正激变换器简明设计

1、主讲人：主讲人：夏洪斌夏洪斌1、优点和缺点优点和缺点 2、基本电路结构、基本电路结构 3、直流直流-直流变换器基本拓扑直流变换器基本拓扑 4、几种复位方式及其比较、几种复位方式及其比较5、变压器设计、变压器设计6、耦合电感设计及次级叠加方式、耦合电感设计及次级叠加方式一、优点和缺点 1、优点：结构简单，驱动电路简单，输出纹波电流小适用于低电压大电流输出，易于多路输出，可靠性高。 2、缺点：变压器单向励磁，利用率低，EMI不好处理，并联工作需要均衡电路。正激变换器基本结构图直流斩波器及其分类依直流斩波器的功能可以分为：依直流斩波器的功能可以分为：功率功率控制型控制型、调压型调压型、调阻型调阻型等

2、等等等 按直流斩波器输入输出电压间关系可按直流斩波器输入输出电压间关系可以分为：当以分为：当U Uo o大于大于U Uinin时，称其为时，称其为升压斩升压斩波器波器(Boost Converter )(Boost Converter )；当；当U Uo o既可以既可以小于小于U Uinin也可以大于大于也可以大于大于U Uinin时，称其为反时，称其为反转斩波器或转斩波器或升降压斩波器升降压斩波器（Buck-Boost Buck-Boost Converter Converter ） 按斩波开关所采用的器件分类：按斩波开关所采用的器件分类：BJTBJT斩波器、斩波器、MOSFETMOSFET

3、斩波器、斩波器、IGBTIGBT斩波器、斩波器、ThyristorThyristor斩波器斩波器等等等等 按直流电源与负载间的能量传递关系按直流电源与负载间的能量传递关系对斩波器分类对斩波器分类 ：输出电压和电流皆不：输出电压和电流皆不可逆的称为可逆的称为单象限斩波器单象限斩波器；仅输出电流；仅输出电流或输出电压可逆的称为或输出电压可逆的称为两象限斩波器两象限斩波器；输出电流和电压都可逆的称为输出电流和电压都可逆的称为四象限斩四象限斩波器波器 直流斩波电路的工作原理 降压斩波电路（Buck) 带纯电阻负载的降压斩波器工作原理 （a）主电路（b）输出电压、电流波形 tdsondtdsRTsRUT

4、tUdtUTdtuTuUonsR)(1100tdtdsTRsTRsRRRUdtRUTdtRuTdtiTiIIonss0001111tdddtsRRTsRRUdtRUUTdtiuTPons200)(11纯电阻负载纯电阻负载 由此可知，改变由此可知，改变导通比导通比，不仅能够控，不仅能够控制斩波器输出电压的大小，而且能够控制制斩波器输出电压的大小，而且能够控制其输出电流和输出功率的大小其输出电流和输出功率的大小 电阻电感性负载电阻电感性负载图 带电阻电感性负载的斩波器（a）主电路 （b）有关电压电流波形 在上图中，因负载是纯阻性的，所以斩波器的输出电流与在上图中，因负载是纯阻性的，所以斩波器的输出

5、电流与输出电压波形相似，且都有很大的脉动。若要使负载电流输出电压波形相似，且都有很大的脉动。若要使负载电流平滑化，需在原电路基础上增加平波电抗器平滑化，需在原电路基础上增加平波电抗器L L和续流二极管和续流二极管D DF F，如左图所示。，如左图所示。dtdsonRRUUTtUuuU00110101)1(1IUdtiTUdtiUTPdTsdTdsssSTRRSRodtiuTPP01tRdRdoIIUUUU1 （1 1）降压斩波器的输出电压平均值与输入电压之比，刚好等于斩波开）降压斩波器的输出电压平均值与输入电压之比，刚好等于斩波开关的导通时间与斩波周期之比。关的导通时间与斩波周期之比。改变导通

