反激变换器拓扑的电路设计
反激DC-DC功率变换器的拓扑分析资料
毕业论文（设计）论文题目：反激DC-DC功率变换器的拓扑分析学生姓名：学号：所在院系：电气信息工程学院专业名称：自动化届次：2013届指导教师：目录1 反激DC-DC功率变换器的拓扑简介 (2)1.1研究背景和研究目的 (2)1.2反激DC-DC功率变换器的发展现状 (2)1.3反激变换器的概述 (2)1.4反激DC-DC功率变换器的基本原理 (3)1.5反激变换器的类别和组成 (4)1.6反激DC-DC和正激DC-DC的区别 (4)2 反激DC-DC功率变换器存在的问题 (5)3 结果与分析 (6)3.1反激变换器分析 (6)3.1.1不同输入电压下的变压器电压波形 (7)3.1.2反激变换器的应用 (7)3.2二极管吸收双反激变换器分析 (7)3.2.1基本双反激变换器 (7)3.2.2二极管吸收双反激的工作原理 (8)3.2.3不同输入电压下的变压器电压波形 (9)3.2.4二极管吸收双反激变换器的应用 (10)3.3变压器磁阻研究 (10)3.4变压器磁芯研究 (11)3.5电路介绍 (12)4 问题与讨论 (12)参考文献 (14)2013届本科毕业论文反激DC-DC功率变换器的拓扑分析摘要: 本文通过multisim仿真工具与模型建立理论相结合，对该电源的仿真研究,优化了电源的基本参数。
从物理模型与磁芯模型两方面完成整个开关电压系统的仿真研究，最后对开关电源进行了稳定性分析，确定了其稳定工作的条件。
由于反激DC-DC功率变换器具有高可靠性、电路拓扑简洁、输入输出电气隔离、升／降范围宽、易于多路输出等优点。
因此，反激DC-DC功率变换器是中小功率开关电源理想的电路拓扑，有着重要意义。
关键词:功率变换器；电路拓扑；开关电源Topological analysis of flyback DC-DC converter—Analysis of flyback switching power supplyAbstract:This article through the multisim simulation tools combined with model theory, simulation research on the power supply, optimize the basic parameter of powersupply. From two aspects of physical model and the magnetic core model tocomplete the entire switch voltage system simulation research, and finally thestability analysis of switching power supply, its stable work conditions weredetermined. Because the flyback DC - DC power converter with high reliability,simple circuit topology, input and output electrical isolation, ascending/descendingrange wide, easy multiplexed output, etc. Therefore, flyback DC - DC powerconverter is an ideal circuit topology, small and medium-sized power switch powersupply has important significance.Keywords:power transformer; Circuit topology; Switching power supply前言反激DC-DC功率变换器的拓扑分析随着工业的高速发展，目前常用的线性电源和开关电源的直流稳压电源点，由于开关电源的硬件耗材比线性电源耗材少，对机器等指标的效果好，所以被广泛应用于运输、通信、仪器、军事、工业生产等领域正朝高功率密度、高变换效率、高可靠性、无污染的方向发展。
基于反激拓扑结构的充电桩开关电源电路设计
基于反激拓扑结构的充电桩开关电源电路设计当今社会，电动汽车成为了一种重要的交通工具。
而为电动汽车提供充电服务的充电桩也越来越受到人们的关注。
在充电桩中，开关电源电路是其中的关键部分之一、本文将基于反激拓扑结构，设计一种高效、稳定、可靠的充电桩开关电源电路。
首先，我们需要了解开关电源的工作原理和特点。
开关电源采用了开关元件（如MOS管）来控制电路的开关状态，通过周期性的开关动作将直流电压转换为需要的交流电压。
相比于传统的线性稳压电源，开关电源可以实现高效率的能量转换，并且在功率变化较大时有较好的稳压效果。
基于反激拓扑结构的开关电源电路可以分为输入端和输出端两个部分。
输入端主要由输入滤波器、整流桥和直流电容器组成，用于将输入的交流电压转换为直流电压。
输出端主要由变压器、整流滤波器和输出稳压电路组成，用于将直流电压转换为合适的交流电压。
为了提高电路的效率和稳定性，我们可以采用一些设计技巧和元器件。
首先，选择合适的开关元件和磁性元件非常重要。
开关元件需要具有低导通压降、低开关损耗和快速开关速度等特点；磁性元件需要具有合适的匝数比和磁芯材料，以提高能量转换效率和减小磁漏感应。
其次，通过合理的控制电路和反馈机制，可以实现电压的稳定输出和过载保护功能。
最后，可以适当地优化电路的拓扑结构和参数选取，以实现更高的效率和更好的抗干扰能力。
在设计过程中，我们还需要考虑到电路的安全性和可靠性。
电路应具有过流保护、过温保护等功能，以防止元器件的过载和损坏。
此外，还可以加入故障检测和自诊断功能，以提前发现和解决问题。
总之，基于反激拓扑结构的充电桩开关电源电路设计需要考虑到效率、稳定性、安全性和可靠性等方面的要求。
通过合理的设计和选取合适的元器件，可以实现高效、稳定、可靠的充电桩开关电源电路，为电动汽车提供可靠的充电服务。
反激变换器的原理与设计(经典)
1.原边峰值电流 2.原边电感 3.磁芯截面积 4.磁感应强度
I 1 pk
2 U out I out
U in Dmax
L1 p
U in(min) Ton(max) I 1 pk
磁感应强度一般不超过0.3T.
