开关电源中的电力电子电路PPT课件

1、4.2 4.2 非隔离型电路非隔离型电路 非隔离型电路（直流斩波电路）可分为：非隔离型电路（直流斩波电路）可分为： 降压（降压（BuckBuck）型电路）型电路 升压（升压（BoostBoost）型电路）型电路 升降压（升降压（Buck-BoostBuck-Boost）型电路）型电路 CukCuk型电路型电路 SepicSepic型电路型电路 ZetaZeta型电路型电路第1页/共105页推导过程中应用的基本原理：（1 1）稳态条件下电感两端电压在一个开关周）稳态条件下电感两端电压在一个开关周期内平均值为零；期内平均值为零；（2 2）稳态条件下电容电流在一个开关周期内）稳态条件下电容电流在一个

2、开关周期内的平均值为零。的平均值为零。第2页/共105页4.2.1降压（降压（BuckBuck）型电路）型电路 降压型电路结构图两种工作模式：电感电流连续（Continuous Conduction Mode） 电感电流断续（Discontinuous Conduction Mode ）SuSiUVDLiLoUCR第3页/共105页1.1.电感电流连续工作模式电感电流连续工作模式SiUVDLiLoUCRSiUVDLiLoUCR开关状态1（S通）开关状态2（S断）0t1t2tt0SiLiiUSu000tttSontofft电流连续模式下电路波形第4页/共105页稳态条件下电感两端电压在一个开关周

3、期内平均值为零的基本原理TtUtUUUoffoonoiL)(0LUDUUioD为占空比，定义为开关导通时间与开关周期比，即TtDon由于 ,降压型电路的输出电压不可能高于其输入电压且与输入电压极性相同10 D第5页/共105页2.电感电流断续工作模式SiUVDLiLoUCRSiUVDLiLoUCR开关状态1（S通）开关状态2（S断）SiUVDLoUCR开关状态3（电感电流为零）0t1t2tt0SiLiiUSu000tttSontofft电流断续模式下电路波形oiUU 3t第6页/共105页0Li00ttS电流临界连续下电路波形LuoiUU oUSDTSTtLIOISLITIS21电感电流开关周

4、期平均值等于三角形面积除以TS。LLII21oiLUUdtdiLSoiLDTLUUI3.电感电流临界连续条件第7页/共105页电感电流仍连续DUUiOSOLTULDI1电感电流开关平均值表达式：SOLTULDI21LOII电感电流连续的临界条件RUIOOdttiITsLL0)(根据表达式有SOOTULDRU2121DRTLS判断电感电流是否连续条件临界连续电流第8页/共105页开关S关断后电感的续流时间为)1 (0DTS稳态条件下电感电压开关平均值为零的原理SoSoiTUDTUU)(电感电流开关平均值)(21DIILL负载电流为RUIOO0t0t0tSSTLI oIoiUUoULiLuSDTS

5、T电感电流断续时的工作波形4.电感电流断续时的各种关系第9页/共105页稳态条件下，电容的开关周期平均电流为零，故电感电流开关周期平均值等于负载电流，即RUDIOL)(21由 和 上式可化简为LI0222RTDLUUUUSoioi令RTDLKS22KKUUio2141只在电感电流断续条件下成立SoSoiTUDTUU)(SoiLDTLUUIPSIM-buck1 第10页/共105页1、电感电流连续时，电压比为DUUio2、电流断续时，总有 ，且负载电流越小， 越高。输出空载时 。ioDUU oUioUU 4、降压型电路常用于降压型直流开关稳压器、不可逆直流电动机调速等场合。小 结21DRTLS3

6、、电感电流连续的临界条件第11页/共105页4.2.24.2.2升压（升压（BoostBoost）型电路）型电路SuSiUVDLiLoUCR第12页/共105页1.电感电流连续工作模式开关状态1（S通）开关状态2 2（S S断）SiUVDLiLoUCRSiUVDLiLoUCR0t1t2tt0SiLioUSu000tttSontofft电感电流连续模式下工作波形第13页/共105页TtUUtUUoffiooniL)(令0LUDUUio11由于 ，升压型电路的输出电压不可能低于其输入电压且与输入电压极性相同。应避免D接近于1，以免造成电路损坏。10 D第14页/共105页2.2.电感电流断续工作模

