1.2  功率变换原理

开关器件SD以一定的周期进行on-off动作，经过一段时间后电路平稳运行，达到所谓的稳态。其电压和电流波形的例子如图1.4所示。根据图1.4a所示的控制信号，SD被on或off控制，各运行状态的持续时间分别为T_on、T_off。图1.4b所示为电流i的波形；图1.4d所示为SD端电压e_SD的波形。在SD-on状态e_SD为零，输入电压E₁全加在电感上，假设电路没有损失，则loop_SD-on回路中的电流i以E₁/L的斜率增加，在此期间，电感存储的电磁能量（Li²/2）也在增加（参考式（4.39）），这是电感的蓄势过程（increasing momentum），这与电容的充电过程相对应，只是“势”是具有方向性的能量（参考3.4.2节）。此外，为了分析方便，图中假设E₂电压恒定。

图1.4 功率变换电路的稳态电压和电流波形

接下来电路进入SD-off期间，SD转为off状态，loop_SD-on环路被断开，由于电感保持电流的功能，无路可走的电感电流使SD端电压e_SD急剧上升，等e_SD上升到输出电压E₂时，二极管立即导通来保持它与E₂相同的电位，于是电流i换路到loop_SD-off环路中流动^[3]。在SD-off期间，电流以（E₁-E₂）/L斜率减少，电感的电磁能量逐步减少，该过程被称为释势过程（decreasing momentum）。(https://www.daowen.com)

SD-off期间结束之后，SD再次导通，e_SD变为零，电流返回到loop_SD-on环路中。这时二极管D截止电路，不使电流从E₂流向SD。

电路如此往复周期动作，稳态时各周期的最初电流值与同一周期最后的电流值相同。图1.4所示为以输出电压E₂为输入电压E₁的4倍而表示的工作波形，尽管E₁小于E₂，但是由于电感电流不能突变（本书定义该现象为持流作用，即在任何情况下保持电流值而不使其突变的作用），因此乘势将输出瞬时功率流p₂（=E₂·i₂）压入到电压E₂的负载中。电感的持流作用对此动作特别重要，故命名它为持流电感（或持流电抗，current sustaining reactor）。

在这一连串的动作中，由于持流电感的功能，变换器从输入电源E₁连续地吸收功率p₁，而在SD-off期间与电源E₁一起向输出负载E₂瞬间释放功率流p₂。因此输入输出间的功率流不相同，p₁被变换为4倍电压的p₂，这就是功率变换。将功率变换的执行设备称为变换器（converter），也称为变换电路。顺便说一下，输入、输出电荷量可以从图1.4b的电流波形面积计算得到，输入电荷量Q₁大约是输出电荷量Q₂的4倍。该变换电路的输入输出关系由式（1.1）表示。式中，SD-on时间为T_on，SD-off时间为T_off，（T_on+T_off）=T是on-off控制的周期。

总之，以下将按照本节思路，说明由电子化开关构成变换电路的方法，以及获得最佳开关动作的功率变换方法。