電力電子技術(shù)-晶體管功率電路3（單管隔離-反激）

1、1第九章 晶體管功率電路隔離的單管變換器隔離的單管變換器 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù) Power Electronics23 4四.具有輸入和輸出隔離的單管變換器n特點(diǎn)特點(diǎn):輸入輸出隔離輸入輸出隔離;可以多路輸出可以多路輸出; 可以升降壓可以升降壓.n常用電路常用電路有有:單端反激式和單端正激式兩種單端反激式和單端正激式兩種n適合中小功率輸出適合中小功率輸出5n反激變換器6 7 8由由電感變壓器電感變壓器T，晶體管晶體管Q，二極管二極管D和和濾波電濾波電容容C組成，與組成，與Buck等單管電路元件數(shù)相同等單管電路元件數(shù)相同電感電感L-變壓器變壓器T9nQ ON時(shí)時(shí): 晶體管導(dǎo)通、晶體管導(dǎo)通、D截

2、止截止 電感變壓器作電感運(yùn)行電感變壓器作電感運(yùn)行電感儲(chǔ)能電感儲(chǔ)能 輸出負(fù)載由電容提供能量輸出負(fù)載由電容提供能量dtdiLUi11122/ NNUuiUi+ +_ _Uo+ +_ _DCubLRQ2i1ibu1i2uONTOFTmax1imin1itttt2i10Ui+ +_ _Uo+ +_ _DCubLRQ2i1imax22max11iNiN11nQ OFF時(shí)時(shí): 感應(yīng)電動(dòng)勢決定感應(yīng)電動(dòng)勢決定D導(dǎo)通導(dǎo)通 電感儲(chǔ)存能量向電容和電感儲(chǔ)存能量向電容和 負(fù)載提供負(fù)載提供u2dtdiLUo22oUu 2bu1i2uONTOFTmax1imin1itttt2imax2imin2i12磁物理量磁物理量n磁通

3、、磁感應(yīng)B、磁場強(qiáng)度H、磁導(dǎo)率n/S=BnB/=HnHliNn所以有iN= l/(s) 即在同一鐵芯條件下，磁通和安匝成正比！(P288)13n穩(wěn)態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)換瞬間穩(wěn)態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)換瞬間磁通連續(xù)磁通連續(xù) (B不變）不變）n即即n此外，電感與匝數(shù)的平方成正比此外，電感與匝數(shù)的平方成正比(P306)n代入前式代入前式14u2max2imin2i121NNDUDUoi 11/LDTUii22/)1 (LTDUio ()2()D avavoiiI15單端反激式變換器分析(伏秒面積)n在在Q導(dǎo)通時(shí)：導(dǎo)通時(shí)：n在在Q關(guān)斷時(shí)：關(guān)斷時(shí)：n因?yàn)椋阂驗(yàn)椋簄聯(lián)立（相除聯(lián)立（相除）1101111onTiu dtU DTNN22

4、02211(1)offTou dtUD TNN12211oiNDUUND1617n反激式變換器中的電感變壓器起著電感和變壓器的雙重作用n具有電感電流連續(xù)、臨界連續(xù)和斷續(xù)3種工作模式。(磁通的磁通的連續(xù)性連續(xù)性)n電流連續(xù)時(shí)電壓關(guān)系18u21i2it00ONTOFTmin1imin2imax1imax2it1i2itt00（圖圖9 92020）單端反激式變換器三種工作模式 nQon:nQoff, 電流下降（TR）nQoff, 電流為零（TR-Toff）dtdiLUi11dtdiLUo220LU19在三種電路狀態(tài)下，Q和D上的電壓波形？20電流斷續(xù)時(shí)工作分析電流斷續(xù)時(shí)工作分析n輸出平均電流n晶體管