7、式电感电流断续工作模式开关状态1（S通）开关状态2（S断）SiUVDLiLoUCRSiUVDLiLoUCR开关状态3（电感电流为零）SiUVDLoUCR电感电流断续模式下电路波形0t1t2tt0SiLioUSu000tttSontofftiU3t第15页/共105页3.3.电感电流连续的临界条件电感电流连续的临界条件电感电流临界连续下电路波形0Li00ttSLuoiUU iUSDTSTtLIOILTDDUISoL)1 ( LTDDUDIISOLD2)1 ()1 (212电感电流峰值VD电流开关周期平均值负载电流为RUIoo第16页/共105页稳态条件下，升压型电路中，二极管VD电流的开关周期平

8、均值等于负载电流Io。电感电流连续的临界条件DOII则有LTDDURUSOO2)1 (22)1 (2DDRTLS判断电感电流是否连续条件第17页/共105页0t0t0tSSTLIoIoiUU iULiLuSDTST电感电流断续时的工作波形4.4.电感电流断续的各种条件电感电流断续的各种条件开关S关断后电感的续流时间为)1 (0DTS稳态条件下电感电压开关平均值为零的原理SioSiTUUDTU)(二极管电流开关周期平均值LDII21负载电流为RUIOO第18页/共105页稳态条件下，电容的开关周期平均电流为零，故二极管电流开关周期平均值等于负载电流，即RUIOL21由 和 上式可化简为LIRTD

9、LUUUUSoioi2222令RTDLKS222411KUUio电感电流断续条件下成立SioSiTUUDTU)(LTDDUISoL)1 ( PSIMboost1第19页/共105页1、电感电流连续时，电压比为2、电流断续时，总有 ，且负载电流越小， 越高。输出空载时 ,故升压电路不应空载，否则元件可能损坏。/(1)oiUUDoUoU 4、升压型电路常用于将较低的直流电压变换到较高直流电压的场合，也用于功率因数校正。小 结3、电感电流连续的临界条件DUUio112)1 (2DDRTLS第20页/共105页4.2.3 4.2.3 升降压（升降压（Buck-BoostBuck-Boost）型电路）型

10、电路SuSiUVDLiLoUCR第21页/共105页1.1.电感电流连续工作模式电感电流连续工作模式开关状态2（S断）SuSiUVDLiLoUCR开关状态1（S通）SuSiUVDLiLoUCR0t1t2tt0SiLioiUU Su000tttSontofft电感电流连续模式下电路波形第22页/共105页TtUtUUoffooniL令0LU1oiUDUD升降压电路的输出电压极性与输入电升降压电路的输出电压极性与输入电压极性相反！压极性相反！其输出电压既可高于其输入电压，也其输出电压既可高于其输入电压，也可低于输入电压！可低于输入电压！第23页/共105页2.2.电感电流断续工作模式电感电流断续工

11、作模式开关状态2（S断）SuSiUVDLiLoUCR开关状态1（S通）SuSiUVDLiLoUCR开关状态3（电感电流为零）SuSiUVDLiLoUCR电感电流断续模式下电路波形0t1t2tt0SiLioiUU Su000tttSontofftiUiU第24页/共105页3.3.电感电流连续的临界条件电感电流连续的临界条件电感电流临界连续下电路波形0Li00ttSLuoUiUSDTSTtLIOI稳态条件下，二极管VD电流的开关周期平均值等于负载电流Io。负载电流为RUIooLDTUISiL电感电流峰值LTDUDIISOLD2)1 ()1 (212VD电流开关周期平均值第25页/共105页电感电

12、流连续的临界条件DOII则有LTDURUSOO2)1 (22)1 (2DRTLS判断电感电流是否连续条件第26页/共105页4.4.电流断续模式的各种条件电流断续模式的各种条件设开关S关断后电感的续流时间为)1 (0DTS稳态条件下电感电压开关周期内的平均值为零的原理SoSiTUDTU二极管电流开关周期平均值LDII21负载电流为RUIOOLDTUISiL0t0t0tSSTLI oIiUoULiLuSDTST电感电流断续时的工作波形第27页/共105页稳态条件下，电容的开关周期平均电流为零，故二极管电流开关周期平均值等于负载电流，即RUIOL21由 和 上式可化简为LIRTDLUUSoi222

