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  • Boost升压斩波电路工作原理与典型应用pdf,Boost升压斩波电路工作原理与典型应用
  • 升压斩波电路的基本原理图3-2升压斩波电路及其工作波形a)电路图 b)波形 Ø 工作原理²假设L值、C值很大²V通时,E向L充电,充电电流恒为I1,同时C的电压向负载供电,因C值很大,输出电压uo为恒值,记为Uo。...
  • demo5_1_3升压降压斩波电路(buck_boost)升降压斩波电路(buck_boost)工作原理:V导通时,电源E经V向L供电使其贮能,此时电流为i1,同时C维持输出电压恒定并向负载R供电;V关断时,L的能量向负载释放,电流为i2,负载...

    demo5_1_3升压降压斩波电路(buck_boost)

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    升降压斩波电路(buck_boost)工作原理:V导通时,电源EVL供电使其贮能,此时电流为i1,同时C维持输出电压恒定并向负载R供电;V关断时,L的能量向负载释放,电流为i2,负载电压极性为上负下正,与电源电压极性相反,该电路也称作反极性斩波电路。基本的数量关系:稳态时,一个周期T内电感L两端电压uL 对时间的积分为零,即

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    当V处于通态期间,uL=E;而当V 处于断态期间,uL =-uo。于是:

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    所以输出电压为:

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    改变导通比α,输出电压既可以比电源电压高,也可以比电源电压低。当0<α<1/2时为降压,当1/2<α<1时为升压,因此将该电路称作升降压斩波电路。电源电流i1 和负载电流i2 的平均值分别为I1 I2 ,当电流脉动足够小时,有

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    如果V、VD为没有损耗的理想开关时,则输出功率和输入功率相等,即

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    输入电压为100V,当占空比α=0.40.50.6,输出结果分别为66.7V100V150V仿真结果分别如下:

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    demo5_1_3升压降压斩波电路(cuk)

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    Cuk斩波电路工作原理:V导通时,EL1V回路和RL2CV回路分别流过电流;V关断时,EL1CVD回路和RL2VD回路分别流过电流;输出电压的极性与电源电压极性相反。基本的数量关系:

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    与升降压斩波电路相比,Cuk斩波电路有一个明显的优点,其输入电源电流和输出负载电流都是连续的,且脉动很小,有利于对输入、输出进行滤波。输入电压为100V,当占空比α=0.40.50.6,输出结果分别为66.7V100V150V仿真结果分别如下:

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    demo5_1_4升压降压斩波电路(sepiczeta)

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    Sepic斩波电路工作原理:V导通时,EL1V回路和C1VL2回路同时导电,L1L2贮能;V关断时,EL1C1VD—负载回路及L2VD—负载回路同时导电,此阶段EL1既向负载供电,同时也向C1充电(C1 贮存的能量在V处于通态时向L2 转移)。输入输出关系:

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    输入电压为100V,占空比α=0.5,输出结果分别为100V,仿真结果如下:

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    Zeta斩波电路工作原理:V导通时,电源E经开关V向电感L1 贮能;V关断时,L1 VDC1 构成振荡回路,L1 的能量转移至C1 ,能量全部转移至C1 上之后,VD关断,C1 L2 向负载供电。输入输出关系为:

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    两种电路具有相同的输入输出关系,Sepic电路中,电源电流连续但负载电流断续,有利于输入滤波,反之,Zeta电路的电源电流断续而负载电流连续;两种电路输出电压为正极性的。输入电压为100V,占空比α=0.5,输出结果分别为100V,仿真结果如下:

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  • 先分析原理,再设计参数,根据原理及参数设计电路,得出结果
  • 目前有6中基本斩波电路:降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。其中升降压斩波电路是最常用的一种斩波电路。 升降压斩波电路如图7所示,电路由直流电压源、电感...

