DCDc模块常见电路拓扑.ppt

1、DC/DC模块电源常用的电路形式,开关电源功率电路分析要点,电容的电压不能突变, 电感的电流不能突变 流经电容的电流平均值为零, 电感两端电压的平均值为零 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 电容恒流充电的公式为 , 电感恒压储能的公式为 变压器与电感的伏秒积必须平衡,Buck-Boost电路工作原理：,Vin,Vo,D,L,Io,S1,S1 S2,UL,IL,Vin,-Vo,Io,D,1-D,T,根据L的伏秒平衡原则：,Vin*DT=(Vo+2Vd)*(1-D)T,Vo=Vin *D/(1-D)-2Vd,L*Io=(Vo-2Vd)(1- D)T,Vds1,根据

2、L在(1-D)T时间的基本方程：,Io=(Vo-2Vd)(1-D)T/L,D,S2,Vds2,Vin,Vo,Vo/Vin =D/(1-D),Buck-Boost电路的输入输出关系：,三种基本的非隔离开关电源：,Vin,Vo,L,Io,S,D,Vin,Vo,D,L,Io,S1,D,S2,Vin,Vo,D,L,Io,S,Vo=Vin *D/(1-D),Vo=Vin *D,Vo=Vin /(1-D),VoVin, 降压型电路,VoVin, 升压型电路,VoVin 当D0.5 升降压型电路,三种基本的隔离开关电源：,Vin,Vo,S,Lm,D,Vin,Vo,L,S,D1,D2,Vin,Vo,L,S1,

3、D1,D2,S2,正激型变换器,反激型变换器,桥式变换器,反激变换器（Flyback）工作原理 （电流连续模式）：,Vgs,ID,Vds,D,1-D,T,Ip,Io,Vin,Vin+nVo,根据变压器的伏秒平衡：,Im,Io,Vin,Vo,G,D S,Lm,D,n:1,Co,VL,Vin,-nVo,ID-p,反激变换器（Flyback）工作原理 （电流断续模式）：,Vgs,ID,Vds,D,1-D,T,Io,Vin,Vin+nVo,根据变压器的伏秒平衡：,Im,Io,Vin,Vo,G,D S,Lm,D,n:1,Co,VL,Vin,-nVo,ID-p,-nVo,根据能量守恒：,反激变换器（Fly

4、back）工作原理：,Vgs,ID,Vds,D,1-D,T,Ip,Io,Vin,Vin+nVo,Im,Vr,VL,Vin,-nVo,ID-p,Vr=？,Io,Vin,Vo,G,D S,Lm,D,n:1,Lk,Co,反激变换器（Flyback）工作原理：,Io,Vin,Vo,G,D S,Lm,D,n:1,Lk,Co,Vc,Vc,R,Ploss=(Vc-Vin)2/R,Ploss=(Vc)2/R,反激变换器（Flyback）工作原理：,Vgs,ID,Vds,D,1-D,T,Ip,Io,Vin,Vin+nVo,Im,Vr,ICo,ID-p,Vo=？,Io,Vin,Vo,G,D S,Lm,D,n:1,

5、Lk,Co,-Io,Vo,根据Co在DT时间的基本方程：,反激变换器（Flyback）工作原理：,Vin,Vo1,G,Lm,Np,Lk,Vo2,Ns2,Ns1,多路输出的反激变换器：,减小交叉调整率的措施： 尽量减少两个绕组之间的漏感。 在辅助输出一路中加入尖峰抑制器（饱和电感） 主路输出工作于电流连续模式。 采用双路加权反馈的控制方式,反激变换器（Flyback）特征总结：,Vin,Vo1,G,Lm,Np,Lk,Vo2,Ns2,Ns1,缺点： 输出纹波电流大。 输出控制特性非线性。 通常需要辅助的吸收回路。 转换效率较低。,优点： 电路简单。 输入电压范围广。 容易实现多路输出。,谐振复位正