13、令RTDLKS22KUUio1电感电流断续条件下成立PSIMbuck-boost123第28页/共105页1） D接近1，UO接近无穷大，故应避免D过于接近1，以免造成电路损坏。2）负载电流很小时，电感电流不连续，输出电压|Uo|DUi/(1-D),且负载电流越小，Uo越高。3）输出空载时，Uo趋于无穷大，故升降压电路也不应当空载。否则产生很高的电压造成电路的损坏。4）升降压型电路可以灵活地改变电压高低，还能改变电压极性，因此常用于电池供电设备中产生负电源的电路，还可用于各种开关稳压器中。小小 结结第29页/共105页4.2.4 Cuk4.2.4 Cuk型电路型电路SuSiUVDLiLoUCR

14、1Li1L1CCuk型电路可以看成是由升压型电路和降压型电路前后级联而成的第30页/共105页0t1t2tt0SiLi1CUSu000tttSontofftCuk型电路电路工作波形SuSiUVDLiLoUCR1Li1L1C开关状态1（S通）SuSiUVDLiLoUCR1Li1L1C开关状态2（S断）第31页/共105页)1 ()()1)(111DUDUUUDUUDUUOOCLCiiL令001LLUU1oiUDUD输出电压极性与输入电压极性相反，其输出电压既可高于其输入电压，也可低于输入电压。电感电感L L和和L1L1的电流都连续的电流都连续第32页/共105页2）负载电流很小时，电感电流将不连

15、续，输出电压|Uo|DUi/(1-D),且负载电流越小，Uo越高。输出空载时，Uo趋于无穷大，故Cuk型电路也不应当空载。否则产生很高的电压造成电路的损坏。3）Cuk型电路的特点与升降压电路相似，因此也常用于相同的用途，但Cuk型电路较为复杂，因此使用不甚广泛。该电路一个突出优点是输入和输出回路中都有电感，因此输出电压纹波较小，从输入电源吸取的电流纹波也小，在某些对这些问题有特殊要求的场合使用比较合适。1）应避免D过于接近1，以免造成电路损坏。小小 结结第33页/共105页4.2.5 Sepic4.2.5 Sepic型电路型电路SuSiUVDLiLoUCR1Li1L1CSepic型电路可以看成

16、是由升压型电路和降压型电路前后级联而成的。第34页/共105页Sepic型电路输出、输入电压比同开关通断的占空比间的关系：DDUUio1同样，应避免D过于接近1，以免造成电路损坏。负载电流很小时，电感电流将不连续，电压比的公式不再满足。此时输出电压UoDUi/(1-D),且负载电流越小，Uo越高。输出空载时，Uo趋于无穷大，故电路也不应当空载。否则产生很高的电压造成电路的损坏。Sepic型电路也较为复杂，限制了其使用范围。由于有输出电压比输入电压可高可低，它可用于要求输出电压较低的单相功率因数校正电路。第35页/共105页4.2.6 Zeta4.2.6 Zeta型电路型电路SuSiUVDLiL

17、oUCR1Li1L1CZeta型电路可以看成是由升压型电路和降压型电路前后级联而成的。第36页/共105页Zeta型电路输出、输入电压比同开关通断的占空比间的关系：DDUUio1同样，应避免D过于接近1，以免造成电路损坏。负载电流很小时，电感电流将不连续，电压比的公式不再满足。此时输出电压UoDUi/(1-D),且负载电流越小，Uo越高。输出空载时，Uo趋于无穷大，故电路也不应当空载。否则，产生很高的电压造成电路的损坏。Zeta型电路也较为复杂，限制了其使用范围。第37页/共105页电路电路特点特点电压比电压比开关和二极管承开关和二极管承受最高电压受最高电压应用应用降压型降压型只能降压不能升只

18、能降压不能升压，输出与输入压，输出与输入同极性，输入电同极性，输入电流脉动大，输出流脉动大，输出电流脉动小，结电流脉动小，结构简单构简单UMS=UiUMD=Ui各种降压型各种降压型开关稳压电开关稳压电路路升压型升压型只能升压不能降只能升压不能降压，输出与输入压，输出与输入同极性，输入电同极性，输入电流脉动小，输出流脉动小，输出电流脉动大，不电流脉动大，不能空载工作，结能空载工作，结构简单构简单UMS=UOUMD=UO升压型开关升压型开关稳压器、升稳压器、升压型功率因压型功率因数校正电路数校正电路DUUioDUUio11各种不同的非隔离型电路比较各种不同的非隔离型电路比较第38页/共105页电路