1.功率变压器的设计
现在我们知道了:1.磁芯型号 2.原边匝数 3.副边匝数
对于变压器设计来说: 我们相当于完成了30%的任务.但是我们心里有底了!
二.反激变换器的基本工作原理
(二)反激变换器的气隙问题
反激变换器的能量究竟是存在气隙里还是磁芯里??
现在我们假设存在气隙,则存储在磁芯中的能量:
存储在气隙中的能量:
0 真空磁导率
r 相对磁导率
Lg 气隙长度
Eg
B2Lg Ae
20
Ec
B2Le Ae
20r
气隙存储能量 磁芯存储能量
Eg Ec
Lg r
Le
二.反激变换器的基本工作原理
假设有一个变压器:
相对磁导率为2000 气隙长度为1mm, 磁路长度为100mm,的磁环
气隙存储能量 磁芯存储能量
Eg Ec
Lg r
Le
1 2000 100
20 1
结论: 反激变换器决大部分能量存储在气隙里.
磁路和电路的相似性去理解磁路.
二.反激变换器的基本工作原理
三.反激变换器功率器件的设计
1.功率变压器的设计 2.功率MOS管的选择 3.功率整流管的选择
1.功率变压器的设计
(1)确定匝比
N U D in(min) max U out (1 Dmax)
U1 N1 U2 N2
UinTon N U T out off
开关电源中的功率变换器拓扑、分析与设计 3反激变换器的拓扑结构
此培训资料来源于德州仪器（TI）和中国电源学会（世纪电源网）合作举办的“TI 现场培训”课程，世纪电源网同意在 TI 网站上分享这些文档。
第二单元基本DC-DC变换器1.Buck变换器2.Boost变换器3.Buckboost变换器4.基本变换器总结12何为基本DC-DC 功率变换器？gV gI oI oV ont sT son T t d =由上图可知，当输入和输出不需要隔离时，一个最基本的DC-DC 功率变换器，其组成只能有也必须有下列四个元器件，它们分别是：有源开关（一般为MOSFET ），无源开关（一般为二极管），滤波电感和滤波电容。
到目前为止，最基本的DC-DC 功率变换器共有3个，它们分别是Buck （降压式）变换器，Boost （升压式）变换器和Buckboost （升降式）变换器。
为了方便推导DC-DC 功率变换器的稳态关系，在介绍具体的基本DC-DC 功率变换器之前，先介绍一种获得PWM DC-DC 功率变换器在CCM 下的稳态关系的简单方法----电感电压的伏秒平衡定律。
3电感电压的伏秒平衡定律对于已工作在稳态的DC-DC 功率变换器，有源开关导通时加在滤波电感上的正向伏秒一定等于有源开关截止时加在电感上的反向伏秒。
)(t V L )(t I LI gsV onT sT sonT T D =)(t V L 1L V 2L V )(t I L 1L I D 2L I D 1t D 2t D ttt因为：111)(t i L dt t dI LV L L L D D ==onT t ££02222)(t i L dt t dI L V L L L D D ==son T t T ££由于：01>L V 02<L V 所以：，，0111>D ´=D Lt V i L L 0222<D ´=D Lt V i L L 稳态时，必有：21L L i i D -=D 否则的话，电感电流会朝一个方向增加而使电感饱和，并致电路工作不正常。
电源拓扑结构介绍----正激和反激
TX2
* ***
36 V2 IRF530 R2 C2
TX1
D1N4148
* ***
36 V1 R1 C1
R1 C1
***
***
Q2
(a)Q导通
2012-10-31
(b) Q关断
(C) Q关断，电 20 流断续
3. 反激变换器的工作原理分析
下面讨论flyback工作在电流连续模式下的工作原理：
2012-10-31
5
2012-10-31
2. 带复位绕组的正激变换器的工作原理分析
正激变换器的主要理论波形
2012-10-31 6
下面讨论电感电流连续时forward变换器的工作原理：
1. 模态1 [对应于图 (a)] 在t=0时，Q1导通，Vin通过Q1 加 在原边绕组W1上，因此铁芯磁化，铁芯磁通Ø增加：
在t=Ton时，铁芯磁通Ø的增加量为Vin/W1*D*Ts。 那么副边绕组W2上的电压为：Vw2=W2/W1*Vin=Vin/K12。 式中，K12=W1/W2是原边与副边绕组的匝比。
此时，整流二极管D1 导通，续流二极管D2截止，滤波电
感电流iL1线性增加，这与buck变换器中开关管Q1导通时一样， 只是电压为Vin/K12。
2. 模态2 [对应于图 (b)] 在Ton时刻，关断Q1， 原边绕组和副边绕组中没有电流流过，此时变压器 通过复位绕组进行磁复位，励磁电流iM从复位绕组 W3经过二极管D3回馈到输入电源中去。那么复位 绕组上的电压为：Vw3=-Vin；原边绕组上的电压为： Vw1=-K13*Vin；副边绕组上的电压为：Vw2=-K23*Vin。
D2 D1N4148 C1
R1
Q1
W3
反激式变换器拓扑的LED电源设计
感。 对 原 边 绕 组 的 自感 来 讲 ， 它 的电流不可能连续 ， 因 为 功 率 晶体管断开后 电流必然为零 ， 这 时 必 然 在 次 级 绕 组 的 自感 中 引起电流 。 故对 Ｆ ｌ ｙ ｂ ａ ｅ ｋ变换 器 来 讲 ， 电 流 连 续 是 指 变 压 器 两
