帶隔離變壓器的直流變換器[1].ppt

1、1,隔離DC-DC變換電路（DCACDC）,特點(diǎn): 輸入輸出隔離；可以多路輸出；可以升降壓(遠(yuǎn)大于1或遠(yuǎn)小于1),分類： 單管 正激、反激 雙管 推挽、半橋 四管 全橋,按輸出來(lái)分 單端：正激、反激 雙端：推挽、半橋、全橋,2,單端反激式變換器(Flyback),(1)電路構(gòu)成,T、Q、D、C、,Q ON時(shí): D截止，電感儲(chǔ)能,Q OFF時(shí): D導(dǎo)通，電感釋能,(2)工作過(guò)程,能量不能突變： 磁通不能突變 電感電流不能突變,3,單端反激式變換器,Q ON時(shí):,同名端為“+”，D截止 電感變壓器作電感運(yùn)行 電感儲(chǔ)能,輸出負(fù)載由電容提供能量,若電感L1是線性的，則,4,單端反激式變換器,Q OFF

2、時(shí):,同名端為“-” D導(dǎo)通,電感儲(chǔ)存能量向電容和 負(fù)載提供,若電感L2是線性的，則,5,磁通 ：垂直于某一面積所通過(guò)的磁力線總數(shù),磁物理量,定義：,磁場(chǎng)強(qiáng)度H：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,磁感應(yīng)強(qiáng)度B：是描述磁場(chǎng)的力的性質(zhì)的物理量 ，反映磁場(chǎng)來(lái)源的屬性，與磁介質(zhì)的屬性,磁導(dǎo)率：表征磁介質(zhì)磁性的物理量,關(guān)系式,在變壓器中，,而,6,( ),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)：,此外，電感與匝數(shù)的平方成正比,代入前式,7,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)周期內(nèi)，可以自動(dòng)完成磁復(fù)位。,如果將反激式變換器的變壓器

3、同名端改為相同端，則不能完成磁復(fù)位！,8,變壓器的磁復(fù)位,在晶體管導(dǎo)通時(shí)，輸入電流包含負(fù)載電流折射分量i2和磁化電流分量im,磁化電流im將能量?jī)?chǔ)存在變壓器磁芯中,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,危害功率器件,解決方法：變壓器額外加上復(fù)位繞組N3和二極管2,9,正激式變換器的電路變化,BUCK變換器,帶變壓器隔離BUCK變換器,帶磁復(fù)位正激式變換器,輸入輸出間無(wú)法隔離,變壓器無(wú)法實(shí)現(xiàn)磁復(fù)位,10,正激式變換器,(1)電路構(gòu)成,T、Q、LC,D1、D2、D3,11,正激式變換器,Q ON時(shí): D1導(dǎo)通，傳遞能量,Q OFF時(shí): D1截止，磁復(fù)位，D

4、3續(xù)流,實(shí)際上和降壓變壓器工作方式類似,變壓器次級(jí),輸出端：,（2）工作過(guò)程,輸入輸出關(guān)系,式中，變比nN1/N2,12,13,特點(diǎn):變壓器雙向磁化，利用率高，輸出交流脈沖 常用電路有:推挽，半橋，橋式 適合DC/AC ，DC/DC，中大功率 應(yīng)用：交流電機(jī)調(diào)速，UPS，DC/DC電源等,多晶體管功率變換器,14,電路結(jié)構(gòu)： 原邊： 兩橋臂：C1Q1、C2Q2 C1C2是兩個(gè)大容量電容,半橋電路,副邊： N2N3匝數(shù)相等 全波整流電路：（兩橋臂）D1、D2； 用LC濾波電路輸出,假設(shè)： 由于C1、C2容量較大，可近似認(rèn)為電容中點(diǎn)電位為Ui/2,15,工作模態(tài)1,Q1導(dǎo)通時(shí)：（ton）,原邊：C

5、1放電，C2充電 u1Ui/2，uQ2Ui 副邊：D1導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能，電容充電 u2nUi/2，uD2nUi,16,工作模態(tài)2,Q1關(guān)斷，Q2未導(dǎo)通時(shí):(tof),原邊：沒(méi)有電流 uQ1uQ2Ui/2 副邊：D1D2同時(shí)導(dǎo)通，各自承擔(dān)電感電流的一半，電感釋能,17,工作模態(tài)3,Q2導(dǎo)通時(shí)：（ton）,原邊：C2放電，C1充電 u1-Ui/2，uQ1Ui 副邊：D2導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能，電容充電 u3-nUi/2，uD1nUi,18,Q2關(guān)斷，Q1未導(dǎo)通時(shí):(tof),原邊：沒(méi)有電流 uQ1uQ2Ui/2 副邊：D1D2同時(shí)導(dǎo)通，電感釋能,工作模態(tài)4,19,當(dāng)電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，副邊回路應(yīng)滿足,即,整理得