19、电路特点特点电压比电压比开关和二极管承开关和二极管承受最高电压受最高电压应用应用升降压型升降压型能降压能升压，能降压能升压，输出与输入极性输出与输入极性相反，输入输出相反，输入输出电流脉动大，不电流脉动大，不能空载工作，结能空载工作，结构简单构简单UMS=Ui+UOUMD=Ui+UO反相型开关反相型开关稳压器稳压器Cuk型型能降压能升压，能降压能升压，输出与输入极性输出与输入极性相反，输入输出相反，输入输出电流脉动小，不电流脉动小，不能空载工作，结能空载工作，结构复杂构复杂UMS=UC1UMD=UC1对输入输出对输入输出纹波要求较纹波要求较高的反相型高的反相型开关稳压器开关稳压器DDUUio1

20、DDUUio1第39页/共105页电路电路特点特点电压比电压比开关和二极管承开关和二极管承受最高电压受最高电压应用应用Sepic型型能降压能升压，能降压能升压，输出与输入同极输出与输入同极性，输入电流脉性，输入电流脉动小，输出电流动小，输出电流脉动大，不能空脉动大，不能空载工作，结构复载工作，结构复杂杂UMS=UC1+UOUMD=UC1+UO升降压型功升降压型功率因数校正率因数校正电路电路Zeta型型能降压能升压，能降压能升压，输出与输入同极输出与输入同极性，输入电流脉性，输入电流脉动大，输出电流动大，输出电流脉动小，不能空脉动小，不能空载工作，结构复载工作，结构复杂杂UMS=UC1+UiUM

21、D=UC1+Ui对输出纹波对输出纹波要求较高的要求较高的升降压型开升降压型开关稳压器关稳压器DDUUio1DDUUio1第40页/共105页4.3 4.3 隔离型电路隔离型电路第41页/共105页4.3.1 4.3.1 正激型电路正激型电路1W3W2W1VD2VD3VDSLiUOUC第42页/共105页1.1.电感电流连续工作模式电感电流连续工作模式1W3W2W1VD2VD3VDSLiiUOUCLR开关状态1（S通）1W3W2W1VD2VD3VDSLiiUOUCLR开关状态2（S断）0t1t2tt0SiLiiUSu000tttSontofft正激型电路电路工作波形第43页/共105页S关断后变

22、压器的励磁电流经绕组W3和VD3流回电源，所以S关断后承受的电压为：iSUNNu311S关断后到下次开通的一段时间，必须设法使励磁电流降到零，否则下个开关周期中，励磁电流将在本周期结束的剩余值基础上累加，并在以后的开关周期中累积，从而导致变压器励磁电感饱和。励磁电感饱和后，励磁电流会迅速地增长，最终损坏电路中的开关器件。因此，在S关断后，使励磁电流降回到零是很重要的。这个过程称为变压器的磁心复位。第44页/共105页磁心复位过程01mi00ttS1WutontrsttonrsttNNt13开关处于断态的时间必须大于trst，保证开关开通前励磁电流下降到零，使变压器磁心可靠复位！offt第45页

23、/共105页在输出滤波电感电流电流连续时，输出电压与输入电压比为：DNNTtNNUUonio1212根据稳态条件下，电感电压在开关周期内平均值为0原理，得iuuNN2120)(2offoonotutuu0)()(12onoonoitTutuuNN第46页/共105页2.2.电感电流断续工作模式电感电流断续工作模式1W3W2W1VD2VD3VDSLiiUOUCLR开关状态1（S通）1W3W2W1VD2VD3VDSLiiUOUCLR开关状态2（S断）1W3W2W1VD2VD3VDSiUOUCLR开关状态3（电感电流为零）3t0t1t2tt0SiLiiUSu000tttSontofft电路电流断续工

24、作波形第47页/共105页电感电流连续的临界条件为21DRTLS输出电压与输入电压的电压比为KKNNUUio214112RTDLKS22电感电流断续时，输出电压Uo将随负载电流减小而升高，在负载电流为零的极限情况下，Uo=UiN2/N1。第48页/共105页1W2W1VD2VD3VD1SLiUOU1C双开关正激型电路4VD2SC 双开关正激型电路的工作原理与单开关正激型电路基本相同。 双开关正激型电路中，每个开关承受的断态电压均为Ui，比相同条件下的单开关正激型电路低，故双开关正极性电路适合用于高压输入电源中使用。第49页/共105页正激型电路简单可靠，广泛用于功率为数百瓦到数千瓦的开关电源中

