DC-DC模块电源常用的电路形式

1、开关电源功率电路分析要点开关电源功率电路分析要点1.电容的电压不能突变, 电感的电流不能突变2.流经电容的电流平均值为零, 电感两端电压的平均值为零3.理想变压器电压与匝数成比且同名同极性, 电流与匝数成反比且点进点出4.电容恒流充电的公式为 , 电感恒压储能的公式为5.变压器与电感的伏秒积必须平衡TIUC*TUIL*Buck-Boost电路工作原理：电路工作原理：VinVoDLIoS1S1S2ULILVin-VooIIoD1-DT根据L的伏秒平衡原则：Vin*DT=(Vo+2Vd)*(1-D)TVo=Vin *D/(1-D)-2VdL*Io=(Vo-2Vd)(1- D)TVds1根据L在(1

2、-D)T时间的基本方程：Io=(Vo-2Vd)(1-D)T/LDS2Vds2VinVo00.10.20.30.40.50.60.70.80.91012345678910Vo D()DVo/Vin =D/(1-D)Buck-Boost电路的输入输出关系：电路的输入输出关系：三种基本的非隔离开关电源：三种基本的非隔离开关电源：VinVoLIoSDVinVoDLIoS1DS2VinVoDLIoSVo=Vin *D/(1-D)Vo=Vin *DVo=Vin /(1-D)VoVin, 升压型电路VoVin, 当DVin 当D0.5 升降压型电路三种基本的隔离开关电源：三种基本的隔离开关电源：VinVoS

3、LmDVinVoLSD1D2VinVoLS1D1D2S2正激型变换器反激型变换器桥式变换器反激变换器（反激变换器（Flyback）工作原理工作原理 （电流连续模式）：（电流连续模式）：VgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nV o根据变压器的伏秒平衡：ImIoVinVoGDSLmDn:1TDnVoDTVin)1 (*)1 (*DnDVinVoCoVLVin-nVonVoVinVds)1 (DVinVdsID-p反激变换器（反激变换器（Flyback）工作原理工作原理 （电流断续模式）：（电流断续模式）：VgsIDVdsD1-DTIoVinVin+nV o根据变压器的伏秒平衡：ImIo

4、VinVoGDSLmDn:1)1 (*DnDVinVoCoVLVin-nVoID-p-nVoVoVo TRVoLmIp2221根据能量守恒：LmVinDTIpVinDLmRTVo2反激变换器（反激变换器（Flyback）工作原理：工作原理：VgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nV oImVrVLVin-nVo221221LkIpCdsVr nIIppDID-p21DopDIDIIVr=？IoVinVoGDSLmDn:1LkCoLmTDVoID/)1 ( IpCdsLkVr*反激变换器（反激变换器（Flyback）工作原理：工作原理：IoVinVoGDSLmDn:1LkCoVcVcR

5、Ploss=(Vc-Vin)2/RGDSLkVcRPloss=(Vc)2/R反激变换器（反激变换器（Flyback）工作原理：工作原理：VgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nV oImVrICoID-pVo=？IoVinVoGDSLmDn:1LkCo)1/(DIIIopDCo-IoVoDTIVCOOCDTIVOO/根据Co在DT时间的基本方程：反激变换器（反激变换器（Flyback）工作原理：工作原理：VinVo1GLmNpLkVo2Ns2Ns1多路输出的反激变换器：多路输出的反激变换器：)1 (*11DNpDVinNsVo)1 (*22DNpDVinNsVo减小交叉调整率的措施：

6、减小交叉调整率的措施：1.尽量减少两个绕组之间的漏感。2.在辅助输出一路中加入尖峰抑制器（饱和电感） 3.主路输出工作于电流连续模式。4.采用双路加权反馈的控制方式反馈控制反激变换器（反激变换器（Flyback）特征总结：特征总结：VinVo1GLmNpLkVo2Ns2Ns1缺点：缺点：1.输出纹波电流大。2.输出控制特性非线性。3.通常需要辅助的吸收回路。4.转换效率较低。反馈控制优点：优点：1.电路简单。2.输入电压范围广。 3.容易实现多路输出。谐振复位正激变换器（谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)：Ion:1VinVoLoGDSVgsILVdsD1-DT

7、IpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt0, t1t5LmVinDTIm/LoDTVonVinIL/)/(LmPInII谐振复位正激变换器（谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)：Ion:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt1, t2t5LmLkIIVVmpc211VcV谐振复位正激变换器（谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)：Ion:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-

8、DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt2, t3t51VcVcVrminCLDTV2谐振复位正激变换器（谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)：Ion:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt3, t4t5LmCrtt 14Lm,Cr的选取原则：22max2)1 (1*TDCrLm谐振复位正激变换器（谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)：Ion:1VinVoLGDSVgsIL