6、激变换器（Resonant Reset Forward)：,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,D S,Vgs,IL,Vds,D,1-D,T,Ip,VL,Io,Vin/n-Vo,-Vo,Im,Vin,IL,IL,Lm,Lk,Cr,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t0, t1,t5,谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)：,Io,n:1,Vin,Vo,L,G,D S,Vgs,IL,Vds,D,1-D,T,Ip,VL,Io,Vin/n-Vo,-Vo,Im,Vin,IL,IL,Lm,Lk,Cr,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t1, t2,t5,谐振复位正激变换

7、器（Resonant Reset Forward)：,Io,n:1,Vin,Vo,L,G,D S,Vgs,IL,Vds,D,1-D,T,Ip,VL,Io,Vin/n-Vo,-Vo,Im,Vin,IL,IL,Lm,Lk,Cr,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t2, t3,t5,谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)：,Io,n:1,Vin,Vo,L,G,D S,Vgs,IL,Vds,D,1-D,T,Ip,VL,Io,Vin/n-Vo,-Vo,Im,Vin,IL,IL,Lm,Lk,Cr,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t3, t4,t5,Lm,Cr的选取原则：,

8、谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)：,Io,n:1,Vin,Vo,L,G,D S,Vgs,IL,Vds,D,1-D,T,Ip,VL,Io,Vin/n-Vo,-Vo,Im,Vin,IL,IL,Lm,Lk,Cr,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t4, t5,t5,(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（Resonant Reset Forward)特征：,Vin,Vo,Cr,缺点： 原边开管电压应力较高。 谐振电容的损耗大。 宽范围输入效率很难兼顾。,优点： 电路简单。 线性输出控制特性。 不需要

9、辅助的吸收回路。,Vin,Vo,Cr,Vin,Vo,Cr,S1, S2,Vp,Vin,D,Vds1,0,0,50% Duty Cycle ZVS for Low side switch,Exciting,Reset,Resonant Reset Dual Switch Forward,Vin,L,S2,S1,Sa1,Cr,D1,D2,有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)：,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,D S,Sa,IL,Vds,D,T,Ip,VT,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,IL,IL,Lm,Lk,Cr,t0,t1,t2,t3,t4,Ip

10、,t0, t1,t5,S1,S1,Sa,1-D,+ VT -,有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)：,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,D S,Sa,IL,Vds,D,Ip,VT,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,IL,IL,Lm,Lk,- Vc +,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t1, t2,t5,S1,S1,Sa,1-D,+ VT -,* 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（Active Clamped Forward)：,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,D S,Sa,IL,Vds,D,Ip,VT

11、,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,IL,IL,Lm,Lk,- Vc +,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t2, t3,t5,S1,S1,Sa,1-D,+ VT -,Sa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（Active Clamped Forward)：,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,D S,Sa,IL,Vds,D,Ip,VT,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,IL,IL,Lm,Lk,- Vc +,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t3, t4,t5,S1,S1,1-D,+ VT -,激磁电流反向，变压器被复位,有源钳位正激

12、变换器（Active Clamped Forward)：,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,D S,Sa,IL,Vds,D,Ip,VT,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,IL,IL,Lm,Lk,- Vc +,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t4, t5,t5,S1,S1,Sa,1-D,+ VT -,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（Active Clamped Forward)：,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,D S,Sa,IL,Vds,D,Ip,VT,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,IL,IL,Lm,Lk,- Vc +,t

13、0,t1,t2,t3,t4,Ip,t5, t6,t5,S1,S1,Sa,1-D,+ VT -,t5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（Active Clamped Forward)：,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,D S,Sa,IL,Vds,D,Ip,VT,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,IL,IL,Lm,Lk,- Vc +,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t5,S1,S1,Sa,1-D,+ VT -,t6=t0,(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T,根据电感的伏秒平衡：,Vo=VinD/n,VinD