25、。但该电路变压器工作点仅处于磁化曲线平面的第象限，没有得到充分利用，因此，同样的功率，其变压器体积、重量和损耗都较大。正激型电源多用于在电源和负载条件恶劣、干扰很强的环境下，并且对体积、重量、效率要求不高的场合。第50页/共105页4.3.2 4.3.2 反激型电路反激型电路反激（Flyback）型电路可以看成是将升降压型电路中的电感换成变压器绕组W1和W2相互耦合的电感而得到的。1W2W1VDSiUOUC第51页/共105页1.1.电流连续工作模式电流连续工作模式开关状态1（S通）1W2W1VDSiUOUC1VD开关状态2（S断）1W2WSiUOUC0t1t2tt0DiSiiUSu000tt

26、tSontofft反激型电路工作波形第52页/共105页S关断后电压为：oiSUNNUu21在电流连续时，输出电压与输入电压比为：DDNNttNNUUoffonio11212反激型电路工作在电流连续模式时，其变压器磁心的利用率会显著下降，因此实际应用中，通常避免工作于电流连续模式！第53页/共105页2.2.电流断续工作模式电流断续工作模式开关状态1（S通）1W2W1VDSiUOUC1VD开关状态2（S断）1W2WSiUOUC开关状态3（电感电流为零）1W2WSiUOUC0t1t2tt0DiSiiUSu000tttSontofft反激型电路电流断续工作波形3t第54页/共105页与升降压电路相

27、似的推导过程，反激型电路电流连续的临界条件为2)1 (2DRTLS输出电压与输入电压的电压比为KNNUUio112RTDLKS22L为从变压器二次侧测得的电感量与升降压电路不同之处在于多了变压器的变比因子！第55页/共105页因为反激型电路变压器的绕组W1和W2在工作中不会同时有电流流过，不存在磁动势相互抵消的可能，因此变压器磁心的磁通密度取决于绕组中电流的大小。tttB00011iN22iN电流断续模式B在最大磁通密度相同的条件下，连续工作时，磁通密度的变化范围B小于断续方式。较大的B意味着变压器需要较少的匝数，或较小尺寸的磁心。 PSIM-flybacktttB00011iN22iN电流连

28、续模式B第56页/共105页4）反激型电路结构最为简单，元器件少，成本较低，广泛适用于数瓦到数十瓦小功率开关电源中。但该电路变压器的工作点处于磁化曲线平面的第象限，利用率低，而且开关器件承受的电流峰值很大，不适合用于较大功率的开关电源。小小 结结1）反激型电路中的变压器在工作中总是经历着储能-放电的过程。2）反激型电路工作于电流连续模式时，其变压器磁心的利用率会显著下降，因此应用中，应避免电路工作于电流连续模式。3）电流断续时，输出电压Uo将随负载电流减小而升高，在负载电流为零的极限情况下，Uo趋于无穷大，这将损坏电路中的元件，因此反激型电路不应工作与负载开路状态。第57页/共105页4.3.

29、3 4.3.3 半桥型电路半桥型电路1W2W1VD2SOUC半桥型电路1SiU1C2C2WL2VDdu第58页/共105页1.1.电感电流连续工作模式电感电流连续工作模式1W2W1VD2SOUC1SiU1C2C2WL2VDduRLi开关状态1（S1通）1W2W1VD2SOUC1SiU1C2C2WL2VDduRLi开关状态2（S1、 S2断）0t1t2tt1SiiU1Su000ttt1Sont0t2S2Su0t2Si0t1Di0t3t4t2Di0LiLiiU磁动势F=N*I，平衡第59页/共105页1W2W1VD2SOUC1SiU1C2C2WL2VDduRLi开关状态4（S1、 S2断）1W2W

30、1VD2SOUC1SiU1C2C2WL2VDduRLi开关状态3（S2通）0t1t2tt1SiiU1Su000ttt1Sont0t2S2Su0t2Si0t1Di0t3t4t2Di0LiLiiU半桥型电路电流连续模式工作波形第60页/共105页由于电容的隔直作用，半桥型电路对由于两个开关导通时间不对称而造成的变压器一次电压的直流分量有自动平衡作用，因此该电路不容易发生变压器偏磁饱和的问题。当滤波电感L的电流连续时，根据开关周期内电感电压平均值等于0，得DNNTtNNUUSonio1212212/212/SonTtD 为防止桥臂短路，死区时间是必须的，因此每个开关的占空比小于50%。半桥电路中占空

