1、1,隔離型DC/DC變換器,2,參考文獻,1 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,3.1 變壓隔離器的理想結(jié)構(gòu),2 SIOMN ANG, ALEJANDRO OLIVA. 開關(guān)功率變換器開關(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,3,概述,非隔離的DC/DC變換器的局限性 輸入輸出不隔離，形成地線上的環(huán)流 輸入輸出電壓比或電流比不能太大 無法實現(xiàn)多路輸出,解決方法 采用變壓隔離器,4,概述,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，即從理想的直流到交流都能變換； 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 能使輸入和輸

2、出之間完全隔離 變換時，無論從原邊到副邊，或副邊到原邊，都是一樣方便有效,理想的變壓隔離器符號,5,概述,常見的變壓隔離器電路,單端變壓隔離電路,雙端變壓隔離電路,主要應(yīng)用于中小功率電路,優(yōu)點：線路簡單,缺點： （1）輸入電流脈動 （2）S1關(guān)斷時承受高壓 （3）閉路峰值電流大,6,概述,常見的變壓隔離器電路,半橋變壓隔離電路,全橋變壓隔離電路,7,隔離型Buck變換器單端正激變換器,電路的構(gòu)成,基本buck變換電路拓撲,Buck變換器工作波形,8,隔離型Buck變換器單端正激變換器,電路的構(gòu)成,隔離型buck（正激 Forward）變換器,9,隔離型Buck變換器單端正激變換器,工作原理,N

3、3+VD2：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，因此需要采用磁復(fù)位（去磁技術(shù)）,10,（2）電感L儲能，電流直線上升,隔離型Buck變換器單端正激變換器,工作原理,能量傳遞階段,VT導(dǎo)通,（1）經(jīng)變壓器耦合和二極管VD向負載傳輸能量。,11,工作原理,隔離型Buck變換器單端正激變換器,磁復(fù)位階段,VT截止,（2）副邊：VD截止，VD1導(dǎo)通，L向負載釋放能量，電流直線下降。,（1）原邊：磁芯中的剩磁能量通過VD2和N3向輸入電

4、源饋送。,12,工作原理,隔離型Buck變換器單端正激變換器,續(xù)流階段,VD2截止,磁芯中的能量釋放完畢。,VD1導(dǎo)通或截止,（1）如果電感儲能能夠維持電流連續(xù)至下個周期開始，VD1始終導(dǎo)通。 （2）如果電感電流斷續(xù)，則VD1截止。,13,工作原理,隔離型Buck變換器單端正激變換器,輸出電壓平均值,VT截止時,14,隔離型Buck變換器單端正激變換器,正激變換器的設(shè)計 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IGBT漏極實際電流IDmax。,（2）當(dāng)N1=N3時，開關(guān)管承受最大電壓為2Ui,15,隔離型Buck變換器單端正激變換器,整流二極管、續(xù)流二極管的選擇 （1）流過整流二極

5、管和續(xù)流二極管中的電流峰值均為電感電流峰值 （2）VD1承受最大電壓出現(xiàn)在VT導(dǎo)通時 （3）VD承受最大電壓出現(xiàn)在VT截止時,16,隔離型Buck變換器單端正激變換器,多路輸出的正激變換器原理圖,17,隔離型Buck變換器單端正激變換器,例 前頁所示正激變換器，輸入電源電壓60V，二次主輸出的平均輸出電壓為5V,開關(guān)頻率為1kHz，輸出電感電流紋波最大值為0.1A，原邊邊繞組匝數(shù)60，匝比Nr/Np等于1。求： （1）副邊主繞組匝數(shù)最小值Nsm； （2）輸出濾波電感Lom的值。,18,隔離型Buck-Boost變換器單端反激變換器,電路的構(gòu)成,基本Buck-Boost變換器,隔離型Buck-B

6、oost變換器,電感隔離變換器,19,隔離型Buck-Boost變換器單端反激變換器,電路的構(gòu)成,單端反激式（Flyback）變換器,VT導(dǎo)通時，VD截止,VT截止時，VD導(dǎo)通,電感儲能型變換器,20,導(dǎo)通終了時，i1的幅值,隔離型Buck-Boost變換器單端反激變換器,工作原理,VT導(dǎo)通時，VD截止,i1,i2,流過N1的電流,VT截止時，VD導(dǎo)通,I2p為VT截止時i2的幅值,流過N2的電流,21,隔離型Buck-Boost變換器單端反激變換器,3種工作狀態(tài) 變壓器磁通臨界連續(xù)狀態(tài),VT截止時間toff和繞組N2中電流i2衰減到零所需的時間相等,22,隔離型Buck-Boost變換器單端

7、反激變換器,變壓器磁通不連續(xù)狀態(tài),VT截止時間toff比繞組N2中電流i2衰減到零所需的時間更長 即 toff(L2/UO)I2P,23,隔離型Buck-Boost變換器單端反激變換器,輸入輸出電壓關(guān)系,即輸入功率為,VT導(dǎo)通期間，變壓器T儲能,輸出功率為,假定 電路無損,結(jié)論： （1）Uo與負載RL有關(guān)， RL Uo （2） Uo與導(dǎo)通時間成正比 （3）與電感量L1成反比,24,隔離型Buck-Boost變換器單端反激變換器,開關(guān)管承受電壓,VT截止時，N1上的感應(yīng)電勢,VT截止時，漏-源承受的電壓,25,隔離型Buck-Boost變換器單端反激變換器,變壓器磁通連續(xù)狀態(tài),VT截止時間較小，

