伟Multisim10仿真在电子电路设计中的应用电子工业出版社