6、比改变导通比就可以控制斩波器的输出电压就可以控制斩波器的输出电压和电流的平均值。和电流的平均值。 （2 2）在负载电流连续且可略去电流纹波影响时，此斩波电路有类似于）在负载电流连续且可略去电流纹波影响时，此斩波电路有类似于变压器的规律：变压器的规律：电压比与电流比成反比，电压比与电流比成反比，其导通比则类似变压器的匝比其导通比则类似变压器的匝比k k。 （3 3）在上图的降压斩波电路中，由于电感的作用，使负载电流脉动减）在上图的降压斩波电路中，由于电感的作用，使负载电流脉动减小、乃至连续，这是实际负载所期望的。因此该电路也是最常用的。人们小、乃至连续，这是实际负载所期望的。因此该电路也是最常用

7、的。人们把包含斩波开关把包含斩波开关S S、电感、电感L L和续流二极管和续流二极管D DF F 的电路称为降压斩波器的主电路。的电路称为降压斩波器的主电路。 升压斩波电路升压斩波电路 升压斩波器的工作原理图图a)a)所示电路为升压斩波器主电路。当开关所示电路为升压斩波器主电路。当开关S S导通时，升压导通时，升压二极管二极管VDVD承受反向电压而截止，其等效电路如图承受反向电压而截止，其等效电路如图b)b)所示。所示。此时电源电压加在电感此时电源电压加在电感L L上，电感电流上，电感电流i iL L增长，电感增长，电感L L储能储能增加，与此同时电容增加，与此同时电容C C向负载供电，电容电

8、压下降。当开关向负载供电，电容电压下降。当开关S S关断时，电感电流关断时，电感电流i iL L下降，电感下降，电感L L的感应电势改变极性，的感应电势改变极性，与电源电压叠加，强迫升压二极管与电源电压叠加，强迫升压二极管VDVD导通，电源和电感同导通，电源和电感同时为负载供电和向电容时为负载供电和向电容C C充电，由此得到一个比电源电压还充电，由此得到一个比电源电压还高的输出电压，其等效电路如图高的输出电压，其等效电路如图c c）所示。）所示。 dtdonssdoffsUUtTTUtTU110LtsLoffDoITItII)1 (LdLtdtoIUIUIU)1 (110 改变导通比 ，输出电

9、压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0 1/2时为降压，当1/2 1时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路。也有文献直接按英文称之为buck-boost 变换器（Buck-Boost Converter）。 图b中给出了电源电流i1和负载电流i2的波形，设两者的平均值分别为I1和I2，当电流脉动足够小时，有: VDotb)ERLa)CVoti1i2uLuoILi1i2tontoffILILoffon21ttII图 升降压斩波电路及其波形a）电路图 b）波形由上式可得： 如果V、VD为没有损耗的理想开关时，则 其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。1121IIttIonoff2o

10、1IUEI 三绕组复位特点 一般选择复位绕组匝数与主绕组匝数相等DBsat 则调整设计 计算NscsABrBmTDVdcNp)(max)(min)BsatBrNpATDVdcBmcs(max)(min)NNpNs耦合电感设计已知:Vo1 Io1max Io1min Vo2 Io2max Io2min Fs=70K计算最大和最小占空比(max)(min)dcfoVVVND(min)(max)dcfoVVVND计算I：计算等效电感（临界感量Lo）计算最大等效电流Imax计算最大等效峰值电流Ipk)(22121ooooINNIITDVVLoLfomin)1)()(Im1221NoNoooIIax)(Im2IpkaxI计算储存能量：确定电感尺寸确定圈数由电压比确定另一输出圈数22LIpkEng )(*10*2*44cmJkBEngAcWaApumALLoNNLos*1000112101202)()(ssddNNVVVV功率MOS管 电压应力： BVdssVdc(max)(1+Np/Nr) 电流应力：LpTsDVdcNIoIoIDmax(min)(min)(max) 整流二极管的选择(max)*)(VdcNpNsVrrmmax(max)(DIoavgIo(min)(max)IoIoIFS