帶隔離變壓器的直流變換器（課堂PPT）

1、1隔離隔離DC-DCDC-DC變換電路（變換電路（DCDCACACDCDC）n 特點(diǎn)特點(diǎn): : 輸入輸出隔離；可以多路輸出；可以升降壓輸入輸出隔離；可以多路輸出；可以升降壓( (遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于1 1或遠(yuǎn)小于或遠(yuǎn)小于1)1)n 分類：分類： 單管單管 正激、反激正激、反激 雙管雙管 推挽、半橋推挽、半橋 四管四管 全橋全橋按輸出來(lái)分按輸出來(lái)分 單端：?jiǎn)味耍赫?、反激正激、反?雙端：雙端：推挽、半橋、全橋推挽、半橋、全橋2單端反激式變換器單端反激式變換器(Flyback)(Flyback)(1)(1)電路構(gòu)成電路構(gòu)成T T、Q Q、D D、C C、Q ONQ ON時(shí)時(shí): D: D截止，電感儲(chǔ)能截止

2、，電感儲(chǔ)能Q OFFQ OFF時(shí)時(shí): D: D導(dǎo)通，電感釋能導(dǎo)通，電感釋能(2)(2)工作過(guò)程工作過(guò)程能量不能突變：能量不能突變：磁通不能突變磁通不能突變電感電流不能突變電感電流不能突變3單端反激式變換器單端反激式變換器 Q ON Q ON時(shí)時(shí): :同名端為同名端為“+”+”，D D截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ONiTLUiii1min1max11若電感若電感L L1 1是線性的，則是線性的，則4單端反激式變換器單端反激式變換器 Q OFF Q OFF時(shí)時(shí): :同名端為同名端為“-”-”D D導(dǎo)通導(dǎo)通OFoTLUi

3、ii2min2max22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)載提供若電感若電感L L2 2是線性的，則是線性的，則5 磁通磁通 ：垂直于某一面積所通過(guò)的磁力線總數(shù)：垂直于某一面積所通過(guò)的磁力線總數(shù)磁物理量磁物理量n 定義：定義： 磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度H H：描述磁場(chǎng)的力的性質(zhì)的物理量，完全只：描述磁場(chǎng)的力的性質(zhì)的物理量，完全只 是反映磁場(chǎng)來(lái)源的屬性，與磁介質(zhì)沒(méi)有關(guān)系是反映磁場(chǎng)來(lái)源的屬性，與磁介質(zhì)沒(méi)有關(guān)系 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B B：是描述磁場(chǎng)的力的性質(zhì)的物理量：是描述磁場(chǎng)的力的性質(zhì)的物理量 ，反，反映磁場(chǎng)來(lái)源的屬性，與磁介質(zhì)的屬性映磁場(chǎng)來(lái)源的屬性，與磁介質(zhì)的屬性 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率：表征磁

4、介質(zhì)磁性的物理量：表征磁介質(zhì)磁性的物理量SB HBn 關(guān)系式關(guān)系式n 在變壓器中，在變壓器中，iNH )/(SH2211NiNi2121NNuu而而6( )( )單端反激式變換器狀態(tài)分析單端反激式變換器狀態(tài)分析在穩(wěn)態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)換瞬間磁通連續(xù)：在穩(wěn)態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)換瞬間磁通連續(xù)：此外，電感與匝數(shù)的平方成正比此外，電感與匝數(shù)的平方成正比代入前式代入前式2max21max1NiNi2min21min1NiNi2211NiNi22211LNNLiOFONoUNNTTU12ioUnU112NNn 7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對(duì)于反激式變換器，在一個(gè)對(duì)于反激式變換器，在一個(gè)周期內(nèi)，周期內(nèi)