31、比定义第61页/共105页2.2.电感电流断续工作模式电感电流断续工作模式1W2W1VD2SOUC1SiU1C2C2WL2VDduRLi开关状态1（S1通）1W2W1VD2SOUC1SiU1C2C2WL2VDduRLi开关状态2（S1、 S2断）0t1t2t6t1Si00tt1S02S2Si0t1Di0t3t4t2Di0tLi0t5tt第62页/共105页1W2W1VD2SOUC1SiU1C2C2WL2VDduR开关状态3（电感电流为零）1W2W1VD2SOUC1SiU1C2C2WL2VDduRLi开关状态4（S2通）0t1t2t6t1Si00tt1S02S2Si0t1Di0t3t4t2Di0

32、tLi0t5tt第63页/共105页1W2W1VD2SOUC1SiU1C2C2WL2VDduRLi开关状态5（S1 、S2断）1W2W1VD2SOUC1SiU1C2C2WL2VDduR开关状态6（电感电流为零）0t1t2t6t1Si00tt1S02S2Si0t1Di0t3t4t2Di0tLi0t5tt第64页/共105页输出电压与输入电压的电压比：KKNNUUio214121122/22SRTDLK 212/DRTLS电感电流断续时，输出电压Uo将随负载电流减小而升高，在负载为零的极限情况下，Uo=N2Ui/(2N1)。半桥型电路中变压器的利用率高，没有偏磁问题，广泛用于数百瓦到数千瓦开关电源

33、中。开关器件数量少，同样的功率成本要低一些，可用于成本要求较苛刻场合。3.3.电感电流临界连续条件电感电流临界连续条件与BUCK电路类似DC-halfbridge第65页/共105页4.3.4 全桥型电路1W2W1VD4SOUC全桥型电路3SiU1CLdu2S1S2VD4VD3VD第66页/共105页1.1.电感电流连续工作模式电感电流连续工作模式1W2W1VD4SOUC开关状态1(S1 、S4通)3SiULdu2S1S2VD4VD3VDRLi1W2W1VD4SOUC开关状态2(开关全断)3SiULdu2S1S2VD4VD3VDRLi0t1t2tt41 SSiiiU41SSuu000ttt41

34、SSont0t32SS32SSuu0t32 SSii0t41 DDii0t3t4t32 DDii0LiLiiU第67页/共105页1W2W1VD4SOUC开关状态3(S2 、S3通)3SiULdu2S1S2VD4VD3VDRLi1W2W1VD4SOUC开关状态4(全部开关断)3SiULdu2S1S2VD4VD3VDRLi0t1t2tt41 SSiiiU41SSuu000ttt41SSont0t32SS32SSuu0t32 SSii0t41 DDii0t3t4t32 DDii0LiLiiU第68页/共105页若S1、S2、S3、S4的导通时间不对称，则交流电压uT中将含有直流分量，会在变压器一次

35、电流中产生很大的直流分量，并可能造成磁路饱和，故全桥型电路应注意避免电压直流分量的产生，也可以在一次回路中串联一个电容，以阻断直流电流。为了避免上下两个开关在换相过程中发生短暂的同时导通而造成短路损坏开关，每个开关各自的占空比不能超过50%，并应留有裕量。当滤波电感L的电流连续时DNNTtNNUUSonio12122/2/SonTtD 第69页/共105页2.2.电感电流断续状态电感电流断续状态1W2W1VD4SOUC开关状态1(S1 、S4通)3SiULdu2S1S2VD4VD3VDRLi1W2W1VD4SOUC开关状态2(开关全断)3SiULdu2S1S2VD4VD3VDRLi0t1t2t

36、6t41 SSii00tt41SS032SS32 SSii0t41 DDii0t3t4t42 DDii0tLi0t5tt第70页/共105页1W2W1VD4SOUC开关状态3(电感电流为零)3SiULdu2S1S2VD4VD3VDR1W2W1VD4SOUC开关状态4(S2 、S3通)3SiULdu2S1S2VD4VD3VDRLi第71页/共105页1W2W1VD4SOUC开关状态5(全部关断)3SiULdu2S1S2VD4VD3VDRLi1W2W1VD4SOUC开关状态6(电感电流为零)3SiULdu2S1S2VD4VD3VDR第72页/共105页全桥型电路电感电流连续的临界条件为电感电流断续