14、T=Vc(1-D)T,根据变压器的伏秒平衡：,Vc=VinD/(1-D),Vds=Vc+Vin,Vds=Vin/(1-D),有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)：,Vc=VinD/(1-D),Vds=Vin/(1-D),Vin,有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)特征：,Vin,Vo,Vin,Vo,Vin,Vo,Sa,Sa,Sa,缺点： 钳位电压建立较慢，启动过程变压器易偏磁。 对输入电压的动态响应慢。,优点： 变压器最优化复位（电压应力低）。 输入电压范围宽。 线性输出控制特性。 不需要辅助的吸收回路。,有源钳位正激变换器（Acti

15、ve Clamped Forward)：,Vin,Vo,L,S1,D1,D2,S2,半桥变换器,桥式变换器（Bridge Type Converter)：,Vin,Vo,L,S1,D1,D2,S2,全桥变换器,Vin,Vo,L,S1,D1,D2,S2,推挽变换器,Vin,Vo,S1,D2,S2,半桥变换器（倍流整流）,Vin,Vo,Lo,S1,D1,D2,S2,桥式变换器（Bridge Type Converter)：,n:1+1,Lm,Lk,Ip,Io,C,B,VT,S1,IL,Vds1,D,Ip,VT,Io,Vin/2n,-Vin/2n,Im,Vin,IL,t0,t1,t2,t3,t4,t

16、5,S2,D,t6=t0,T/2,T/2,Vc,t0, t1,变换器正半周工作，Ip, Im增加；Vc减少。,C1,C1,Vin,Vo,Lo,S1,D1,D2,S2,桥式变换器（Bridge Type Converter)：,n:1+1,Lm,Lk,Ip,Io,B,VT,S1,IL,Vds1,D,Ip,VT,Io,Vin/2n,-Vin/2n,Im,Vin,IL,t0,t1,t2,t3,t4,t5,S2,D,t6=t0,T/2,T/2,Vc,C1,C,C1,Vin/2,t1, t2,S1关断，变压器副边续流，原边漏感能量被S2体二极管钳位。,Vin,Vo,Lo,S1,D1,D2,S2,桥式变换

17、器（Bridge Type Converter)：,n:1+1,Lm,Lk,Ip,Io,B,VT,S1,IL,Vds1,D,Ip,VT,Io,Vin/2n,-Vin/2n,Im,Vin,IL,t0,t1,t2,t3,t4,t5,S2,D,t6=t0,T/2,T/2,Vc,C1,C,C1,Vin/2,t2, t3,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。,Vin,Vo,Lo,S1,D1,D2,S2,桥式变换器（Bridge Type Converter)：,n:1+1,Lm,Lk,Ip,Io,A,B,S1,IL,Vds1,D,Ip,VT,Io,Vin/2n,-

18、Vin/2n,Im,Vin,IL,t0,t1,t2,t3,t4,t5,S2,D,t6=t0,T/2,T/2,Vin/2,VT,Vc,t3, t4,变换器负半周工作，Ip, Im减少；Vc增加。,Vin,Vo,Lo,S1,D1,D2,S2,桥式变换器（Bridge Type Converter)：,n:1+1,Lm,Lk,Ip,Io,A,B,S1,IL,Vds1,D,Ip,VT,Io,Vin/2n,-Vin/2n,Im,Vin,IL,t0,t1,t2,t3,t4,t5,S2,D,t6=t0,T/2,T/2,Vin/2,VT,Vc,t4, t5,S2关断，变压器副边续流，原边漏感能量被S1体二极管钳位。,Vin,Vo,Lo,S1,D1,D2,S2,桥式变换器（Bridge Type Converter)：,n:1+1,Lm,Lk,Ip,Io,B,VT,S1,IL,Vds1,D,Ip,VT,Io,Vin/2n,-Vin/2n,Im,Vin,IL,t0,t1,t2,