5、，可以可以自動(dòng)完成磁復(fù)自動(dòng)完成磁復(fù)位。位。如果將反激式變換器的變壓如果將反激式變換器的變壓器同名端改為相同端，則器同名端改為相同端，則不不能能完成磁復(fù)位！完成磁復(fù)位！8變壓器的磁復(fù)位變壓器的磁復(fù)位n 在晶體管導(dǎo)通時(shí)，輸入電流包含負(fù)載電流折射在晶體管導(dǎo)通時(shí)，輸入電流包含負(fù)載電流折射分量分量i i2 2和磁化電流分量和磁化電流分量i im mn 磁化電流磁化電流i im m將能量?jī)?chǔ)存在變將能量?jī)?chǔ)存在變壓器磁芯中壓器磁芯中n 問(wèn)題：當(dāng)晶體管關(guān)斷時(shí)，沒(méi)有磁場(chǎng)泄放回路，會(huì)問(wèn)題：當(dāng)晶體管關(guān)斷時(shí)，沒(méi)有磁場(chǎng)泄放回路，會(huì)造成過(guò)大的電壓應(yīng)力；并且導(dǎo)致鐵心飽和造成過(guò)大的電壓應(yīng)力；并且導(dǎo)致鐵心飽和, ,危害功危害功率

6、器件率器件n 解決方法：變壓器額外加上復(fù)位繞組解決方法：變壓器額外加上復(fù)位繞組N3N3和二極和二極管管2 2miii219正激式變換器的電路變化正激式變換器的電路變化BUCKBUCK變換器變換器帶變壓器隔離帶變壓器隔離BUCKBUCK變換器變換器帶磁復(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(wú)法隔離無(wú)法隔離變壓器無(wú)法變壓器無(wú)法實(shí)現(xiàn)磁復(fù)位實(shí)現(xiàn)磁復(fù)位10正激式變換器正激式變換器(1)(1)電路構(gòu)成電路構(gòu)成 T T、Q Q、LCLC D1 D1、D2D2、D3D311正激式變換器正激式變換器 Q ON Q ON時(shí)時(shí): D1: D1導(dǎo)通，傳遞能量導(dǎo)通，傳遞能量 Q OFF Q OFF時(shí)時(shí)

7、: D1: D1截止，磁復(fù)位，截止，磁復(fù)位，D3D3續(xù)流續(xù)流實(shí)際上和實(shí)際上和降壓降壓變壓器工作方式類似變壓器工作方式類似變壓器次級(jí)變壓器次級(jí)輸出端：輸出端：（2 2）工作過(guò)程）工作過(guò)程n 輸入輸出關(guān)系輸入輸出關(guān)系12nUu 式中，變比式中，變比n nN1/N2N1/N2ionUuU21213n 特點(diǎn)特點(diǎn): :變壓器雙向磁化，利用率高，輸出交變壓器雙向磁化，利用率高，輸出交流脈沖流脈沖n 常用電路有常用電路有: :推挽，半橋，橋式推挽，半橋，橋式n 適合適合DC/AC DC/AC ，DC/DCDC/DC，中大中大功率功率n 應(yīng)用：交流電機(jī)調(diào)速，應(yīng)用：交流電機(jī)調(diào)速，UPSUPS，DC/DCDC/D

8、C電源等電源等多晶體管功率變換器14半橋電路半橋電路n 假設(shè)：假設(shè)：由于由于C1C1、C2C2容量較大，可近似認(rèn)為電容中點(diǎn)電容量較大，可近似認(rèn)為電容中點(diǎn)電位為位為Ui/2Ui/215工作模態(tài)工作模態(tài)1 1 Q1 Q1導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí)：（：（t tonon）原邊：原邊：C1C1放電，放電，C2C2充電充電u u1 1U Ui i/2/2，u uQ2Q2U Ui i副邊：副邊：D1D1導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能，電導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能，電容充電容充電u u2 2nUnUi i/2/2，u uD2D2nUnUi ioioLUnUUuu2216工作模態(tài)工作模態(tài)2 2 Q1 Q1關(guān)斷，關(guān)斷，Q2Q2未導(dǎo)通時(shí)未導(dǎo)通時(shí):(tof