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    充电桩是各种电力电子设备的组合,直流充电桩通过AC-DC变换再DC-DC变换达到给汽车充电的目的

    1、 Vienna整流器

    二极管和晶闸管整流器在电力电子行业中得到广泛应用,但由于其功率因数 低并向电网注入了很高的电流谐波,所以对电网污染特别严重。随着电网企业对用户用电设备中电流谐波含量的严格限制,国内外学者相继提出了许多电流畸变低和单位功率因数高的三相PWM整流器 ,其中包括VIENNA整流器。

    Vienna整流器是由Kolar教授1997年提出的一种两象限中点钳位式三电平 PWM整流器拓扑,Vienna 整流器的拓扑结构如下图11所示,它是由3个桥臂组成,其中每个桥臂包括1个可控功率开关器件 (IGBT)和6个功率二极管。

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     图1 Vienna整流器拓扑图

    下面以A相桥臂为例来分析Vienna整流器的工作原理:当功率开关器件Qa 开通时,整流器的A相输入端电压被钳位于直流母线中点,此时输入端电压Ua=0, 如下图 22(a)、(b) 所示。当功率开关器件Qa关断时,整流器A相输入端电压为Udc/2或-Udc/2,此时A相输入端电压极性取决于A相输入电流极性。若A相输入电流极性为正,则A相输入端经 D1、Da1后与直流母线正极相连,如下图2 (c) 所示,此时输入端电压 UA = Udc/2,若A相输入电流极性为负时,A相输入端经D2、Da2后与直流母线负极相连,如下图2(d)所示,此时输入端电压 UA=-Udc/2。B、C相桥臂的分析与A相相同。

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    图2 电流流向示意图

    按照图1的原理,用MATLAB软件构建并仿真PFC电路(如图3),以及矢量控制系统(如图4)。

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     图3 PFC仿真电路

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    图4 矢量控制系统

    矢量控制采用电压外环,电流内环的双闭环控制策略。电压外环控制使直流母线电压保持基本稳定。图5中预设直流母线电压为700V,模型输出的直流母线电压值也基本稳定在700V左右。(如图15直流母线电压波形)

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      图5直流母线电压波形

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    图6 电网测电压与电流波形

    从图6(a)可以发现: 网侧三相电压保持良好的正弦度,模型实际的电流波形和电压波形基本一致,证明模型实现了单位功率因数控制。图6(b)是作者调整了模型参数,让电网侧的电流波形产生了畸变,可以让读者直观的理解什么叫电流畸变(所有的整流电路都会污染电网)。经过计算电流总的谐波畸变率为13.47%,远大于国家标准的3%。

    2、直流变压电路(斩波电路)

    直流斩波电路是一种将电压恒定的直流电变成电压可调的直流电的一种电力电子设备,又叫直流斩波器或DC/DC变换器。光伏并网逆变器的MPPT电路就是这个原理。

    用斩波器实现直流变换的基本原理是通过对电力电子开关器件的快速通、断控制,把恒定的直流电压或电流斩切成一系列的脉冲电压或电流,滤波后在负载上可以获得平均值与电源接近的电压或电流。再通过改变开关器件通、断的动作频率,或改变开关器件通、断的时间比例(占空比),就可以改变这一脉冲序列的脉冲宽度,以实现输出电压、电流平均值的调节。

    目前有6中基本斩波电路:降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。其中升降压斩波电路是最常用的一种斩波电路。

    升降压斩波电路如图7所示,电路由直流电压源、电感、电容、MOS、二极管、电阻(负载)组成,非常简单。基本原理为:MOS开关V处于通态时,电源U经V向电感L供电使其储存能量。同时,电容C维持输出电压基本恒定并向负载R供电,电感电流增大。V关断时,电感L中储存的能量向负载释放,负载电压上负下正,与电源电压极性相反,电感电流减小。

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    图7 升降压斩波电路原理图

    用MATLAB仿真这个电路,如图8所示。该模型可以通过Pulse Generator元件调节占空比(升压或者降压)调节所需要的电压值。例如设置直流波形的电压值为500V,占空比设置为20%,则会得到大约60-120V的电压。如图9 a、b所示。图9a为脉动交流电,图9b为斩波后的直流电,电压为60-120V。