8、toff 0,26,隔離型Buck-Boost變換器單端反激變換器,電壓傳輸比,VT導(dǎo)通,VT截止,伏秒平衡,27,隔離型Buck-Boost變換器單端反激變換器,變換器的設(shè)計 變壓器磁通不連續(xù),開關(guān)管的選擇,整流二級管的選擇,28,單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù),使用單端變壓隔離器遇到的問題,如何使變壓器磁芯在每個脈動工作磁通之后都能回復(fù)到磁通起始值,去磁復(fù)位問題,開關(guān)導(dǎo)通時，電流很大 開關(guān)段開始，過電壓很高,如果每個周期不去磁，剩余磁通的累加可能導(dǎo)致磁芯飽和,29,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,采用哪種方法取決于功率P的大小和所使用的磁芯磁滯特性而定,30,單端變壓隔離器的

9、磁通復(fù)位技術(shù),2種典型的磁芯磁滯特性曲線,低Br 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,高Br 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,31,單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù),低Br的去磁方法,轉(zhuǎn)移損耗法磁芯去磁線路,（a）與原邊繞組連接,（b）與副邊繞組連接,32,單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù),低Br的去磁方法,再生式磁芯去磁線路,（a）能量電源,（b）能量負載,33,單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù),高Br的去磁方法,強制磁芯去磁各種方法,（a）加恒流源和變壓器附加繞組,（b）外部加永久磁鐵,34,單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù),高Br的去磁方法,強制磁

10、芯去磁各種方法,（c）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),高電壓源變換器中去磁電路,雙開關(guān)、單端去磁線路,（a）利用 原邊繞組本身,（b）利用部分原邊繞組,36,雙管正激式DC/DC變換器,電路結(jié)構(gòu),工作原理,VT2,VT1、VT2同時動作,VT1、VT2同時導(dǎo)通：UNPUNS，iVD3 ，iVD4 IP=IS/n（n=NP/NS）,VT1、VT2同時關(guān)斷：VD1，VD2能量反饋回Ui，并嵌位；VD3關(guān)斷，VD4 續(xù)流導(dǎo)通,注意點： D 0.5 VD4反向恢復(fù)時間 漏感值,37,全橋變換器,全橋變換器的構(gòu)成,全橋變換器電路拓撲演變過程,優(yōu)點：UVT1maxUVT2max

11、 Ui 缺點：變壓器利用率較低,1.大功率場合常用電路 2.VT1和VT2 或VT3和VT4同時導(dǎo)通 3.變壓器得到充分利用,38,全橋變換器,工作原理,t0t1: uG1,4=1，VT1 , VT4導(dǎo)通，UNP =Ui ； iVD5 ，iVD6VD5導(dǎo)通，VD6關(guān)斷,t1t2: uG1,4=uG2,3=0，VT1VT4關(guān)斷； uVT1=uVT2=uVT3=uVT4=(1/2)Ui,t2t3: uG2,3=1， VT2 , VT3導(dǎo)通，UNP =-Ui ； iVD6 ，iVD5VD6導(dǎo)通，VD5關(guān)斷,t3t4: uG1,4=uG2,3=0，VT1VT4關(guān)斷； uVT1=uVT2=uVT3=uV

12、T4=(1/2)Ui,39,全橋變換器,緩沖器的組成及作用,40,全橋變換器,緩沖器的組成及作用,兩種運行方式的B-H范圍,41,半橋變換器,半橋變換器的構(gòu)成,半橋式變換器的電路拓撲,1. 用2個相同的電容器代替2個晶體管 2. 降低成本，增大電路體積 3. 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2倍,42,半橋變換器,工作原理,t0t1: uG1=1，VT1 導(dǎo)通，UNP =(1/2)Ui ； iVD5 ，iVD6VD5導(dǎo)通，VD6關(guān)斷,t1t2: uG1=uG2=0，VT1、VT2關(guān)斷，UNP =0； uVT1=uVT2=(1/2)Ui ； VD5、VD6均導(dǎo)通為L提供續(xù)流回路,t2t3: uG2=1， VT2 導(dǎo)通，UNP =-(1/2)Ui ； iVD6 ，iVD5VD6導(dǎo)通，VD5關(guān)斷,t3t4: uG1=uG2=0，VT1、VT2關(guān)斷； uVT1=uVT2=(1/2)Ui,43,半橋變換器,橋式分壓電容器的選擇,初級電流,VT1和VT2導(dǎo)通時，從A點充電或取電 在半周期中，2個電容器補充電荷損失,電容器上電壓變化,電容器上直流電壓變化的百分?jǐn)?shù)與整流輸出電壓變化的百分?jǐn)?shù)是相同的,輸出電壓紋波百分?jǐn)?shù),44,半橋變換器,偏磁現(xiàn)象及其防止方法 偏磁的可能性：VT1，VT2具有