9、):(tof)原邊：沒(méi)有電流原邊：沒(méi)有電流u uQ1Q1u uQ2Q2U Ui i/2/2副邊：副邊：D1D2D1D2同時(shí)導(dǎo)通，各自承同時(shí)導(dǎo)通，各自承擔(dān)電感電流的一半，電感釋能擔(dān)電感電流的一半，電感釋能oLUu17工作模態(tài)工作模態(tài)3 3 Q2 Q2導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí)：（：（t tonon）原邊：原邊：C2C2放電，放電，C1C1充電充電u u1 1-U-Ui i/2/2，u uQ1Q1U Ui i副邊：副邊：D2D2導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能，電導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能，電容充電容充電u u3 3-nU-nUi i/2/2，u uD1D1nUnUi ioioLUnUUuu2318 Q2 Q2關(guān)斷，關(guān)斷，Q1Q1未導(dǎo)通時(shí)未

10、導(dǎo)通時(shí):(tof):(tof)原邊：沒(méi)有電流原邊：沒(méi)有電流u uQ1Q1u uQ2Q2U Ui i/2/2副邊：副邊：D1D2D1D2同時(shí)導(dǎo)通，電感釋能同時(shí)導(dǎo)通，電感釋能oLUu工作模態(tài)工作模態(tài)4 419當(dāng)電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，副邊回路應(yīng)滿足當(dāng)電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，副邊回路應(yīng)滿足TLdtu00即即0222000ofontotitdUtdUnU整理得整理得2ionUU 數(shù)量關(guān)系數(shù)量關(guān)系Tton2（ ）結(jié)論：通過(guò)調(diào)節(jié)占空度，可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小結(jié)論：通過(guò)調(diào)節(jié)占空度，可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小20半橋電路工作狀態(tài)小結(jié)半橋電路工作狀態(tài)小結(jié)n 原邊：原邊： Q1Q1、Q2Q2交替導(dǎo)通，在交替導(dǎo)通，在u1u1側(cè)得到幅值

11、為側(cè)得到幅值為Ui/2Ui/2的的交流電壓交流電壓 C1C1、C2C2充放電時(shí)間各為充放電時(shí)間各為T(mén)/2T/2n 副邊是一個(gè)全波電路，用副邊是一個(gè)全波電路，用LCLC濾波電路輸出濾波電路輸出 D1D1、D2D2輪流工作，當(dāng)輪流工作，當(dāng)Q1Q1和和Q2Q2都關(guān)斷時(shí)，都關(guān)斷時(shí)，D1D2D1D2各各自承擔(dān)電感電流的一半自承擔(dān)電感電流的一半n 晶體管承受的最高電壓為晶體管承受的最高電壓為UiUi，二極管承受的最，二極管承受的最高電壓為高電壓為nUinUin Q1Q2 Q1Q2各自的各自的tonton不能超過(guò)周期的不能超過(guò)周期的50%50%21n 變壓器不存在直流磁化問(wèn)題變壓器不存在直流磁化問(wèn)題半橋電路

12、工作狀態(tài)小結(jié)半橋電路工作狀態(tài)小結(jié)若若Q1Q1、Q2Q2導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間對(duì)稱導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間對(duì)稱 若若Q1Q1、Q2Q2導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間不對(duì)稱導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間不對(duì)稱 C1C1、C2C2的隔直作用，能自動(dòng)平衡不對(duì)稱直流分量的隔直作用，能自動(dòng)平衡不對(duì)稱直流分量22推挽功率電路推挽功率電路11NN22NN23工作模態(tài)工作模態(tài)1 1 Q1 Q1導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí)：（：（t tonon）原邊：原邊：u u1 1U Ui i，u uQ2Q22U2Ui i副邊：副邊：D1D1導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能u u2 2nUnUi i，u uD2D22nU2nUi ioioLUnUUuu224工作模態(tài)工作模態(tài)2 2 Q1 Q1關(guān)斷，關(guān)斷

