1、電路分析實驗報告DC-DC電壓轉換電路原理研究一.研討題目簡要描述：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-DCfe源電路。DC-DCfe源電路通常由電子開關器件和起儲能和平滑作用的電感和電容構成。下面我們就要用電路分析中的動態分析方法來分析電路的原理并解釋題目中給出的電路是如何實現下面的功能的，并制作EWB奠擬其過程。具體要求為：(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。計算時可假定輸出電壓v0近似為常數。(2)求出兩個電路中輸出電壓與輸入電壓

2、的關系。圖4-3電壓波形中，脈沖寬度ti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。(3)在EWBK用電壓控制開關構建DC-DC4路的仿真電路。用20kHz的脈沖波形控制開關的切換，驗證理論分析結果。(4)擴展：將電路中的開關s2用二極管代替，在圖4-1中，正極在下方；在圖4-2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。重復上面的理論分析，并進行EW昉真。(1)降壓轉換電路OVnOTtSiL=20mHI+_Cnr-50uFlTJl00Qvo(a)R100iiv0(b)(2)升壓轉換電路v0R100，】(b)v

3、0(3)開關動作的控制電壓2 .方案及原理描述：(1)DC-DC電壓轉換電路分為降壓轉換電路和升壓轉換電路兩部分吧，其本質都是利用二階動態電路的性質，我們這次的研究就是通過分析上面(1)和(2)兩個二階動態電路的原理來對DC-DC電壓轉換電路進行研究。電路圖中的Vin是輸入電壓，V0是輸出電壓，兩個開關周期交替閉合，由(3)圖中的方波周期電壓Vsw控制。在Vsw的一個周期內，011時間里S1閉合，S2斷開，t2T時間里S1斷開，S2閉合。(2)假設V0為常數的原因分析：當開關換路的頻率非常高時，在兩次換路之間，輸出電壓的變化非常小，可以近似為一個常數。計算過程如下：對（1）圖：0ti時刻：Vi

4、n=VL+Vc；Vc=Ldi/dt;i=Cdv/dt+Vc/R;所以：d2Vc/dt2+1/RC*dVc/dt+Vc/LC=Vin/LC;帶入數據得：82+2008+1（6=0解得：S1=-100+1000jS2=-100-1000j由于實驗中f=20KHZ而開關變換頻率f=1000/2pi=159HZ,遠遠小于電壓變換頻率，由理論分析可知，V0可以近似為常數。3 .理論分析與計算：（1）動態分析方法求電感電流一個周期的波形。（假定輸出電壓v0近似為常數）解：對（1）圖由動態原件的伏安關系可得：0<t<t1iL=/-1/LVLdt=i0+/0t1/L（Vin-Vc）dt=i0+1/

5、L（Vin-Vc）ttLtwn=/1/LVLdt=i0+00t11/L(Vin-V0)dt+/-t1T1/LVdt=i0+1/LVnt1-1/LV°t其波形圖為:t1對圖（2）0<t<t1VL=VniL=/-1/LVLdt=i0+/0t1/LVndt=i0+1/LVintt1WtwTVL=Vin-V0iL=/-8t1/LVLdt=i0+/0t11/LVindt+/-t1T1/L(Vin-V0)dt=i0+1/L(Vin-V0)t+1/LV0t1其波形圖為：iLAt1Tt結論：當V0為常數時，在一個周期內，電感兩端電壓不同，電感電流近似為三角波。(2)求兩個電路中輸出電壓與

6、輸入電壓的關系：解：由上圖可知，在輸入周期方波作用下，電路的動態響應逐漸趨于平衡，即Il(0)=Il(T);則對圖(1)：i0=i0+1/LVnti-1/LV0TVo=(tl/T)Vln=dVin對圖(2):I0=I0+1/L(V|n-V0)T+1/LV)t1V0=1/(1-t1/T)V|n=1/(1-d)V|n結論：由以上計算可知，改變占空比d可以改變電路的輸出電壓。四.仿真實驗方案設計降壓仿真：仿真電路：仿真結果:Qsdllo5cope-XSClTime。.000sO.QWSO.OWsChameJ_AChsnnel_S1.200UV1.200W0.000VSaveExt.triggerHi

7、s-T1TlT2-電感電流與電壓:仿真電路：oyov仿真結果:電感兩端電壓為方波，電感電流近似為三角波。升壓電路:仿真結果:Oscilloscope-XSCl電感兩端電壓和電感電流仿真電路：與降壓的電感電壓和電感電流波形相似，只是電流有初始值。五.拓展：將電路中的開關S2用二極管代替，在圖（1）中正極在下方，在圖（2）中，正極在左方，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，分析二極管自動導通和斷開的原理，重復上面的理論分析，并進行EWB仿真。（1）原理分析：降壓和升壓轉換過程中，假設先把si閉合，則通過二極管的為反向電壓，二極管斷開，當開關si動作時，由電感電流突然

8、變化產生的高電壓使二極管導通。二極管兩端為正向電壓，所以應該導通，但認為其短路，所以用二極管可以近似取代開關的作用，那么前面的結論也適用于二極管，即在一個周期內電感電流的波形為三角波，輸出電壓與輸入電壓有確定的關系，改變占空比可以改變輸出電壓。(1)降壓仿真電路圖：20電感電壓和電流波形觀測:(1)電路：(2)仿真結果:(1)升壓電路圖:(2)仿真結果:n以3sT2-T1Tri*0.000f0.000f0.000sChanndAChamd_BL200UVL200uv0.000VExt.trigger電感電壓和電流波形觀測:6 .參考文獻：教材基礎電路分析1 .聞躍，高巖，杜普選.基礎電路分析M

9、.北京：北京交通大學出版社.20082 .高巖，養雪琴，聞躍，趙翔.基礎電路實驗教程M.北京：清華大學出版社，北京交通大學出版社.20143DC-DC變換電路.百度文庫7 .總結與心得：通過對該課題的研究，我們得出如下幾個結論：1.輸入電壓經過DC_D啜換器的升壓和降壓電路后，由于電感和電容的儲能平滑作用，可以輸出穩定而直流電壓。2.可以根據需要通過調整控制電壓的占空比來得到所需的電壓。3.實際電路中。運用二極管的單向導電性可以代替開關控制電路，這在實際中有著廣泛運用。在探究過程中，對電路原理的探究、分析與計算過程相對比較簡單，運用我們在電路分析課堂上所學到的電路的完全響應及三要素法等知識再結

10、合微積分基礎知識對電路進行計算，做出定量分析。但是電路的仿真比較復雜，由于對EW歆件的不熟悉，導致仿真過程中錯誤百出，最后經過查詢資料以及不斷的嘗試與改進，終于得出了想要的結果。通過這次研究性課題，除了收獲了理論知識，更多的是培養了我們自主思考和實際操作能力，同時也讓我們清楚的意識到自己對于某些方面的知識的欠缺，這提醒我們除了要學好課本上的知識外，也要注重課外知識的學習。其次，這次的研究性課題也讓我充分體會到了團隊合作的重要性，在探究過程中，兩個人分別說出自己的討觀點，可以讓對方互相學習，正是由于我們兩人分工合作同時把自己做的那一部分與彼此進行交流講解，我們才能按照預期完成這次研討的要求，也學到了很