1、正激式變換器 （Forward Converter）的介紹(jisho) Buck、Boost和Buck/Boost 變換器都是不隔離的直流變換器。（不隔離就是指輸入和輸出共地）。具有隔離的直流變換器也可按單管、兩管和四管分類。單管隔離直流變換器有正激（forward)和反激（flyback)兩種。 隔離式直流變換器都用變壓器實現(xiàn)電氣隔離。為了減小損耗和改善電力電子器件的工作條件，變壓器各繞組應緊密耦合，盡量(jnling)減小漏磁。 磁復位的引入： 正激直流變換器變壓器鐵芯的磁復位有多種方法，在輸入端接復位繞組是最基本的方法，其次還有RCD復位，LCD復位和有源箝位等磁復位方法。下面介紹具有

2、復位繞組的正激變換器。 7/18/20221共二十六頁變換器的介紹(jisho)： Transformer introduction 變壓器：原邊（原級）primary side 和副邊（次級(c j)）secondary side原邊電感（勵磁電感）-magnetizing inductance 漏感-leakage inductance副邊開路或者短路測量原邊電感分別得勵磁電感和漏感 變壓器的作用：1. 電氣隔離； 2. 變比不同，達到電壓升降； 3. 磁耦合傳送能量； 4. 測量電壓、電流。7/18/20222共二十六頁原邊（Primary side)副邊（secondary side)

3、磁復位(f wi)繞組(demagnetizing winding)W1W2W3 1. 復位繞組(roz)的正激變換器的結(jié)構(gòu) Forward converter with reset winding共二十六頁 Forward 變換器實際上是降壓式變換器中插入隔離變壓器而成。變壓器中有三個繞組，原邊繞組W1，副邊繞組W2，復位繞組W3,圖中繞組符號標有“*”號的一端，表示變壓器各繞組的同名端，也就是該繞組的始端。D3是復位繞組W3的串聯(lián)二極管。下圖a、b、c 給出了變換器在不同(b tn)開關(guān)模態(tài)下的等效電路圖。 7/18/20224共二十六頁 (a) (b) (c) 正激變換器工作(gngzu

4、)在不同模態(tài)的等效電路 7/18/20225共二十六頁 2. 帶復位繞組的正激變換器的工作(gngzu)原理分析 正激變換器的主要理論(lln)波形 7/18/20226共二十六頁下面討論電感電流連續(xù)時forward變換器的工作(gngzu)原理： 1. 模態(tài)1 對應于圖 (a) 在t=0時，Q1導通，Vin通過Q1 加在原邊繞組W1上，因此鐵芯磁化，鐵芯磁通增加：在t=Ton時，鐵芯磁通的增加量為Vin/W1*D*Ts。那么副邊繞組W2上的電壓為：Vw2=W2/W1*Vin=Vin/K12。式中，K12=W1/W2是原邊與副邊繞組的匝比。 此時，整流二極管D1 導通，續(xù)流二極管D2截止，濾波

5、電感電流(dinli)iL1線性增加，這與buck變換器中開關(guān)管Q1導通時一樣，只是電壓為Vin/K12。共二十六頁 2. 模態(tài)2 對應于圖 (b) 在Ton時刻，關(guān)斷Q1，原邊繞組和副邊繞組中沒有電流流過，此時變壓器通過(tnggu)復位繞組進行磁復位，勵磁電流iM從復位繞組W3經(jīng)過二極管D3回饋到輸入電源中去。那么復位繞組上的電壓為：Vw3=-Vin；原邊繞組上的電壓為：Vw1=-K13*Vin；副邊繞組上的電壓為：Vw2=-K23*Vin。 式中，K13=W1/W3是原邊與復位繞組的匝比， K23=W2/W3 是副邊與復位繞組的匝比。 7/18/20228共二十六頁此時，整流(zhngl

6、i)二極管D1 關(guān)斷，濾波電感電流iL1通過續(xù)流二極管D2續(xù)流，與buck變換器類似。 在此開關(guān)模態(tài)中，加在Q上的電壓VQ為： VQ=Vin+K13*Vin。 電源電壓Vin反向加在復位繞組W3上，故鐵芯去磁，鐵芯磁通減?。?W3*d/dt=-Vin 鐵芯磁通的減小量為：Vin/W3*D*Ts。 式中， D=(Tr-Ton)/Ts，是變壓器磁芯的去磁時間Tr-Ton與Ts的比值， D小于1-D。7/18/20229共二十六頁 勵磁電流iM從原邊繞組中轉(zhuǎn)移(zhuny)到復位繞組中，并且開始線性減小。 在Tr時刻，iW3=iM=0，變壓器完成磁復位。 3. 模態(tài)3 對應于圖 (c) 在Tr時刻，

7、所有繞組中均沒有電流，他們的電壓均為0，濾波電感電流繼續(xù)經(jīng)過續(xù)流二極管續(xù)流，與buck變換器在開關(guān)管關(guān)斷時一樣。此時，加在開關(guān)管Q1的電壓為Vin。 7/18/202210共二十六頁 從前面的分析知，forward變換器實際上是一個隔離(gl)的Buck變換器，其輸入輸出電壓之間的關(guān)系為： 3. 基本(jbn)關(guān)系式 在forward變換器中，一個比較重要的概念是：變壓器必須要復位，否則它的磁通將不斷增加，最后導致磁芯飽和而毀壞。也就是說，磁通的增加量應該等于磁通的減小量，從前面的分析可以得到：7/18/202211共二十六頁由于(yuy) ，要滿足上式，必須有： 變壓器的引入，不僅實現(xiàn)(sh