6、,數(shù)量關(guān)系,（ ）,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),原邊： Q1、Q2交替導(dǎo)通，在u1側(cè)得到幅值為Ui/2的交流電壓 C1、C2充放電時(shí)間各為T/2 副邊是一個(gè)全波電路，用LC濾波電路輸出 D1、D2輪流工作，當(dāng)Q1和Q2都關(guān)斷時(shí)，D1D2各自承擔(dān)電感電流的一半 晶體管承受的最高電壓為Ui，二極管承受的最高電壓為nUi Q1Q2各自的ton不能超過(guò)周期的50%,21,變壓器不存在直流磁化問(wèn)題,半橋電路工作狀態(tài)小結(jié),若Q1、Q2導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間對(duì)稱,若Q1、Q2導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間不對(duì)稱 C1、C2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,電路結(jié)構(gòu)：

7、 原邊： 具有中間抽頭的變壓器,副邊： 全波整流電路：（兩橋臂）D1、D2； 用LC濾波電路輸出,23,工作模態(tài)1,Q1導(dǎo)通時(shí)：（ton）,原邊： u1Ui，uQ22Ui 副邊：D1導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能 u2nUi，uD22nUi,24,工作模態(tài)2,Q1關(guān)斷，Q2未導(dǎo)通時(shí):(tof),原邊：沒(méi)有電流 uQ1uQ2Ui 副邊：D1D2同時(shí)導(dǎo)通，電感釋能,25,Q2導(dǎo)通時(shí)：（ton）,原邊： u1Ui，uQ22Ui 副邊：D2導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能 u2nUi，uD12nUi,工作模態(tài)3,26,工作模態(tài)4,Q2關(guān)斷，Q1未導(dǎo)通時(shí):(tof),原邊：沒(méi)有電流 uQ1uQ2Ui 副邊：D1D2同時(shí)導(dǎo)通，電感釋能,2

8、7,當(dāng)電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，副邊回路應(yīng)滿足,即,整理得,數(shù)量關(guān)系,（ ）,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,28,原邊： Q1、Q2交替導(dǎo)通，在u1側(cè)得到幅值為Ui的交流電壓 副邊是一個(gè)全波電路，用LC濾波電路輸出 D1、D2輪流工作，當(dāng)Q1和Q2都關(guān)斷時(shí)，D1D2各自承擔(dān)電感電流的一半 晶體管承受的最高電壓為2Ui，二極管承受的最高電壓為2nUi Q1Q2各自的ton不能超過(guò)周期的50%,推挽電路工作小結(jié),29,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)有直流磁化問(wèn)題,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

9、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：可以在原邊回路中串聯(lián)一個(gè)電容，以阻斷直流電流,推挽電路工作小結(jié),30,推挽電路對(duì)變壓器的要求,（2）原邊除了與副邊良好耦合外，N1與N1之間也必須緊耦合。否則因存在漏感，就會(huì)產(chǎn)生很高的尖峰電壓，使晶體管損壞,（3）實(shí)際中N1與N1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U（BR）ces比Uce2Ui決定值要大，因此推挽電路一般適用于低輸入電壓場(chǎng)合,（1）推挽電路必須良好的對(duì)稱。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)產(chǎn)生直流磁化分流偏磁而導(dǎo)致鐵心飽和,31,電路結(jié)構(gòu)： 原邊： 變壓器接在兩個(gè)橋

10、臂的中點(diǎn),副邊： 單相橋式電路， 用LC濾波電路輸出,全橋功率電路,Q1、Q4一組，Q2、Q3一組交替導(dǎo)通,兩個(gè)橋臂晶體管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相差180,工作原理,32,工作模態(tài)1,Q1、4導(dǎo)通時(shí)：（ton）,原邊： u1Ui，uQ2、3Ui 副邊：D1、4導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能 u2nUi，uD2、3nUi,33,工作模態(tài)2,Q1、2、3、4都關(guān)斷時(shí)：（tof）,原邊：沒(méi)有電流 副邊：D1、2、3、4導(dǎo)通，電感釋能 u20，iD1、2、3、4iL/2,34,工作模態(tài)3,Q2、3導(dǎo)通時(shí)：（ton）,原邊： u1-Ui，uQ1、4Ui 副邊：D2、3導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能 u2-nUi，uD1、4nUi,35,工作模態(tài)4

11、,Q1、2、3、4都關(guān)斷時(shí)：（tof）,原邊：沒(méi)有電流 副邊：D1、2、3、4導(dǎo)通，電感釋能 u20，iD1、2、3、4iL/2,36,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,整理得,（ ）,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),原邊： Q1、Q2交替導(dǎo)通，在u1側(cè)得到幅值為Ui的交流電壓 副邊是一個(gè)全波電路，用LC濾波電路輸出 D1、D2輪流工作，當(dāng)Q1和Q2都關(guān)斷時(shí)，D1D2各自承擔(dān)電感電流的一半 晶體管承受的最高電壓為Ui，二極管承受的最高電壓為nUi Q1Q2各自的ton不能超過(guò)周期的50%,38,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)有直流磁化問(wèn)題,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