电力电子技术 第十讲第三章学习资料

电力电子技术PowerElectronics3.4变压器隔离型DC/DC变换器基本的DC/DC变换器输出与输入之间存在直接电联系输入电压一般从电网直接经整流滤波取得，输出直接给负载供电，若输出电压等级与输入电压等级相差太大，势必影响调节控制范围造成了供电负载与电网电压之间的直接电联系目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器3.4变压器隔离型DC/DC变换器为了解决这一问题，通常有两种办法：方法·1·电压等级合适的工频交流电压所需直流电压电网电压工频变压器整流滤波目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器3.4变压器隔离型DC/DC变换器为了解决这一问题，通常有两种办法：方法·2·

其中从初级直流电压到负载所需要的直流电压的变换称隔离型DC/DC变换整流滤波斩波或逆变电路高频变压器整流滤波负载所需要的直流电压合适电压等级的高频交流电高频的脉冲或交流电初级直流电压电网电压目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器3.4.1隔离型Buck变换器－单端正激式变换器

基本的Buck变换器如图3-13a所示A－O点之间的电压波形为方波，如图3-13b所示目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器3.4.1隔离型Buck变换器－单端正激式变换器

图3-14隔离型Buck变换器将这一方波电压接到变压器T的原边，则副边也将输出相同形状的方波变压器副边输出接整流滤波电路，就可以得到隔离型Buck变换器，这种变换器的变压器原、副边同时工作，故也称为单端正激（Forward）变换器，如图3-14所示目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器对于隔离型Buck变换器，由于加在变压器原边是单方向的脉冲电压，当VT导通时，原边线圈加正向电压并通以正向电流，磁芯中的磁感应强度将达到某一值，由于磁芯的磁滞效应，当VT关断时，线圈电压或电流回到零，而磁芯中磁通并不回到零，这就是剩磁通剩磁通的累加可能导致磁芯饱和，因此需要进行磁复位3.4.1隔离型Buck变换器－单端正激式变换器

目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器磁芯复位技术可以分成两种：把铁芯的剩磁能量自然地转移，在为了复位所加的电子元件上消耗掉，或者把残存能量馈送到输入端或输出端通过外部能量强迫铁芯磁复位隔离型Buck变换器大多采用将剩磁能量馈送到输入端的再生式磁芯复位方法进行磁复位3.4.1隔离型Buck变换器－单端正激式变换器目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器

将图3-14所示隔离型Buck变换器加上磁复位电路就构成了如图3-15（a）所示的带有磁复位电路的隔离型Buck变换器其中磁复位电路由绕组N3和箝位二极管VD2构成图3-14图3-15a)目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器3.4.1隔离型Buck变换器－单端正激式变换器3.4.1隔离型Buck变换器－单端正激式变换器

图3-15（b）带有磁复位电路的隔离型Buck变换器电路主要工作波形如图3-15，一个工作周期分为3个阶段（a）能量传递阶段

目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器3.4.1隔离型Buck变换器－单端正激式变换器

图3-15（b）带有磁复位电路的隔离型Buck变换器电路主要工作波形如图3-15，一个工作周期分为3个阶段（b）磁芯复位阶段

目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器3.4.1隔离型Buck变换器－单端正激式变换器

图3-15（b）带有磁复位电路的隔离型Buck变换器电路主要工作波形如图3-15，一个工作周期分为3个阶段（c）电感续流阶段目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器3.4.1隔离型Buck变换器－单端正激式变换器t0~t1阶段，能量传递阶段如图3-16(a)所示VT导通，经变压器耦合和二极管VD向负载传输能量此时，滤波电感L储能（a）能量传递阶段

目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器3.4.1隔离型Buck变换器－单端正激式变换器

（a）能量传递阶段

输出电压

（3-52）二极管VDn承受的反向电压

（3-53）目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器3.4.1隔离型Buck变换器－单端正激式变换器

t1~t2阶段，磁芯复位阶段如图3-16(b)所示VT截止，

N3承受上正下负的电压，N1N2将承受下正上负的电压，二极管VD截止电感L中产生的感应电势使续流二极管VD1导通，电感L中储存的能量通过二极管VD1向负载释放（b）磁芯复位阶段

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3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器变压器磁芯中的剩磁能量通过VD2和N3馈送到电源uo=0二极管VD承受的电压为：

开关管漏源（或集射）极之间承受的电压为：3.4.1隔离型Buck变换器－单端正激式变换器

（b）磁芯复位阶段

（3-54）（3-55）目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器3.4.1隔离型Buck变换器－单端正激式变换器

t2~t0阶段，电感续流阶段，如图3-16(c)所示变压器磁芯中的剩磁能量全部释放完毕，电感L中储存的能量继续通过二极管VD1向负载释放uo=0（c）电感续流阶段目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器3.4.1隔离型Buck变换器－单端正激式变换器隔离型Buck变换器－单端正激式变换器输出电压为：

式中：N1、N2分别为变压器原、副边绕组匝数；

Ui为变换器输入电压；D为功率管导通占空比；

输出电压仅决定于变换器输入电压、变压器的匝比和功率管的占空比，与负载电阻无关考虑：工作状态需要（磁复位需要）——占空比

n=N1/N2为变压器匝数比（3-51）目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器对Buck-Boost直流变换器如图3-17(a)，若将中间的电感改为隔离变压器，即可推出隔离型Buck-Boost变换器这种变换器副边是在功率管关断期间工作的，故亦称单端反激式（Fly-back）变换器，如图3-17(b)所示目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器3.4.2隔离型Buck－Boost变换器

