1、1隔離型隔離型DC/DCDC/DC變變換器換器2參考文獻參考文獻1 張占松，蔡宣三張占松，蔡宣三 .開關(guān)電源的原理與設(shè)計，電子工業(yè)出版社開關(guān)電源的原理與設(shè)計，電子工業(yè)出版社3.1 變壓隔離器的理想結(jié)構(gòu)變壓隔離器的理想結(jié)構(gòu)2 SIOMN ANG, ALEJANDRO OLIVA. 開關(guān)功率變換開關(guān)功率變換器器開關(guān)電源的原理、仿真和設(shè)計，機械工業(yè)出版社開關(guān)電源的原理、仿真和設(shè)計，機械工業(yè)出版社4.2 正激變換器正激變換器3概述概述非隔離的非隔離的DC/DC變換器的局限性變換器的局限性輸入輸出不隔離，形成地線上的環(huán)流輸入輸出不隔離，形成地線上的環(huán)流輸入輸出電壓比或電流比不能太大輸入輸出電壓比或電流比

2、不能太大無法實現(xiàn)多路輸出無法實現(xiàn)多路輸出解決方法解決方法采用變壓隔離器采用變壓隔離器4概述概述 理想變壓隔離器的特征理想變壓隔離器的特征從輸入到輸出能夠通過所有的信號頻率，即從理想的從輸入到輸出能夠通過所有的信號頻率，即從理想的直流到交流都能變換；直流到交流都能變換；變換時可不考慮能量損耗；變換時可不考慮能量損耗；變換中能提供任何選定的電壓和電流變比變換中能提供任何選定的電壓和電流變比能使輸入和輸出之間完全隔離能使輸入和輸出之間完全隔離變換時，無論從原邊到副邊，或副邊到原邊，都是一變換時，無論從原邊到副邊，或副邊到原邊，都是一樣方便有效樣方便有效理想的變壓隔離器符號理想的變壓隔離器符號5概述概

3、述常見的變壓隔離器電路常見的變壓隔離器電路單端變壓隔離電路單端變壓隔離電路雙端變壓隔離電路雙端變壓隔離電路主要應(yīng)用于中小功率電路主要應(yīng)用于中小功率電路優(yōu)點：線路簡單優(yōu)點：線路簡單缺點：缺點： 1輸入電流脈動輸入電流脈動2S1關(guān)斷時承受高壓關(guān)斷時承受高壓3閉路峰值電流大閉路峰值電流大6概述概述常見的變壓隔離器電路常見的變壓隔離器電路半橋變壓隔離電路半橋變壓隔離電路全橋變壓隔離電路全橋變壓隔離電路7隔離型隔離型Buck變換器變換器單端正激變換器單端正激變換器電路的構(gòu)成電路的構(gòu)成根本根本buck變換電路拓撲變換電路拓撲Buck變換器工作波形變換器工作波形8隔離型隔離型Buck變換器變換器單端正激變換

4、器單端正激變換器電路的構(gòu)成電路的構(gòu)成隔離型隔離型buck正激正激 Forward變換器變換器9隔離型隔離型Buck變換器變換器單端正激變換器單端正激變換器工作原理工作原理N3+VD2：將殘存的能量饋送到輸入端，即進行磁復(fù)位。：將殘存的能量饋送到輸入端，即進行磁復(fù)位。由于磁芯的磁滯效應(yīng)，當(dāng)具有非零直流由于磁芯的磁滯效應(yīng)，當(dāng)具有非零直流平均電壓的單向脈沖加到變壓器初級繞平均電壓的單向脈沖加到變壓器初級繞組上，線圈電壓或電流回到零時，磁芯組上，線圈電壓或電流回到零時，磁芯中磁通并不回到零，這就是剩磁通。剩中磁通并不回到零，這就是剩磁通。剩磁通的累加可能導(dǎo)致磁芯飽和，因此需磁通的累加可能導(dǎo)致磁芯飽和，

5、因此需要采用磁復(fù)位去磁技術(shù)要采用磁復(fù)位去磁技術(shù)102LLNodiuuuLdt2電感電感L儲能，電流儲能，電流直線上升直線上升隔離型隔離型Buck變換器變換器單端正激變換器單端正激變換器工作原理工作原理能量傳遞階段能量傳遞階段VT導(dǎo)通導(dǎo)通UN2UO11工作原理工作原理隔離型隔離型Buck變換器變換器單端正激變換器單端正激變換器磁復(fù)位階段磁復(fù)位階段VT截止截止LLodiuuLdt 2副邊：副邊：VD截止，截止，VD1導(dǎo)通，導(dǎo)通，L向負載釋放向負載釋放能量，電流直線下降。能量，電流直線下降。1313max0.5NNrstont Nt ND 12工作原理工作原理隔離型隔離型Buck變換器變換器單端正激