5、關(guān)斷時(shí)電路關(guān)系式：n代入化簡222222222221121122(/)22OOoooi LiLiITUTULiNNLiTUTU21電流斷續(xù)時(shí)工作分析電流斷續(xù)時(shí)工作分析n在Q導(dǎo)通時(shí)有i1的電路方程n所以輸出平均電流n如果以輸出電壓作為變量：222211111(/)222iONiOoooL U TLU D TLiITUTULU222222222221121122(/)22OOoooi LiLiIT UTULiNNL iTUTU22電流斷續(xù)時(shí)工作分析電流斷續(xù)時(shí)工作分析n電流斷續(xù)時(shí)，輸出電壓：n當(dāng)負(fù)載電阻加大，Io減小時(shí)，輸出電壓升高n當(dāng)輸出開路時(shí)，輸出無窮大，將損壞電路 反激電路不能開路輸出反激電路

6、不能開路輸出23單端反激式變換器狀態(tài)分析(伏秒面積)n在在Q導(dǎo)通時(shí)：導(dǎo)通時(shí)：n在在Q關(guān)斷時(shí)：關(guān)斷時(shí)：n因?yàn)椋阂驗(yàn)椋簄聯(lián)立（相除聯(lián)立（相除）1101111onTiu dtU DTNN2202211offToRu dtU TNN1221iROUDTNTUN24單端反激式變換器狀態(tài)分析(伏秒面積)n因?yàn)椋阂驗(yàn)椋簄又因?yàn)槠骄娏麝P(guān)系：又因?yàn)槠骄娏麝P(guān)系：n此外，根據(jù)此外，根據(jù)QON關(guān)系關(guān)系n聯(lián)立，可得：聯(lián)立，可得：21iROUDTNTUN2112(/)122oRRii NNITTTT251i2it00ONTOFTmin1imin2imax1imax2it1i2itt001i2itt002(1)2Goi

7、IID2211(/)iU DTinNNLn1(1)2iGU TIDDLn單端反激式變換器電路外特性 26121NNDUDUoioioiofILDUILTDUU122122221(1)2iGU TIDDLn單端反激式變換器電路外特性 2728反激變換器的設(shè)計(jì)n(3)參數(shù)選擇參數(shù)選擇n功率管功率管Q,Dn電感電感L: 由臨界連續(xù)負(fù)載電流定由臨界連續(xù)負(fù)載電流定n電容：電容：TON內(nèi)電容放電與內(nèi)電容放電與BOOST類似類似2912(oiQPipiPU TIIDDUL連續(xù)）DUUDDUnUUUiiioice11DUUnUUooiDR/22(1)(12ooDPpIU TIIDDL連續(xù)）2OipQPiPII

8、DU（斷續(xù)）22opIPInU D（斷續(xù)）D增加，晶體管耐壓增加、二極管耐壓減小增加，晶體管耐壓增加、二極管耐壓減小30C. C. 變壓器原邊電感值變壓器原邊電感值L L（選定工作模式、根據(jù)（選定工作模式、根據(jù)I IG G設(shè)計(jì)）設(shè)計(jì)）D.D.濾波電容濾波電容 ：連續(xù)模式，：連續(xù)模式，DTDT時(shí)間內(nèi)，時(shí)間內(nèi)，I IOO給輸出濾波給輸出濾波電容放電電容放電1(1)2iGU TIDDL n連續(xù)模式連續(xù)模式斷續(xù)模式斷續(xù)模式011DTccoUI dtIDTCC22(1)(1)22ioooUTDLDDUI nn fI2min2min(1)2ooDLUn fI2max2max(1)2ooDLUn fI311

9、i2it00ONTOFTmin1imin2imax1imax2it1i2itt001i2itt0032課堂習(xí)題：課堂習(xí)題：n工作條件：電流斷續(xù)n根據(jù)Q的開關(guān)控制波形做出i1,i2,uQ,uD波形n設(shè)Ui=100V, Uo=30V N1=10 ,N2=5，標(biāo)注uQ,uD的數(shù)值大小33作業(yè)：作業(yè)：nP225頁， 9-234n正激變換器正激變換器35正激式變換器的電路變化正激式變換器的電路變化nBUCK變換器變換器n帶變壓器隔離帶變壓器隔離BUCK變換器變換器輸入輸出間輸入輸出間無法隔無法隔離離變壓器的無法實(shí)變壓器的無法實(shí)現(xiàn)磁復(fù)位現(xiàn)磁復(fù)位36磁復(fù)位概念磁復(fù)位概念n如圖的變壓器工作情況：n變壓器的工作