    这里需要说明,很多厂家并不使用斩波电路作为DC-DC的调节,而是使用1个或者2个LLC变换电路串联作为电压调节的电路。这里介绍斩波电路是为了让读者明白基本的原理。

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    图8 升降压斩波电路模型

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     图9 斩波电路波形

    3、 直流充电桩的技术要求

    根据蓄电池组电压等级的范围,充电机输出电压分为三级:200V~500V、350V~700V、500~950V。单个充电插头的输出直流额定电流宜采用:50A、100A、125A、150A、200A、250A。

    在恒压状态下输出电压误差不应超过±0.5%。在恒流状态下,输出直流电流设定在额定值的20%~100%范围内,在设定的输出直流电流大于等于30A时,输出电流整定误差不应超过±l%;在设定的输出直流电流小于30A时,输出电流误差不应超过±0.3A。

    当交流电源电压在标称值±15%范围内变化,输出直流电流在额定值的0~100%范围内变化时,输出直流电压在规定的相应调节范围内任一数值上应保持稳定,充电机稳压精度不应超过±0.5%。

    当交流电源电压在标称值的±15%范围内变化、输出直流电压在规定的相应调节范围内变化时,输出直流电流在额定值的20%~100%范围内任一数值上应保持稳定,充电机稳流精度不应超过±1%。

    当交流电源电压在标称值±15%范围内变化,输出直流电流在额定值的0~100%范围内变化时,输出电压纹波在规定的相应调节范围内任一数值上应保持稳定,输出纹波有效值系数不应超过±0.5%,纹波峰值系数不应超过±1%。

    充电机在恒流状态下运行时,当输出直流电压超过限压整定值时,应能自动限制其输出电压的增加,转换为恒压充电运行。充电机在恒压状态下运行时,当输出直流电流超过限流整定值时,应能立即进入限流状态,并自动限制其输出电流的增加。

    由于该书目前处于出版阶段。版权受法律保护,严禁其他媒体进行转载。

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    boost电路是升压斩波电路,其输出电压比输入电压高。boost电路是电子电路设计一种较为常见的电路设计方式。那么boost电路原理是怎样的呢?一个最简单的Boost电路可以只有五个元器件组成:电源、电感、电容、二极管和一个开关。如果单独将电感或电容连接到电源两端,它们都能够将电能以种种形式储存起来。这是怎么回事呢?下面贤集网小编为大家介绍boost电路工作原理、参数计算、占空比相关知识。

    boost电路前言

    开关电源最常见的三种结构布局是降压(buck)、升压(boost)和降压–升压(buck-boost),这三种布局都不是相互隔离的。boost升压电路,the boost converter(或者叫step-up converter),是一种常见的开关直流升压电路,它可以使输出电压比输入电压高。

    DCDC电源类型分为2种,一种是隔离性,一种是非隔离型。隔离型DCDC的意思是输出的GND和输入的GND是无关系的,也成为悬浮电源。常见的DC-DC芯片大都是非隔离型的。隔离性的电源,是双向,也叫做升压降压类型,非隔离型的,分为boost和buck两种。

    boost电路工作原理

    当电感被连接到电源两端的时候,电流流过电感,这个过程会在电感周围产生感生磁场,当电流稳定之后,其磁场也趋于稳定。若我们将电源撤掉,磁场将会在线路中产生一个方向相反的电动势,其值可能大于原电源的电动势。明白了这两点,Boost电路的最基本原理也就不难分析了。

    boost电路工作原理图一

    boost电路工作原理图二

    boost电路工作原理图三

    在这样的一个电路中,如果我们闭合开关,电源将对电感充电,电能转化为电感上的磁场能量。而当我们打开开关,电感上的磁场将转化为电能,通过右侧的二极管向电容充电。而对于电容来说,其电压将取决于电源电压和电感的充电过程,在开关打开的时候,为其供电的除了电源,还有电感中的能量,因此其电压将高于原电源电压。如果这个过程不断地往复下去,我们就能够在电容两端得到高于电源电压的输出电压。