6、變換器單端正激變換器續(xù)流階段續(xù)流階段VD2截止截止磁芯中的能量釋放完畢。磁芯中的能量釋放完畢。VD1導(dǎo)通或截止導(dǎo)通或截止1如果電感儲能能夠如果電感儲能能夠維持電流連續(xù)至下個周期維持電流連續(xù)至下個周期開始，開始，VD1始終導(dǎo)通。始終導(dǎo)通。2如果電感電流斷續(xù)，如果電感電流斷續(xù)，那么那么VD1截止。截止。13工作原理工作原理隔離型隔離型Buck變換器變換器單端正激變換器單端正激變換器uVD1Uo輸出電壓平均值輸出電壓平均值13(1)DSiNUUNVT截止時截止時2211onoiitNNUUDUNTN14隔離型隔離型Buck變換器變換器單端正激變換器單端正激變換器 正激變換器的設(shè)計正激變換器的設(shè)計開關(guān)

7、管的選擇開關(guān)管的選擇1開關(guān)管的漏極額定電流必須大于流過開關(guān)管的漏極額定電流必須大于流過IGBT漏極實際電流漏極實際電流IDmax。max2maxmax1LDLINIINnmaxLLLOLIIIII2/NOiOLononiOUUUnUIttLLUnUDnfL 2當(dāng)當(dāng)N1=N3時，開關(guān)管承受最大電壓為時，開關(guān)管承受最大電壓為2Ui15隔離型隔離型Buck變換器變換器單端正激變換器單端正激變換器整流二極管、續(xù)流二極管的選擇整流二極管、續(xù)流二極管的選擇1流過整流二極管和續(xù)流二極管中的電流峰值均流過整流二極管和續(xù)流二極管中的電流峰值均為電感電流峰值為電感電流峰值2VD1承受最大電壓出現(xiàn)在承受最大電壓出現(xiàn)

8、在VT導(dǎo)通時導(dǎo)通時3VD承受最大電壓出現(xiàn)在承受最大電壓出現(xiàn)在VT截止時截止時max1maxiOVDVDOUnUIIIDnfLmax2/VDNiUUUnmax/VDiUUn16隔離型隔離型Buck變換器變換器單端正激變換器單端正激變換器多路輸出的正激變換器原理圖多路輸出的正激變換器原理圖17隔離型隔離型Buck變換器變換器單端正激變換器單端正激變換器例例 前頁所示正激變換器，輸入電源電壓前頁所示正激變換器，輸入電源電壓60V，二，二次主輸出的平均輸出電壓為次主輸出的平均輸出電壓為5V,開關(guān)頻率為開關(guān)頻率為1kHz，輸出電感電流紋波最大值為，輸出電感電流紋波最大值為0.1A，原邊，原邊邊繞組匝數(shù)邊

9、繞組匝數(shù)60，匝比，匝比Nr/Np等于等于1。求：。求： 1副邊主繞組匝數(shù)最小值副邊主繞組匝數(shù)最小值Nsm； 2輸出濾波電感輸出濾波電感Lom的值。的值。18隔離型隔離型Buck-Boost變換器變換器單端反激變換器單端反激變換器 電路的構(gòu)成電路的構(gòu)成根本根本Buck-Boost變換器變換器隔離型隔離型Buck-Boost變換器變換器電感電感隔離變換器隔離變換器19隔離型隔離型Buck-Boost變換器變換器單端反激變換器單端反激變換器電路的構(gòu)成電路的構(gòu)成單端反激式單端反激式Flyback變換器變換器VT導(dǎo)通時，導(dǎo)通時，VD截止截止VT截止時，截止時，VD導(dǎo)通導(dǎo)通20導(dǎo)通終了時，導(dǎo)通終了時，i

10、1的幅值的幅值隔離型隔離型Buck-Boost變換器變換器單端反激變換器單端反激變換器 工作原理工作原理VT導(dǎo)通時，導(dǎo)通時，VD截止截止i1i211iUitL11iPonUItLVT截止時，截止時，VD導(dǎo)通導(dǎo)通I2p為為VT截止時截止時i2的幅值的幅值222OPUiItL1212PPNIIN21隔離型隔離型Buck-Boost變換器變換器單端反激變換器單端反激變換器 3種工作狀態(tài)種工作狀態(tài)變壓器磁通臨界連續(xù)狀態(tài)變壓器磁通臨界連續(xù)狀態(tài)VT截止時間截止時間toff和繞組和繞組N2中電流中電流i2衰減到零所需的時間相等衰減到零所需的時間相等22隔離型隔離型Buck-Boost變換器變換器單端反激變換