13、，Q2Q2未導(dǎo)通時(shí)未導(dǎo)通時(shí):(tof):(tof)原邊：沒(méi)有電流原邊：沒(méi)有電流u uQ1Q1u uQ2Q2U Ui i副邊：副邊：D1D2D1D2同時(shí)導(dǎo)通，電感釋能同時(shí)導(dǎo)通，電感釋能oLUu25 Q2 Q2導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí)：（：（t tonon）原邊：原邊：u u1 1U Ui i，u uQ2Q22U2Ui i副邊：副邊：D2D2導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能u u2 2nUnUi i，u uD1D12nU2nUi ioioLUnUUuu2工作模態(tài)工作模態(tài)3 326工作模態(tài)工作模態(tài)4 4 Q2 Q2關(guān)斷，關(guān)斷，Q1Q1未導(dǎo)通時(shí)未導(dǎo)通時(shí):(tof):(tof)原邊：沒(méi)有電流原邊：沒(méi)有電流u uQ1Q1

14、u uQ2Q2U Ui i副邊：副邊：D1D2D1D2同時(shí)導(dǎo)通，電感釋同時(shí)導(dǎo)通，電感釋能能oLUu27當(dāng)電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，副邊回路應(yīng)滿足當(dāng)電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，副邊回路應(yīng)滿足TLdtu00即即022000ofontotitdUtdUnU整理得整理得ionUU 數(shù)量關(guān)系數(shù)量關(guān)系Tton2（ ）結(jié)論：通過(guò)調(diào)節(jié)占空度，可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小結(jié)論：通過(guò)調(diào)節(jié)占空度，可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小28n 原邊：原邊： Q1Q1、Q2Q2交替導(dǎo)通，在交替導(dǎo)通，在u1u1側(cè)得到幅值為側(cè)得到幅值為UiUi的交的交流電壓流電壓n 副邊是一個(gè)全波電路，用副邊是一個(gè)全波電路，用LCLC濾波電路輸出濾波電路輸出 D1D1、D2D2輪流

15、工作，當(dāng)輪流工作，當(dāng)Q1Q1和和Q2Q2都關(guān)斷時(shí)，都關(guān)斷時(shí)，D1D2D1D2各各自承擔(dān)電感電流的一半自承擔(dān)電感電流的一半n 晶體管承受的最高電壓為晶體管承受的最高電壓為2Ui2Ui，二極管承受的，二極管承受的最高電壓為最高電壓為2nUi2nUin Q1Q2 Q1Q2各自的各自的tonton不能超過(guò)周期的不能超過(guò)周期的50%50%推挽電路工作小結(jié)推挽電路工作小結(jié)29n 在理想情況下，元器件和導(dǎo)通時(shí)間是完全對(duì)稱的，那在理想情況下，元器件和導(dǎo)通時(shí)間是完全對(duì)稱的，那么變壓器中正負(fù)電流也是完全對(duì)稱的，變壓器沒(méi)有直流么變壓器中正負(fù)電流也是完全對(duì)稱的，變壓器沒(méi)有直流磁化問(wèn)題磁化問(wèn)題n 在實(shí)際情況中，導(dǎo)通時(shí)間

16、和元器件不可能完全對(duì)稱，那在實(shí)際情況中，導(dǎo)通時(shí)間和元器件不可能完全對(duì)稱，那么變壓器中的正負(fù)電流也不可能完全對(duì)稱，因此會(huì)存在直么變壓器中的正負(fù)電流也不可能完全對(duì)稱，因此會(huì)存在直流分量，造成磁路飽和，解決辦法：可以在原邊流分量，造成磁路飽和，解決辦法：可以在原邊回路中串回路中串聯(lián)一個(gè)電容聯(lián)一個(gè)電容，以阻斷直流電流，以阻斷直流電流推挽電路工作小結(jié)推挽電路工作小結(jié)30推挽電路對(duì)變壓器的要求推挽電路對(duì)變壓器的要求（2 2）原邊除了與副邊良好耦合外，）原邊除了與副邊良好耦合外，N1N1與與N1N1之間之間也必須也必須緊耦合緊耦合。否則因存在漏感，就會(huì)產(chǎn)生很高的。否則因存在漏感，就會(huì)產(chǎn)生很高的尖峰電壓，使晶