37、时，输出电压与输入电压的电压比为KKNNUUio2141122/22SRTDLK 212/DRTLS电感电流断续时，输出电压Uo将随负载电流减小而升高，在负载为零的极限情况下，Uo=N2Ui/N1。所有隔离型开关电路中，采用相同电压和电流容量的开关器件时，全桥型电路可以达到最大的功率，因此该电路常用于中大功率的电源中。第73页/共105页4.3.5 4.3.5 推挽型电路推挽型电路1W2W1VD2SOUC推挽型电路1SiU1C2WL2VDdu1W第74页/共105页1.1.电感电流连续工作模式电感电流连续工作模式1W2W1VD2SOUC开关状态2(全部关断)1SiU2WL2VD1WRLi1W2

38、W1VD2SOUC开关状态1(S1通)1SiU2WL2VD1WRLi0t1t2tt1SiiU21Su000ttt1Sont0t2S2Su0t2Si0t1Di0t3t4t2Di0LiLiiU2Li第75页/共105页1W2W1VD2SOUC开关状态4(全部关断)1SiU2WL2VD1WRLi1W2W1VD2SOUC开关状态3(S2通)1SiU2WL2VD1WRLi0t1t2tt1SiiU21Su000ttt1Sont0t2S2Su0t2Si0t1Di0t3t4t2Di0LiLiiU2Li第76页/共105页 若S1与S2的导通时间不对称，则交流电压uT中将含有直流分量，会在变压器一次电流中产生很

39、大的直流分量，并可能造成磁路饱和。与全桥型电路不同的是，推挽型电路无法在变压器一次侧串联隔直电容，因此只能靠精确的控制信号和电路元器件参数的匹配来避免电压直流分量的产生。 如果S1和S2同时处于通态，就相当于变压器一次绕组短路。因此，必须避免两个开关同时导通，每个开关各自的占空比不能超过50%，并应留有死区。当电流连续时电路的电压比：DNNTtNNUUSonio12122/2/SonTtD 第77页/共105页2.2.电感电流断续状态电感电流断续状态1W2W1VD2SOUC开关状态2(全部关断)1SiU2WL2VD1WRLi1W2W1VD2SOUC开关状态1(S1通)1SiU2WL2VD1WR

40、Li1W2W1VD2SOUC开关状态3(电感电流为零)1SiU2WL2VD1WR0t1t2t6t1Si00tt1S02S2Si0t1Di0t3t4t2Di0tLi0t5tt第78页/共105页1W2W1VD2SOUC开关状态4(S2通)1SiU2WL2VD1WRLi1W2W1VD2SOUC开关状态5(全部关断)1SiU2WL2VD1WRLi1W2W1VD2SOUC开关状态6(电感电流为零)1SiU2WL2VD1WR0t1t2t6t1Si00tt1S02S2Si0t1Di0t3t4t2Di0tLi0t5tt第79页/共105页推挽型电路电感电流连续的临界条件为电感电流断续时，输出电压与输入电压的

41、电压比为KKNNUUio2141122/22SRTDLK 212/DRTLS电感电流断续时，输出电压Uo将随负载电流减小而升高，在负载为零的极限情况下，Uo=N2Ui/N1。推挽型电路的突出优点是，在输入回路中仅有1个开关的通态压降，而半桥型电路和全桥型电路都有2个，因此在同样条件下，产生的通态损耗较小，这对很多输入电压较低的电源十分有利。PSIM-pushpull第80页/共105页电路电路优点优点缺点缺点功率范围功率范围应用领域应用领域正激型正激型电路简单，成电路简单，成本低，可靠性本低，可靠性高，驱动电路高，驱动电路简单简单变压器单向励变压器单向励磁，利用率低磁，利用率低几百瓦到几几百瓦

42、到几千瓦千瓦各种中、小各种中、小功率开关电功率开关电源源反激型反激型电路非常简单、电路非常简单、成本很低、可成本很低、可靠性高、驱动靠性高、驱动电路简单电路简单难以达到较大难以达到较大的功率、变压的功率、变压器单向励磁，器单向励磁，利用率低利用率低几瓦到几十几瓦到几十瓦瓦小功率和消小功率和消费电子设备、费电子设备、计算机设备计算机设备开关电源开关电源全桥型全桥型变压器双向励变压器双向励磁，容易达到磁，容易达到大功率大功率结构复杂，成结构复杂，成本高，可靠性本高，可靠性低，需要复杂低，需要复杂的多组隔离驱的多组隔离驱动电路，有直动电路，有直通和偏磁问题通和偏磁问题几百瓦到几几百瓦到几百千瓦百千瓦

