带隔离变压器的直流变换器[1].ppt

1、1,隔离DC-DC变换电路（DCACDC）,特点: 输入输出隔离；可以多路输出；可以升降压(远大于1或远小于1),分类： 单管 正激、反激 双管 推挽、半桥 四管 全桥,按输出来分 单端：正激、反激 双端：推挽、半桥、全桥,2,单端反激式变换器(Flyback),(1)电路构成,T、Q、D、C、,Q ON时: D截止，电感储能,Q OFF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,3,单端反激式变换器,Q ON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,4,单端反激式变换器,Q OFF

2、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,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：表征磁介质磁性的物理量,关系式,在变压器中，,而,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,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

3、同名端改为相同端，则不能完成磁复位！,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2,9,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,10,正激式变换器,(1)电路构成,T、Q、LC,D1、D2、D3,11,正激式变换器,Q ON时: D1导通，传递能量,Q OFF时: D1截止，磁复位，D

4、3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nN1/N2,12,13,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,14,电路结构： 原边： 两桥臂：C1Q1、C2Q2 C1C2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/2,15,工作模态1,Q1导通时：（ton）,原边：C

5、1放电，C2充电 u1Ui/2，uQ2Ui 副边：D1导通，电感储能，电容充电 u2nUi/2，uD2nUi,16,工作模态2,Q1关断，Q2未导通时:(tof),原边：没有电流 uQ1uQ2Ui/2 副边：D1D2同时导通，各自承担电感电流的一半，电感释能,17,工作模态3,Q2导通时：（ton）,原边：C2放电，C1充电 u1-Ui/2，uQ1Ui 副边：D2导通，电感储能，电容充电 u3-nUi/2，uD1nUi,18,Q2关断，Q1未导通时:(tof),原边：没有电流 uQ1uQ2Ui/2 副边：D1D2同时导通，电感释能,工作模态4,19,当电路稳态工作时，副边回路应满足,即,整理得

6、,数量关系,（ ）,结论：通过调节占空度，可以调节输出电压的大小,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nUi Q1Q2各自的ton不能超过周期的50%,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,22,推挽功率电路,电路结构：

7、 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,23,工作模态1,Q1导通时：（ton）,原边： u1Ui，uQ22Ui 副边：D1导通，电感储能 u2nUi，uD22nUi,24,工作模态2,Q1关断，Q2未导通时:(tof),原边：没有电流 uQ1uQ2Ui 副边：D1D2同时导通，电感释能,25,Q2导通时：（ton）,原边： u1Ui，uQ22Ui 副边：D2导通，电感储能 u2nUi，uD12nUi,工作模态3,26,工作模态4,Q2关断，Q1未导通时:(tof),原边：没有电流 uQ1uQ2Ui 副边：D1D2同时导通，电感释能,2

8、7,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,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2nUi Q1Q2各自的ton不能超过周期的50%,推挽电路工作小结,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

9、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,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Uce2Ui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,31,电路结构： 原边： 变压器接在两个桥

10、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,32,工作模态1,Q1、4导通时：（ton）,原边： u1Ui，uQ2、3Ui 副边：D1、4导通，电感储能 u2nUi，uD2、3nUi,33,工作模态2,Q1、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 u20，iD1、2、3、4iL/2,34,工作模态3,Q2、3导通时：（ton）,原边： u1-Ui，uQ1、4Ui 副边：D2、3导通，电感储能 u2-nUi，uD1、4nUi,35,工作模态4

11、,Q1、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 u20，iD1、2、3、4iL/2,36,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,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nUi Q1Q2各自的ton不能超过周期的50%,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，那么变压器中的正负电流也不可能完全对称