9、VdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt4, t5t5(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T根据电感的伏秒平衡：Vo=VinD/n谐振复位正激变换器（谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)特征：特征：VinVoCr缺点：缺点：1.原边开管电压应力较高。2.谐振电容的损耗大。3.宽范围输入效率很难兼顾。优点：优点：1.电路简单。2.线性输出控制特性。3.不需要辅助的吸收回路。 VinVoCrVinVoCrS1, S2VpVinDVds100 50% Duty Cycle ZVS for Low

10、 side switchExcitingResetResonant Reset Dual Switch ForwardVinLS2S1Sa1CrD1D2有源钳位正激变换器（有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)：Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDTIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt0, t1t5LmVinDTIm/LoDTVonVinIL/)/(LmPInIIS1S1Sa1-D+VT-有源钳位正激变换器（有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)：Ion:1VinVoLo

11、GDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt1, t2t5LkIpttVcIm)() 12(S1S1Sa1-D+VT-VcLknIott/*)/() 12(1td2td* 副边电压的死区跟Lk和Io有关，跟原边开管的死区无关有源钳位正激变换器（有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)：Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt2, t3t5S1S1Sa1-D+VT-) 12(1tttd1td2

12、tdSa在零电压条件下开通* 原边开管的死区时间需满足：有源钳位正激变换器（有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)：Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt3, t4t5S1S1Sa1-D+VT-1td2td激磁电流反向，变压器被复位LmTDVcIm/)1 ( 有源钳位正激变换器（有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)：Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0

13、t1 t2 t3t4Ipt4, t5t5S1S1Sa1-D+VT-1td2td激磁电流对主开关的输出电容放电。t6=t0有源钳位正激变换器（有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)：Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt5, t6t5S1S1Sa1-D+VT-1td2tdt5时刻副边二极管钳位主开关的输出电容放电结束。t6时刻新的周期开始t6=t0有源钳位正激变换器（有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)：Ion:1VinVoLoGDS

14、SaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt5S1S1Sa1-D+VT-1td2tdt6=t0(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T根据电感的伏秒平衡：Vo=VinD/nVinDT=Vc(1-D)T根据变压器的伏秒平衡：Vc=VinD/(1-D)Vds=Vc+VinVds=Vin/(1-D)有源钳位正激变换器（有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)：00.10.20.30.40.50.60.70.80.91012345678910Vc D()Vds D()DVc=VinD/(1-D)Vds=V

15、in/(1-D)Vin有源钳位正激变换器（有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)特征：特征：VinVoVinVoVinVoSaSaSa缺点：缺点：1.钳位电压建立较慢，启动过程变压器易偏磁。2.对输入电压的动态响应慢。优点：优点：1.变压器最优化复位（电压应力低）。2.输入电压范围宽。3.线性输出控制特性。4.不需要辅助的吸收回路。 有源钳位正激变换器（有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)： Asymmetrical Full Bridge DC/DC ConverterVinVoLS1D1D2S2半桥变换器桥式变换器（桥式变换器（Br

16、idge Type Converter)：VinVoLS1D1D2S2全桥变换器VinVoLS1D1D2S2推挽变换器VinVoS1D2S2半桥变换器（倍流整流）VinVoLoS1D1D2S2桥式变换器（桥式变换器（Bridge Type Converter)：n:1+1LmLkIpIoCBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2Vct0, t1变换器正半周工作，Ip, Im增加；Vc减少。LmDTVinIm/2) 12/()/(CDTnIoVcC1C1VinVoLoS1D1D2S2桥式变换器（桥式变换

17、器（Bridge Type Converter)：n:1+1LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2VcC1CC1Vin/2t1, t2S1关断，变压器副边续流，原边漏感能量被S2体二极管钳位。VinVoLoS1D1D2S2桥式变换器（桥式变换器（Bridge Type Converter)：n:1+1LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2VcC1CC1Vin/2t2, t3

18、S1，S2全部关断，变压器副边续流，Lm保持不变，D1,D2电流之差为Lm。VinVoLoS1D1D2S2桥式变换器（桥式变换器（Bridge Type Converter)：n:1+1LmLkIpIoABS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2Vin/2VTVct3, t4变换器负半周工作，Ip, Im减少；Vc增加。LmDTVinIm/2) 12/()/(CDTnIoVc VinVoLoS1D1D2S2桥式变换器（桥式变换器（Bridge Type Converter)：n:1+1LmLkIpIoABS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2Vin/2VTVct4, t5S2关断，变压器副边续流，原边漏感能量被S1体二极管钳位。VinVoLoS1D1D2S2桥式变换器（桥式变换器（Bridge Type Converter)：n:1+1LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2VcC1CC1Vin/2t5,