1、北京交通大學電路分析研究性實驗論文題目：DC-DC電壓轉換電路原理班級：電子1102學號：姓名：合作者：指導老師：杜普選時間：2012/12/16前言：在各種電子設備中，經常需要將輸入的直流電壓轉換到電路所需要的直流電壓，同時，將不穩定的直流電壓變成穩定的電壓，這種電路稱為DC-DC電源電路。電路通常用電子開關器件和起儲能和平滑作用的電感和電容構成。用動態電路分析方法可以解釋這種電路的工作原理。本文旨在探究簡單DC-DC電源電路的設計及實現方法，加深筆者對課程相關內容的理解以及提高實踐動手能力。關鍵詞:DC-DC電源電路、降壓轉換器、升壓轉換器一、 實驗原理圖1是降壓轉換器的原理電路，圖2是升

2、壓轉換器的原理電路。電路中兩個開關周期交替閉合，由電壓Vsw控制（圖3）。在一個周期開始的0- t1期間，s1閉合，s2斷開如圖1(a)和圖2(a)；在t1-T期間，s1斷開s2閉合, 如圖1(b)和圖2(b)。其中，Vin為輸入電壓，V0為輸出電壓。圖1 降壓轉換器圖2 升壓轉換器圖3 開關動作的控制電壓二、 實驗內容及理論分析（1）當開關周期動作重復多次后，電路中電壓電流變成周期性波形。用動態分析方法求出電感電流一個周期的波形。l 對于降壓轉換器0t1時刻有：KVL： Vin=VL(t)+VC(t) KAL： i(t)=CdVC(t)dt+VC(t) R且VL(t)=Ldi(t)dt綜上可

3、得：d2VC(t)dt2+1RCdVC(t)dt+VC(t)LC= VinLC代入數據，特征方程為：s2+200s+106=0解得：s1=-100+1000j s2=-100-1000j分析：顯然VC(t)變換頻率f=1000/2159Hz實驗中開關變換頻率取f=20kHz遠大于VC(t)變換頻率。即在一個周期T內，可視輸出電壓V0為常數。因此有Vin=VL(t)+V0，即VL(t)= Vin-V0。t1T時刻有：KVL： 0=VL(t)+VC(t) KAL： i(t)=CdVC(t)dt+VC(t) R且VL(t)=Ldi(t)dt同理分析可得此時VL(t)= -V0綜上所述，VL(t)為一

4、周期矩形脈沖。又由關系i(t)= 1L-tv()d 可知所求i(t)為一周期三角波波形，如下圖示意（2）求出兩個電路中輸出電壓與輸入電壓的關系。圖3電壓波形中，脈沖寬度t1與周期T的比值d =t1/ T稱為脈沖波形的占空比。證明改變占空比d可以調整輸出電壓的高低。l 對于降壓轉化器設i(0)= I0 0 t1：i(t)=1L-tv()d+I0=1LOt（Vin-V0）dt+I0=Vin-V0Lt+I0故有i(t1)= Vin-V0Lt1+I0t1T： i(t)=1Lt1t(-V0)dt+ i(t1)=-V0L(t-t1)+ Vin-V0Lt1+I0又因為i(0) =i(T)即i(T)= -V0

5、L(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,即轉換器具有直流降壓作用且輸出電壓與占空比d有關。l 對于升壓轉化器0t1時刻有：KVL：VL(t)= Vint1T時刻有：KVL： Vin=VL(t)+VC(t) KAL： i(t)=CdVC(t)dt+VC(t) R且VL(t)=Ldi(t)dt同理于降壓轉化器，在升壓轉化器電路中，分析可知，在一個周期T內，也可視輸出電壓V0為常數。故此時VL(t)= Vin-V0。因此，同理分析可知，電感電壓電流波形定性類比于降壓轉化器。設i

6、(0)= I0 0t1：i(t)=1L0t(-V0)dt+ I0 =-V0Lt +I0故有i(t1)= -V0Lt1+I0t1T: i(t)=1Lt1tv()d+i(t1)=1Lt1t（Vin-V0）dt+i(t1)=Vin-V0L(t-t1)+-V0Lt1+I0又因為i(0) =i(T)即i(T)=Vin-V0L(T-t1)+-V0Lt1+I0= i(0)= I0同理升壓轉換電路中有輸入電壓、輸出電壓、占空比之間的關系為：V0=11-t1/TVin=Vin1-d分析理解：由于0<d<1,故V0>Vin,即轉換器具有直流升壓作用且輸出電壓與占空比d有關。三、 實驗仿真仿真工具

7、：Multisim10.0l 降壓轉化器電路圖波形圖l 升壓轉換器電路圖波形圖四、 擴展探究將電路中的開關s2用二極管代替，在圖6-1中，正極在下方；在圖6-2中，正極在左側。假設二極管加正向電壓時導通，電阻為0；加反向電壓時斷開，電阻無窮大。電路原理圖如下;分析：開關s2用二極管代替后， 若采用理想二極管，其導通電阻近似為零，斷開電阻接近無窮大，其作用與S2開關相同。因此，理論分析的過程與上面給出的類似。仿真：l 降壓電路波形l 升壓電路波形五、 實踐收獲本次研究性課題的研討與制作我收獲巨大。首先就課內專業知識而言，為了此次研討，我重新對動態電路及其分析做了一次復習，對含動態元件的動態電路分析又有了進一步的理解與提高。其次，在自主學習方面，由于本研討需要用到仿真軟件，因此我在結合課內所介紹的EWB的基礎之上，自學了更高版本的Multisim10.0，通過與合作伙伴的研究，基本掌握了運用此軟件進行電路仿真的方法，在熟悉軟件操作界面及方法的前提下，通過本次實驗，我重點掌握了壓控開關的使用以及運用電流控制電壓測電流波形、電壓控制電壓測電壓波形等