带隔离变压器的直流变换器

会计学1带隔离变压器的直流变换器2单端反激式变换器(Flyback)(1)电路构成T、Q、D、C、QON时:D截止，电感储能QOFF时:D导通，电感释能(2)工作过程能量不能突变：磁通不能突变电感电流不能突变第1页/共40页3单端反激式变换器QON时:同名端为“+”，D截止电感变压器作电感运行电感储能输出负载由电容提供能量若电感L1是线性的，则第2页/共40页4单端反激式变换器QOFF时:同名端为“-”D导通电感储存能量向电容和负载提供若电感L2是线性的，则第3页/共40页5

磁通：垂直于某一面积所通过的磁力线总数磁物理量

定义：

磁场强度H：描述磁场的力的性质的物理量，完全只是反映磁场来源的属性，与磁介质没有关系

磁感应强度B：是描述磁场的力的性质的物理量，反映磁场来源的属性，与磁介质的属性

磁导率μ：表征磁介质磁性的物理量

关系式

在变压器中，而第4页/共40页6()单端反激式变换器状态分析在稳态时，转换瞬间磁通连续：此外，电感与匝数的平方成正比代入前式第5页/共40页7单端反激式变换器的同名端变化对于反激式变换器，在一个周期内，可以自动完成磁复位。如果将反激式变换器的变压器同名端改为相同端，则不能完成磁复位！第6页/共40页8变压器的磁复位

在晶体管导通时，输入电流包含负载电流折射分量i2’和磁化电流分量im

磁化电流im将能量储存在变压器磁芯中

问题：当晶体管关断时，没有磁场泄放回路，会造成过大的电压应力；并且导致铁心饱和,危害功率器件

解决方法：变压器额外加上复位绕组N3和二极管Ｄ2第7页/共40页9正激式变换器的电路变化BUCK变换器带变压器隔离BUCK变换器带磁复位正激式变换器输入输出间无法隔离变压器无法实现磁复位第8页/共40页10正激式变换器(1)电路构成T、Q、LCD1、D2、D3第9页/共40页11正激式变换器QON时:D1导通，传递能量QOFF时:D1截止，磁复位，D3续流实际上和降压变压器工作方式类似变压器次级输出端：（2）工作过程

输入输出关系式中，变比n＝N1/N2第10页/共40页12第11页/共40页13

特点:变压器双向磁化，利用率高，输出交流脉冲常用电路有:推挽，半桥，桥式适合DC/AC，DC/DC，中大功率应用：交流电机调速，UPS，DC/DC电源等多晶体管功率变换器第12页/共40页14

电路结构：

原边：两桥臂：C1Q1、C2Q2C1C2是两个大容量电容半桥电路副边：N2N3匝数相等全波整流电路：（两桥臂）D1、D2；用LC滤波电路输出

假设：由于C1、C2容量较大，可近似认为电容中点电位为Ui/2第13页/共40页15工作模态1Q1导通时：（ton）原边：C1放电，C2充电u1＝＋Ui/2，uQ2＝＋Ui副边：D1导通，电感储能，电容充电u2＝＋nUi/2，uD2＝－nUi第14页/共40页16工作模态2Q1关断，Q2未导通时:(tof)原边：没有电流uQ1＝uQ2＝＋Ui/2副边：D1D2同时导通，各自承担电感电流的一半，电感释能第15页/共40页17工作模态3Q2导通时：（ton）原边：C2放电，C1充电u1＝-Ui/2，uQ1＝＋Ui副边：D2导通，电感储能，电容充电u3＝-nUi/2，uD1＝－nUi第16页/共40页18Q2关断，Q1未导通时:(tof)原边：没有电流uQ1＝uQ2＝＋Ui/2副边：D1D2同时导通，电感释能工作模态4第17页/共40页19当电路稳态工作时，副边回路应满足即整理得数量关系（）结论：通过调节占空度，可以调节输出电压的大小第18页/共40页20半桥电路工作状态小结

原边：

Q1、Q2交替导通，在u1侧得到幅值为Ui/2的交流电压

C1、C2充放电时间各为T/2

副边是一个全波电路，用LC滤波电路输出

D1、D2轮流工作，当Q1和Q2都关断时，D1D2各自承担电感电流的一半晶体管承受的最高电压为Ui，二极管承受的最高电压为nUiQ1Q2各自的ton不能超过周期的50%第19页/共40页21