10、情況： u1 u2n電壓和磁通滿足：n當(dāng)電壓為正時(shí)，磁通增長當(dāng)電壓為負(fù)時(shí)，磁通減小n變壓器的設(shè)計(jì)保證一周期內(nèi)磁通變化量為零！duNdt37反激式變換器的變壓器磁復(fù)位反激式變換器的變壓器磁復(fù)位n在在Q導(dǎo)通時(shí)（承受正向電壓）：導(dǎo)通時(shí)（承受正向電壓）：n在在Q關(guān)斷時(shí)：關(guān)斷時(shí)：（承受反向電壓）（承受反向電壓）nQ導(dǎo)通時(shí)磁通增量等于導(dǎo)通時(shí)磁通增量等于Q關(guān)斷時(shí)關(guān)斷時(shí)磁通減量：磁通減量： 一個(gè)周期內(nèi)，磁通變化量為零，一個(gè)周期內(nèi)，磁通變化量為零，可以完成磁復(fù)位可以完成磁復(fù)位1101111onTiu dtU DTNN2202211(1)offTou dtUD TNN38單端反激式變換器的同名端變化單端反激式變換

11、器的同名端變化n對于反激式變換器，在一個(gè)周期對于反激式變換器，在一個(gè)周期內(nèi)，可以自動(dòng)完成磁復(fù)位。內(nèi)，可以自動(dòng)完成磁復(fù)位。n如果將反激式變換器的變壓器同如果將反激式變換器的變壓器同名端改為相同端，則不能完成磁名端改為相同端，則不能完成磁復(fù)位！復(fù)位！39單端反激式變換器的同名端變化單端反激式變換器的同名端變化n對于反激式變換器，在一個(gè)周期對于反激式變換器，在一個(gè)周期內(nèi)，可以自動(dòng)完成磁復(fù)位。內(nèi)，可以自動(dòng)完成磁復(fù)位。n如果將反激式變換器的變壓器同如果將反激式變換器的變壓器同名端改為相同端，則不能完成磁名端改為相同端，則不能完成磁復(fù)位！復(fù)位！40正激式變換器的電路變化正激式變換器的電路變化nBUCK變換

12、器變換器n帶變壓器隔離帶變壓器隔離BUCK變換器變換器n帶磁復(fù)位正激式變換器帶磁復(fù)位正激式變換器輸入輸出間輸入輸出間無法隔無法隔離離變壓器的無法實(shí)變壓器的無法實(shí)現(xiàn)磁復(fù)位現(xiàn)磁復(fù)位41正激式變換器正激式變換器n(1)電路構(gòu)成及工作原理電路構(gòu)成及工作原理n由變壓器由變壓器T，晶體管，晶體管Q，二極管，二極管D1和濾波電容和濾波電容C組成。組成。n此外還有磁復(fù)位繞組，磁復(fù)位二極管此外還有磁復(fù)位繞組，磁復(fù)位二極管D2和電感和電感續(xù)流二極管續(xù)流二極管D3 42穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)分析穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)分析1n當(dāng)Q導(dǎo)通時(shí)：q變壓器星號(hào)為正端，副邊形成功率通路qu2=n*ui (n=N2/N1為變比)qD2反壓截止qD3反壓截止43穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)分析穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)分析2n當(dāng)Q截止時(shí)：q變壓器星號(hào)為負(fù)端qD2導(dǎo)通，完成磁復(fù)位qD3導(dǎo)通，為電感電流續(xù)流44正激式變換器的輸出電壓正激式變換器的輸出電壓nT ON時(shí)時(shí): D1導(dǎo)通，傳遞能量導(dǎo)通，傳遞能量nT OFF時(shí)時(shí): D1截止，磁復(fù)位，截止，磁復(fù)位，D3續(xù)流續(xù)流n實(shí)際上和降壓變壓器工作方式類似實(shí)際上和降壓變壓器工作方式類似n設(shè)設(shè)n那么輸出電壓：那么輸出電壓：45復(fù)位繞組工作分析復(fù)位繞組工作分析n當(dāng)Q導(dǎo)通時(shí)，D2截止，N3不參與能量傳輸n當(dāng)Q截