11、器單端反激變換器變壓器磁通不連續(xù)狀態(tài)變壓器磁通不連續(xù)狀態(tài)VT截止時間截止時間toff比繞組比繞組N2中電流中電流i2衰減到零所需的時間更長衰減到零所需的時間更長即即 toff(L2/UO)I2P23隔離型隔離型Buck-Boost變換器變換器單端反激變換器單端反激變換器 輸入輸出電壓關(guān)系輸入輸出電壓關(guān)系即輸入功率為即輸入功率為21 112LPWL I21 112LiPWPL ITT輸出功率為輸出功率為2OOLUPR假定假定電路無損電路無損12LOi onRUU tLT結(jié)論：結(jié)論：1Uo與負載與負載RL有關(guān)，有關(guān)， RL Uo 2 Uo與導(dǎo)通時間成正比與導(dǎo)通時間成正比3與電感量與電感量L1成反比

12、成反比24隔離型隔離型Buck-Boost變換器變換器單端反激變換器單端反激變換器 開關(guān)管承受電壓開關(guān)管承受電壓112NONUUN112DSiNiONUUUUUN25隔離型隔離型Buck-Boost變換器變換器單端反激變換器單端反激變換器 變壓器磁通連續(xù)狀態(tài)變壓器磁通連續(xù)狀態(tài)VT截止時間較小，截止時間較小，toff 026隔離型隔離型Buck-Boost變換器變換器單端反激變換器單端反激變換器 電壓傳輸比電壓傳輸比VT導(dǎo)通導(dǎo)通221/NiiNUUUnNVT截止截止2NOUU伏秒伏秒平衡平衡(1)ionO offOonVioffUtU tnUtDAUntnD27隔離型隔離型Buck-Boost變

13、換器變換器單端反激變換器單端反激變換器 變換器的設(shè)計變換器的設(shè)計變壓器磁通不連續(xù)變壓器磁通不連續(xù)222(1)OOPoffUUItDLfL22/1OP offOPII tTIDI 22OOPU IIfL開關(guān)管的選擇開關(guān)管的選擇2max12212OODPPU INIIINn fLmaxDSiOUUnU整流二級管的選擇整流二級管的選擇max222OODPU IIIn fLmax/VDiOUUnU28單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù)單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù) 使用單端使用單端變壓隔離器變壓隔離器遇到的問題遇到的問題如何使變壓器如何使變壓器磁芯在每個脈磁芯在每個脈開工作磁通之開工作磁通之后都能回復(fù)到后都能

14、回復(fù)到磁通起始值磁通起始值開關(guān)導(dǎo)通時，電流很大開關(guān)導(dǎo)通時，電流很大開關(guān)段開始，過電壓很高開關(guān)段開始，過電壓很高如果每個周期不去磁，如果每個周期不去磁，剩余磁通的累加可能剩余磁通的累加可能導(dǎo)致磁芯飽和導(dǎo)致磁芯飽和29單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù)單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù)磁芯復(fù)位線路種類磁芯復(fù)位線路種類 把磁芯殘存能量把磁芯殘存能量自然地轉(zhuǎn)移，在為了自然地轉(zhuǎn)移，在為了復(fù)位所加的元件上消復(fù)位所加的元件上消耗掉，或者把殘存能耗掉，或者把殘存能量反饋到輸入端或輸量反饋到輸入端或輸出端出端方法一方法一 通過外加能量的通過外加能量的方法強迫磁芯的磁狀方法強迫磁芯的磁狀態(tài)復(fù)位態(tài)復(fù)位方法二方法二30單端變壓隔

15、離器的磁通復(fù)位技術(shù)單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù) 2種典型的磁芯磁滯特性曲線種典型的磁芯磁滯特性曲線低低Br鐵氧體、鐵粉磁芯、非晶合金磁芯鐵氧體、鐵粉磁芯、非晶合金磁芯復(fù)位常用轉(zhuǎn)移損耗法，線路簡單可靠復(fù)位常用轉(zhuǎn)移損耗法，線路簡單可靠高高Br無氣隙的晶粒取向鎳鐵合金磁芯無氣隙的晶粒取向鎳鐵合金磁芯復(fù)位常用強迫法，線路較復(fù)雜復(fù)位常用強迫法，線路較復(fù)雜31單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù)單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù) 低低Br的去磁方法的去磁方法轉(zhuǎn)移損耗法磁芯去磁線路轉(zhuǎn)移損耗法磁芯去磁線路a與原邊繞組連接與原邊繞組連接b與副邊繞組連接與副邊繞組連接32單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù)單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù)