－单端反激式变换器将图3-17(b)副边绕组重新排列整理后，如图3-17(c)所示

隔离型Buck-Boost变换器拓扑3.4.2隔离型Buck－Boost变换器

－单端反激式变换器目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器当VT导通时，电路的电流路径和N2绕组上的感应电压极性如图3-18(a)所示输入电压Ui加到变压器T的原边绕组N1上，二极管VD截止，副边绕组N2中没有电流流过电源输入的能量以磁能的形式储存于反激变压器（电感）中，该阶段为电感储能阶段目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器3.4.2隔离型Buck－Boost变换器

－单端反激式变换器当VT截止时，电路电流路径与N2绕组上的感应电压极性如图3-18(b)所示由于电感中电流方向不能突变，这时N2绕组上的感应电压使二极管VD导通反激变压器（电感）中储存的能量通过另一个绕组传输给负载，该阶段为电感释放能量阶段3.4.2隔离型Buck－Boost变换器

－单端反激式变换器目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器当电感中的能量全部释放完毕后电路电流途径与N2绕组上的感应电压极性如图3-18(c)所示

负载将全部由输出滤波电容供电该阶段为电容放电阶段目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器3.4.2隔离型Buck－Boost变换器

－单端反激式变换器

根据隔离型Buck-Boost变换器中能量转移的过程：在VT导通期间先由电源输入的能量以磁能的形式储存于反激变压器（电感）中；在VT截止期间再由反激变压器（电感）中储存的能量通过另一个绕组传输给负载；这种变换器也称为电感储能型隔离变换器

3.4.2隔离型Buck－Boost变换器

－单端反激式变换器目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器假设绕组N1的电感量为L1，绕组N2的电感量为L2设VT导通前流过N1电流为0，则VT导通期间流过N1的电流为:

若VT的导通时间为ton，则导通终了时，i1的幅值I1P为:

（3-56）（3-57）3.4.2隔离型Buck－Boost变换器

－单端反激式变换器目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器3.4.2隔离型Buck－Boost变换器

－单端反激式变换器

VT截止期间流过N2的电流为:其中Uo为输出电压，I2P为VT截止开始时流过N2的电流幅值:VT截止期间，变压器储能完全释放所需要的时间为:

（3-59）（3-60）目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器（3-58）根据功率管导通期间变压器（电感）储能在截止期间释放情况不同，单端反激式变换器有3种工作模式变压器磁通连续工作模式变压器磁通临界连续工作模式变压器磁通断续工作模式目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器3.4.2隔离型Buck－Boost变换器

－单端反激式变换器变压器磁通连续状态主要工作波形如图3-19(a)所示当VT截止时间较小时，toff<trel，在截止时间结束时刻电流i2大于零即I2min>0，在这种状态下，下一个周期开始VT重新导通时原边绕组的电流i1也不是从零开始，而是从I1min（I1min=I2min/n）起按Ui/L1的斜率线性上升目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器3.4.2隔离型Buck－Boost变换器

－单端反激式变换器电路经历了电感储能和电感能量释放两个阶段目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器3.4.2隔离型Buck－Boost变换器

－单端反激式变换器变压器磁通临界连续状态主要工作波形如图3-19(b)所示当VT的截止时间toff和绕组N2电流i2衰减到零所需要的时间相等时，即toff=trel，那么在VT截止时间终了时，绕组N2中的电流i2正好下降到零。在下一个周期VT重新导通时，N1中的电流i1从零开始，按(Ui/L1)t的规律线性上升目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器3.4.2隔离型Buck－Boost变换器

－单端反激式变换器电路经历了电感储能和电感能量释放两个阶段目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器3.4.2隔离型Buck－Boost变换器

－单端反激式变换器变压器磁通不连续状态主要工作波形如图3-19(c)所示当VT截止时间toff比绕组N2中电流i2衰减到零所需的时间更长，即toff

>trel时，副边电流i2及变压器磁通在VT截止时间toff以前便已经衰减到零。在下一个周期VT重新导通时，电流i1从零开始按(Ui/L1)t的规律线性上升目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器3.4.2隔离型Buck－Boost变换器

－单端反激式变换器

电路经历了电感储能、电感能量释放和电容供电三个阶段目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器3.4.2隔离型Buck－Boost变换器

－单端反激式变换器由于VT导通期间储存在变压器T中的能量为:每单位时间内电源供给的能量，即输入功率Pi为:输出功率Po为假定电路中没有损耗，全部功率都被负载吸收，则输出功率Po与输入功率Pi相等，可得目录学习指导3.1DC-DC变换器的基本结构

3.2DC-DC变换器换流及其特性分析3.3复合型DC-DC变换器3.4变压器隔离型DC-DC变换器

3.4.1隔离型Buck变换器-单端正激式变换器

3.4.2隔离型Buck-Boost变换器-单端反激式变换器

3.4.3隔离型Cuk变换器

3.4.4推挽式变换器

3.4.5全桥变换器

3.4.6半桥变换器3.4.2隔离型Buck－Boost变换器

－单端反激式变换器输出电压Uo为：