    BOOST升压电路参数计算

    已知参数:

    输入电压:12V---Vi

    输出电压:18V---Vo

    输出电流:1A---Io

    输出纹波:36mV---Vpp

    工作频率:100KHz---f

    1、占空比

    稳定工作时,每个开关周期,导通期间电感电流的增加等于关断期间电感电流的减少,即Vi*don/(f*L)=(Vo+Vd-Vi)*(1-don)/(f*L),整理后有

    don=(Vo+Vd-Vi)/(Vo+Vd),参数带入,don=0.572

    2、电感量

    先求每个开关周期内电感初始电流等于输出电流时的对应电感的电感量

    其值为Vi*(1-don)/(f*2*Io),参数带入,Lx=38.5uH,

    deltaI=Vi*don/(L*f),参数带入,deltaI=1.1A

    当电感的电感量小于此值Lx时,输出纹波随电感量的增加变化较明显,

    当电感的电感量大于此值Lx时,输出纹波随电感量的增加几乎不再变小,由于增加电感量可以减小磁滞损耗,另外考虑输入波动等其他方面影响取L=60uH,

    deltaI=Vi*don/(L*f),参数带入,deltaI=0.72A,

    I1=Io/(1-don)-(1/2)*deltaI,I2=Io/(1-don)+(1/2)*deltaI,

    参数带入,I1=1.2A,I2=1.92A

    3、输出电容:

    此例中输出电容选择位陶瓷电容,故ESR可以忽略

    C=Io*don/(f*Vpp),参数带入,

    C=99.5uF,3个33uF/25V陶瓷电容并联

    4、磁环及线径:

    查找磁环手册选择对应峰值电流I2=1.92A时磁环不饱和的适合磁环

    Irms^2=(1/3)*(I1^2+I2^2-I1*I2),参数带入,irms=1.6A

    按此电流有效值及工作频率选择线径

    其他参数:

    电感:L占空比:don

    初始电流:I1峰值电流:I2线圈电流:Irms

    输出电容:C电流的变化:deltaI整流管压降:Vd

    Boost电路占空比怎么计算?

    占空比是指在一个脉冲循环内,通电时间相对于总时间所占的比例。

    稳定工作时,每个开关周期,导通期间电感电流的增加等于关断期间电感电流的减少,即Vi*don/(f*L)=(Vo+Vd-Vi)*(1-don)/(f*L),整理后有

    don=(Vo+Vd-Vi)/(Vo+Vd),参数带入,don=0.572

    η是效率。如果是在理想的情况下(不计任何损耗时),占空比的计算式为:D=1-Vin/Vout

    在Boost电路中,通常选择合适电感量来限制流过的纹波电流。电感的纹波电流正比于输入电压和MOSFET开通时间,反比于电感量。电感量的大小决定了连续模式和非连续模式的工作点。

    以上就是关于boost电路工作原理、参数计算、占空比的知识介绍,在电源设计中,boost电路相对于BUCK而言,两者同样都起着不可替代的作用。如对boost电路设计有其他疑问,欢迎前往贤集网论坛进行探讨。

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    继续升压斩波电路的学习。

    升压电路可以由两部分组成

    在这里插入图片描述

    一、电压保持电路

    下图可以看到电压保持电路,电路中串联一个二极管,电容上的电只进不出,VF1的电压就会上升。

    在这里插入图片描述
    如下图所示:当带不同负载的情况下,电容端的电压就是发生了变化,当电源不再给电容充电时。负载消耗的电能全都靠电容。
    在这里插入图片描述
    二、电感产生高压
    在这里插入图片描述
    开关断开瞬间,电流变化率是很大的,瞬间消失,所以此时会产生高压。基本元器件中只有电感可以升压。电容可以维持电压不变。电阻降压。
    三、boost升压电路
    在这里插入图片描述
    两个电路组合起来,前面负责产生高压,后面负责维持电压。
    当开关闭合时等效电路如下图所示:
    在这里插入图片描述
    当开关断开时,电路等效图,此时电感上产生的高压给电容充电。在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    根据电感稳态时两端电压等于0时,列出方程
    在这里插入图片描述
    占空比越大输出电压越高,这也可以理解,相当于开关断开的时间越短,升的电压越高。
    四、boost电路仿真
    此时负载为轻负载1k,电感很大为1mh。大电感重负载情况下,输出电压基本符合要求,纹波电压很小。
    在这里插入图片描述