8、xin)了電源側(cè)與負載側(cè)間的電氣隔離，還可以實現(xiàn)(shxin)多路輸出。 K13的大小決定最大的占空比D，小于0.5或者大于0.57/18/202212共二十六頁 多路輸出(shch)的正激變換器 V1和V3為正電壓(diny)；V2為負電壓(diny)7/18/202213共二十六頁 雙管正激變換器 double Forward converter 分析(fnx)正激變換器中最大占空比為多少 驅(qū)動信號(xnho)如何同時驅(qū)動兩個MOS管7/18/202214共二十六頁 (1) MOS管導通時，電源電壓加在原邊繞組W1上，變壓器儲存能量，磁通量增加。在導通期間，磁通的增加量為： 此過程中，副邊

9、繞組的電壓為Vin/N（N為原邊和副邊匝數(shù)比），整流(zhngli)二極管D3導通，給電感、電容充電和負載供電。工作(gngzu)原理分析7/18/202215共二十六頁 (2) MOS管截止時，變壓器原邊勵磁電感中的電流不能躍變（方向不變，大小連續(xù)變化），通過二極管D1和D2繼續(xù)流通。此時，變壓器進行磁復位(f wi)，變壓器上的電壓為-Vin。磁通量的減小量為： 副邊繞組W2，同名端的電壓為負，整流二極管D3截止，續(xù)流二極管D4導通，電感和電容(dinrng)釋放能量，給負載供電。7/18/202216共二十六頁最大占空比的確定(qudng) 變壓器要完成磁復位(f wi)，也就是增加的磁

10、通量等于減小的磁通量，即： 最大占空比 通常，雙管正激變換器中，最大占空比為46%左右。7/18/202217共二十六頁反激式變換器 （Flyback Converter）的介紹(jisho) 反激變換中變壓器有兩個繞組：原邊繞組W1和副邊繞組W2，兩繞組要緊密(jnm)耦合。 反激式變換器的電路圖如下圖所示：7/18/202218共二十六頁原邊副邊W1W2+-Vout1. 反激式變換器的拓撲(tu p)結(jié)構(gòu)/電路圖 圖中繞組符號標有“*”號的一端，表示(biosh)變壓器各繞組的同名端，也就是該繞組的始端。 Flyback變換器由于電路簡潔，所用元器件少，適合多路輸出。7/18/202219

11、共二十六頁 2. 和Boost、Buck變換器一樣，F(xiàn)lyback變換器也有電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作方式。對Flyback變換器來說，電流連續(xù)是指變壓器兩個繞組的合成安匝在一個開關(guān)周期中不為零，而電流斷續(xù)是指合成安匝在Q截止(jizh)期間有一段時間為零。圖中a、b、c 給出了變換器在不同開關(guān)模態(tài)下的等效電路圖。 (a)Q導通 (b) Q關(guān)斷 (C) Q關(guān)斷，電 流斷續(xù)(dun x) 7/18/202220共二十六頁 3. 反激變換器的工作(gngzu)原理分析下面討論flyback工作在電流連續(xù)(linx)模式下的工作原理： 7/18/202221共二十六頁 1. 模態(tài)1 對應于圖 (a) 在

12、t=0時，Q1導通，Vin通過Q1 加在原邊繞組W1上，因此，鐵芯磁化，鐵芯磁通增加：W1*d/dt=Vin。副邊繞組W2上的感應電壓為：Vw2=-W2/W1*Vin，其極性為“*”端為“+”，使二極管D1截止，負載電流由濾波電容Cf提供。此時(c sh)變壓器副邊繞組開路，只有原邊繞組工作，相當于一個電感，其電感量為L1。 在t=Ton時，鐵芯磁通的增加量為Vin/W1*D*Ts。7/18/202222共二十六頁 2. 模態(tài)2 對應于圖 (b) 在Ton時刻，關(guān)斷Q1，原邊繞組開路，副邊繞組的感應電勢反向(fn xin)，其極性為“*”端為“負”，使二極管D1導通，儲存在變壓器磁場中的能量通

13、過D1釋放，一方面給Cf充電，另一方面向負載供電。此時變壓器只有副邊繞組工作，相當于一個電感，其電感量為L2。 在此過程中，變壓器磁芯被去磁，其磁通也線性減小。磁通的減小量為：Vo/W2*(1-D)Ts。 7/18/202223共二十六頁 4. 基本關(guān)系式 穩(wěn)態(tài)工作時，Q1導通期間磁通增長量等于(dngy)它在截止期間磁通的減小量。即： Vin/W1*D*Ts =Vo/W2*(1-D)*Ts， 則 Vo=Vin/K12*D/(1-D).式中， K12=W1/W2是原邊與副邊繞組的匝比。 7/18/202224共二十六頁 作業(yè)(zuy) 畫出Buck、Boost、雙管正激、反激變換器的拓撲結(jié)構(gòu)(jigu)，并列出輸入和輸出電壓之間的關(guān)系式。7/18/202225共二十六頁內(nèi)容摘要正激式變換器 （Forward Converter）的介紹。隔離式直流變換器都用變壓器實現(xiàn)(shxin)電氣隔離。在t=Ton時，鐵芯磁通的增加量為Vin/W1