17、體管損壞尖峰電壓，使晶體管損壞（3 3）實(shí)際中）實(shí)際中N1N1與與N1N1不可能完全耦合，總有一些不可能完全耦合，總有一些漏感，在轉(zhuǎn)換時(shí)引起電壓尖峰，實(shí)際選取晶體管的漏感，在轉(zhuǎn)換時(shí)引起電壓尖峰，實(shí)際選取晶體管的U U（BRBR）cesces比比U Ucece2Ui2Ui決定值要大，因此推挽電路一般決定值要大，因此推挽電路一般適用于低輸入適用于低輸入電壓場(chǎng)合電壓場(chǎng)合（1 1）推挽電路必須）推挽電路必須良好的對(duì)稱良好的對(duì)稱。如果正負(fù)脈沖寬。如果正負(fù)脈沖寬度或幅值稍有不對(duì)稱，或初級(jí)線圈不對(duì)稱，就會(huì)度或幅值稍有不對(duì)稱，或初級(jí)線圈不對(duì)稱，就會(huì)產(chǎn)生直流磁化分流偏磁而導(dǎo)致鐵心飽和產(chǎn)生直流磁化分流偏磁而導(dǎo)致鐵

18、心飽和31全橋功率電路 Q1 Q1、Q4Q4一組，一組，Q2Q2、Q3Q3一一組交替導(dǎo)通組交替導(dǎo)通 兩個(gè)橋臂晶體管的驅(qū)動(dòng)兩個(gè)橋臂晶體管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相差信號(hào)相差180180n工作原理32工作模態(tài)工作模態(tài)1 1 Q1 Q1、4 4導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí)：（：（t tonon）原邊：原邊：u u1 1U Ui i，u uQ2Q2、3 3U Ui i副邊：副邊：D1D1、4 4導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能u u2 2nUnUi i，u uD2D2、3 3nUnUi ioioLUnUUuu233工作模態(tài)工作模態(tài)2 2 Q1 Q1、2 2、3 3、4 4都關(guān)斷時(shí)都關(guān)斷時(shí)：（t tofof）原邊：沒(méi)有電流原邊：沒(méi)有電流

19、副邊：副邊：D1D1、2 2、3 3、4 4導(dǎo)通，電感導(dǎo)通，電感釋能釋能u u2 20 0，i iD1D1、2 2、3 3、4 4i iL L/2/2oLUu34工作模態(tài)工作模態(tài)3 3 Q2 Q2、3 3導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí)：（：（t tonon）原邊：原邊：u u1 1-U-Ui i，u uQ1Q1、4 4U Ui i副邊：副邊：D2D2、3 3導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能u u2 2-nU-nUi i，u uD1D1、4 4nUnUi ioioLUnUUuu235工作模態(tài)工作模態(tài)4 4 Q1 Q1、2 2、3 3、4 4都關(guān)斷時(shí)都關(guān)斷時(shí)：（：（t tofof）原邊：沒(méi)有電流原邊：沒(méi)有電流副邊：副邊

20、：D1D1、2 2、3 3、4 4導(dǎo)通，電感導(dǎo)通，電感釋能釋能u u2 20 0，i iD1D1、2 2、3 3、4 4i iL L/2/2oLUu36數(shù)量關(guān)系數(shù)量關(guān)系當(dāng)電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，副邊回路應(yīng)滿足當(dāng)電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，副邊回路應(yīng)滿足TLdtu00022000ofontotitdUtdUnU整理得整理得ionUU Tton2（ ）結(jié)論：通過(guò)調(diào)節(jié)占空度，可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小結(jié)論：通過(guò)調(diào)節(jié)占空度，可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小37全橋功率電路工作小結(jié)全橋功率電路工作小結(jié)n 原邊：原邊： Q1Q1、Q2Q2交替導(dǎo)通，在交替導(dǎo)通，在u1u1側(cè)得到幅值為側(cè)得到幅值為UiUi的交的交流電壓流電壓n 副邊是一個(gè)全波電路，用副邊是一個(gè)全波電路，用LCLC濾波電路輸出濾波電路輸出 D1D1、D2D2輪流工作，當(dāng)輪流工作，當(dāng)Q1