    当大电感重负载时,开关闭合时负载上所有的电流就由电容提高供,也就是之前电压保持电路上重负载情况下容易出现的锯齿波。所以这种情况下纹波电压较大。在这里插入图片描述
    从下图的仿真中可以看出,增大输出滤波电容可以减小纹波电压。但是实际情况中1000uf的电容已经很大了而且体积也大,价格昂贵。在这里插入图片描述
    下面要讲的这点很重要,与BUCK电路不一样,BUCK电路的输出端一个储能器件的电感,这个电感越大,电源纹波越小。
    现在boost电路中输出端并没有电感,当开关闭合时,后级电路完全是只有RC放电,此时二极管也不导通。前后端各玩各的。RC的时间常数决定了输出电压的衰减系数。
    电路稳态时,电容电压增减相等,充电的电等于放的电,下降斜率由RC决定

    在这里插入图片描述
    不管是大电感或者重负载任一一项满足都可以保证电感电流连续。但是轻负载而且电感小的话,电感电流就不连续了。当负载太小,电感给电容充电,电阻给电容放电。充的电大于放的电,就存在了电感电流出现断续的情况。电流断续的话,输出电压会很高,相当于电感充电的时间实际满足开关关断的时间又小了,也就是占空比变小了,上文提到过所以电压会升高。
    所以boost电路不能空载,实际电感充电的时间会非常小,相当于占空比会非常小,所以会产生高压,击穿滤波电容。
    在这里插入图片描述
    不管是buck电路还是boost电路增加开关频率都可以输出电压的纹波。电感和电容在电路中的实际作用是容抗和感抗,频率的提高根据如下公式都会提高电感电容的作用,所以高频化是斩波电路的趋势。
    在这里插入图片描述
    Xc=1/wc XL=wl 。
    说一句题外话,大家的常识里都是大电容滤除低频信号,小电容滤除高频信号。其实理论上,电容越大,滤除效果越好。但是实际使用的时候,电容等效电路是电容,电感,电阻串联。便会产生谐振。
    在这里插入图片描述
      时,电容的实际阻抗值最小,此时的频率成为电容的自谐振频率,记为f0,当频率大于f0时,实际电容呈现出容性阻抗,当频率小于f0时,实际电容呈现出感性阻抗。
      所以干扰信号越接近自身的谐振频率信号,越容易被过滤掉。大电容具有较大的等效电感,因而其自谐振频率较小,所以比较适合用于滤除低频干扰噪声;小容值的电容通常等效电感也较小,因此自谐振频率较大,所以适合用于滤除高频干扰噪声。
      另外补充两个简单的概念
      旁路电容:对于同一个电路来说,旁路(bypass)电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象,把前级携带的高频杂波滤除,而去耦(decoupling,也称退耦)电容是把输出信号的干扰作为滤除对象。只是位置不一样叫法不一样。
      在供电电源和地之间也经常连接去耦电容,它有三个方面的作用:一是作为本集成电路的蓄能电容;二是滤除该器件产生的高频噪声,切断其通过供电回路进行传播的通路;三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。

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    2019-09-14 11:02:07
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  • 第10贴:DC—DC

    2012-11-11 20:31:06
    DC—DC(直流升直流电路原理) 如图可见,这是一个常用的电池升压电路,交流...直流电要升压,必须对它进行斩波。常见的是将直流电变成方波(脉冲电),这样,通过变压器或电感器就可以升压了。  U2就是一个P

空空如也

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升压斩波电路原理