43、大功率工业大功率工业用开关电源、用开关电源、焊接电源、焊接电源、电解电源电解电源各种不同的间接直流变流电路的比较第81页/共105页电路电路优点优点缺点缺点功率范围功率范围应用领域应用领域半桥型半桥型变压器双向励变压器双向励磁，无变压器磁，无变压器偏磁问题，开偏磁问题，开关较少，成本关较少，成本低低有直通问题，有直通问题，可靠性低，可靠性低，需要复杂的需要复杂的隔离驱动电隔离驱动电路路几百瓦到几几百瓦到几百千瓦百千瓦各种工业用各种工业用开关电源，开关电源，计算机设备计算机设备用开关电源用开关电源等等推挽型推挽型变压器双向励变压器双向励磁，变压器一磁，变压器一次电流回路中次电流回路中只有一个开关

44、，只有一个开关，通态损耗较小，通态损耗较小，驱动简单驱动简单有偏磁问题有偏磁问题几瓦到几千几瓦到几千瓦瓦低输入电压低输入电压的开关电源的开关电源第82页/共105页4.4.1 全桥型整流电路1W2W1VDC全桥整流电路L2VD4VD3VDR4.4 4.4 整流电路整流电路第83页/共105页全桥型电路中每个二极管承受的反向电压为iRUNNU12在电流连续情况下，输出电压Uo表示的断态电压为DUUoR流过每个二极管的平均电流为2LDIILI为电感电流平均值。每个二极管的平均电流等于电感电流平均值的一半。也等于负载电流的一半，因此有利于选择二极管。DNNUUio12（全桥型电路电流连续）第84页/

45、共105页二极管的通态压降为UD，每个二极管的通态损耗为4个二极管总通态损耗为2/LDonDIDUPLDonIDUP2第85页/共105页4.4.2 4.4.2 全波整流电路全波整流电路R全波整流电路CL2VD1VD第86页/共105页全波电路中每个二极管承受的反向电压为iRUNNU12在电流连续情况下，输出电压Uo表示的断态电压为DUUoR2流过每个二极管的平均电流为2LDII二极管的通态压降为UD，每个二极管的通态损耗为2个二极管总通态损耗为2/LDonDIDUPLDonIDUP DNNUUio1221（半桥型电路电流连续）第87页/共105页4.4.3 4.4.3 倍流整流电路倍流整流电

46、路倍流整流电路C1L2VDR2L1VD第88页/共105页当电感电流连续时，倍流整流电路在1个开关周期内相继经历4个不同的开关状态。U2为变压器二次侧电压，变压器二次同名端电压为正时，u2为正。2u1Li2Li21LLii1LU2LUSTST20t1t2t3t4t倍流电路的波形开关状态1(u2为正)C1L2VDR2L1VD2u1Li2Lit0-t1时段：电路处于开关状态1，变压器二次电压u2为正，二极管VD1通，VD2断，电感L1的电流经VD1续流，iL1线性下降，电感L2的电流流过变压器二次绕组， iL2线性增长。+第89页/共105页开关状态2(u2为零)C1L2VDR2L1VD2u1Li

47、2Lit1-t2时段：电路处于开关状态2，u2为零，二极管VD1和VD2均为通态，电感L1和L2均为续流状态，电流iL1和 iL2均线性下降。2u1Li2Li21LLii1LU2LUSTST20t1t2t3t4t倍流电路的波形第90页/共105页开关状态3(u2为负)C1L2VDR2L1VD2u1Li2Lit2-t3时段：电路处于开关状态3，变压器二次电压u2为负，二极管VD2通，VD1断，电感L2的电流经VD2续流，iL2线性下降，电感L1的电流流过变压器二次绕组， iL1线性增长。2u1Li2Li21LLii1LU2LUSTST20t1t2t3t4t倍流电路的波形第91页/共105页开关状态4(u2为零)C1L2VDR2L1VD2u1Li2Lit3-t4时段：电路处于开关状态4，u2为零，二极管VD1和VD2均为通态，电感L1和L2均为续流状态，电流iL1和 iL2均线性下降。2u1Li2Li21LLii1LU2LUST