16、低低Br的去磁方法的去磁方法再生式磁芯去磁線路再生式磁芯去磁線路a能量能量電源電源b能量能量負載負載33單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù)單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù)高高Br的去磁方法的去磁方法強制磁芯去磁各種方法強制磁芯去磁各種方法a加恒流源和變壓器附加繞組加恒流源和變壓器附加繞組b外部加永久磁鐵外部加永久磁鐵34單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù)單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù)高高Br的去磁方法的去磁方法強制磁芯去磁各種方法強制磁芯去磁各種方法c利用濾波電感作為恒流源利用濾波電感作為恒流源35單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù)單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù) 高電壓源變換器中去磁電路高電壓源變換器中去磁電路雙開關(guān)、

17、單端去磁線路雙開關(guān)、單端去磁線路a利用利用 原邊繞組本身原邊繞組本身b利用局部原邊繞組利用局部原邊繞組36雙管正激式雙管正激式DC/DC變換器變換器 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 工作原理工作原理VT2VT1、VT2同時動作同時動作VT1、VT2同時導(dǎo)通：同時導(dǎo)通：UNPUNS，iVD3 ，iVD4 IP=IS/nn=NP/NSVT1、VT2同時關(guān)斷：同時關(guān)斷：VD1，VD2能量反響回能量反響回Ui，并，并嵌位；嵌位；VD3關(guān)斷，關(guān)斷，VD4 續(xù)流導(dǎo)通續(xù)流導(dǎo)通注意點：注意點：D 0.5VD4反向恢復(fù)時間反向恢復(fù)時間漏感值漏感值37全橋變換器全橋變換器 全橋變換器的構(gòu)成全橋變換器的構(gòu)成全橋變換器電路拓撲演變

18、過程全橋變換器電路拓撲演變過程優(yōu)點：優(yōu)點：UVT1maxUVT2max Ui缺點：變壓器利用率較低缺點：變壓器利用率較低1.大功率場合常用電路大功率場合常用電路2.VT1和和VT2 或或VT3和和VT4同時導(dǎo)通同時導(dǎo)通3.變壓器得到充分利用變壓器得到充分利用38全橋變換器全橋變換器 工作原理工作原理t1t2: uG1,4=uG2,3=0，VT1VT4關(guān)斷；關(guān)斷； uVT1=uVT2=uVT3=uVT4=(1/2)Ui t2t3: uG2,3=1， VT2 , VT3導(dǎo)通，導(dǎo)通，UNP =-Ui ； iVD6 ，iVD5VD6導(dǎo)通，導(dǎo)通，VD5關(guān)斷關(guān)斷t3t4: uG1,4=uG2,3=0，VT

19、1VT4關(guān)斷；關(guān)斷； uVT1=uVT2=uVT3=uVT4=(1/2)Ui 22ii onOSPU DU tUNnN T39全橋變換器全橋變換器緩沖器的組成及作用緩沖器的組成及作用40全橋變換器全橋變換器 緩沖器的組成及作用緩沖器的組成及作用兩種運行方式的兩種運行方式的B-H范圍范圍41半橋變換器半橋變換器 半橋變換器的構(gòu)成半橋變換器的構(gòu)成半橋式變換器的電路拓撲半橋式變換器的電路拓撲1. 用用2個相同的電容器代替?zhèn)€相同的電容器代替2個晶體管個晶體管2. 降低本錢，增大電路體積降低本錢，增大電路體積3. 常用于低功率變換器常用于低功率變換器4. 初級電壓峰值為全橋電路一半，電流為全橋的初級電壓

20、峰值為全橋電路一半，電流為全橋的2倍倍42半橋變換器半橋變換器 工作原理工作原理t1t2: uG1=uG2=0，VT1、VT2關(guān)斷，關(guān)斷，UNP =0； uVT1=uVT2=(1/2)Ui ； VD5、VD6均導(dǎo)通為均導(dǎo)通為L提供續(xù)流回路提供續(xù)流回路t2t3: uG2=1， VT2 導(dǎo)通，導(dǎo)通，UNP =-(1/2)Ui ； iVD6 ，iVD5VD6導(dǎo)通，導(dǎo)通，VD5關(guān)斷關(guān)斷t3t4: uG1=uG2=0，VT1、VT2關(guān)斷；關(guān)斷； uVT1=uVT2=(1/2)Ui 122ii onOSPUDU tUNnN T43半橋變換器半橋變換器 橋式分壓電容器的選擇橋式分壓電容器的選擇初級電流初級電流/2OPiPIUVT1和和VT2導(dǎo)通時，從導(dǎo)通時，從A點充電或取電點充電或取電在半周期中，在半周期中，2個