变压器不存在直流磁化问题半桥电路工作状态小结若Q1、Q2导通关断时间对称

若Q1、Q2导通关断时间不对称

C1、C2的隔直作用，能自动平衡不对称直流分量第20页/共40页22推挽功率电路

电路结构：

原边：具有中间抽头的变压器副边：全波整流电路：（两桥臂）D1、D2；用LC滤波电路输出第21页/共40页23工作模态1Q1导通时：（ton）原边：u1＝＋Ui，uQ2＝＋2Ui副边：D1导通，电感储能u2＝＋nUi，uD2＝－2nUi第22页/共40页24工作模态2Q1关断，Q2未导通时:(tof)原边：没有电流uQ1＝uQ2＝＋Ui副边：D1D2同时导通，电感释能第23页/共40页25Q2导通时：（ton）原边：u1＝－Ui，uQ2＝＋2Ui副边：D2导通，电感储能u2＝－nUi，uD1＝－2nUi工作模态3第24页/共40页26工作模态4Q2关断，Q1未导通时:(tof)原边：没有电流uQ1＝uQ2＝＋Ui副边：D1D2同时导通，电感释能第25页/共40页27当电路稳态工作时，副边回路应满足即整理得数量关系（）结论：通过调节占空度，可以调节输出电压的大小第26页/共40页28

原边：

Q1、Q2交替导通，在u1侧得到幅值为Ui的交流电压副边是一个全波电路，用LC滤波电路输出

D1、D2轮流工作，当Q1和Q2都关断时，D1D2各自承担电感电流的一半晶体管承受的最高电压为2Ui，二极管承受的最高电压为2nUiQ1Q2各自的ton不能超过周期的50%推挽电路工作小结第27页/共40页29

在理想情况下，元器件和导通时间是完全对称的，那么变压器中正负电流也是完全对称的，变压器没有直流磁化问题

在实际情况中，导通时间和元器件不可能完全对称，那么变压器中的正负电流也不可能完全对称，因此会存在直流分量，造成磁路饱和，解决办法：可以在原边回路中串联一个电容，以阻断直流电流推挽电路工作小结第28页/共40页30推挽电路对变压器的要求（2）原边除了与副边良好耦合外，N1与N1‘之间也必须紧耦合。否则因存在漏感，就会产生很高的尖峰电压，使晶体管损坏（3）实际中N1与N1’不可能完全耦合，总有一些漏感，在转换时引起电压尖峰，实际选取晶体管的U（BR）ces比Uce＝2Ui决定值要大，因此推挽电路一般适用于低输入电压场合（1）推挽电路必须良好的对称。如果正负脉冲宽度或幅值稍有不对称，或初级线圈不对称，就会产生直流磁化分流－－偏磁而导致铁心饱和第29页/共40页31

电路结构：

原边：变压器接在两个桥臂的中点副边：单相桥式电路，用LC滤波电路输出全桥功率电路Q1、Q4一组，Q2、Q3一组交替导通

两个桥臂晶体管的驱动信号相差180°工作原理第30页/共40页32工作模态1Q1、4导通时：（ton）原边：u1＝＋Ui，uQ2、3＝＋Ui副边：D1、4导通，电感储能u2＝＋nUi，uD2、3＝－nUi第31页/共40页33工作模态2Q1、2、3、4都关断时：（tof）原边：没有电流副边：D1、2、3、4导通，电感释能u2＝0，iD1、2、3、4＝iL/2第32页/共40页34工作模态3Q2、3导通时：（ton）原边：u1＝-Ui，uQ1、4＝＋Ui副边：D2、3导通，电感储能u2＝-nUi，uD1、4＝－nUi第33页/共40页35工作模态4Q1、2、3、4都关断时：（tof）原边：没有电流副边：D1、2、3、4导通，电感释能u2＝0，iD1、2、3、4＝iL/2第34页/共40页36数量关系当电路稳态工作时，副边回路应满足整理得（）结论：通过调节占空度，可以调节输出电压的大小第35页/共40页37全桥功率电路工作小结

原边：

Q1、Q2交替导通，在u1侧得到幅值为Ui的交流电压副边是一个全波电路，用LC滤波电路输出

D1、D2轮流工作，当Q1和Q2都关断时，D1D2各自承担电感电流的一半晶体管承受的最高电压为Ui，二极管承受的最高电压为nUiQ1Q2各自的ton不能超过周期的50%第36页/共40页38

在理想情况下，元器件和导通时间是完全对称的，那么变压器中正负电流也是完全对称的，变压器没有直流磁化问题

在实际情况中，导通时间和元器件不可能完全对称，那么变压