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｐ ｒ ｏ ｍｏ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｔ ｌ ｓ ｅ ｏ ｆ Ｌ ＥＤ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｙ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｔ ｏ ｃ ｏ ｍｍｏ ｎ ｌ ｆ ｙ ｂ ａ ｃ ｋ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ａ ｓ ｉ ｔ ｓ ｃ ｏ ｒ ｅ Ｌ ＥＤ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ． Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ａ Ｌ ＥＤ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｙ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｏ ｆ ４ ． ２ Ｗ ．ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｉ ｆ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｂ ｅ ｓ ｈｅ ｔ ｕ ｓ ｅ ｏ ｆ ａ ｌ ｆ ｙ ｂ ａ ｃ ｋ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｔｅ ｒ ｒ ｔ ｏ ｐ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｅ Ｄ Ｌ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ａ ｎ ｄ ｐ ￣ａ ｍｅ ｔ ｅ ｓ ｒ ｏ ｆ ｅ ａ ｃ ｈ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ａ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｂ ｅ ｄ，ｉ ｎ ｐ ａ ｔ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ａ ｒ ，ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ａ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ｅ ｄ
ACDCPWM方式反激式转换器设计方法
ACDCPWM方式反激式转换器设计方法AC/DCPWM方式反激式转换器是一种常见的开关电源电路，用以将交流电压转换为直流电压。
它的工作原理是通过控制开关管的导通与断开，来调整输出直流电压的大小与波形，从而实现电能的转换与稳定供电。
AC/DC PWM方式反激式转换器的设计需要考虑多个因素，包括输入电压范围、输出电压、输出电流、效率、稳定性等。
下面将详细介绍一种基于Flyback拓扑的AC/DC PWM方式反激式转换器的设计方法。
1.确定输入与输出参数：首先需要确定输入电压范围，例如100V-240V；输出电压与电流需求，例如12V输出电压，1A输出电流。
2.确定开关频率与变压器参数：开关频率的选择需要考虑电路的效率与滤波器的设计，通常选择50kHz-1MHz之间。
根据输出功率与输入电压，可以计算得到所需的变压器变比（duty cycle = 输出电压 / 输入电压）。
3.设计基本电路拓扑：基于Flyback拓扑的AC/DC PWM方式反激式转换器包括一个开关管、一个变压器、一个滤波器与一个稳压电路。
开关管可以选择MOSFET或IGBT，滤波器常使用电容与电感。
稳压电路的设计可选择反馈控制方法，如基于反馈控制的PID控制电路。
4.控制电路设计：控制电路包括反馈电路与PWM控制电路。
反馈电路可以测量输出电压，与给定的参考电压进行比较，通过反馈控制电路来调整开关管的导通与断开时间，从而保持输出电压稳定。
PWM控制电路负责产生一定的开关信号频率与占空比。
5.稳定性与保护措施：为了保证电路的稳定性与安全性，设计中需考虑电路的过电流保护、过温保护、过压保护等。
过电流保护可通过电流传感器实现，过温保护可通过温度传感器实现，过压保护可通过过压保护电路实现。
6.PCB设计与元件选择：在进行PCB布局设计时，需要合理布局各个功能模块以及相应的管脚连接。
同时，元件的选择需要考虑其性能、可靠性与成本等因素。
7.仿真与调试：在设计完成后，可以使用仿真软件进行电路性能分析，如输出波形、效率、功耗等。
反激变换器拓扑的电路设计
反激变换器拓扑的电路设计第一步是选择开关管。
开关管是反激变换器中起关键作用的元件之一，其选择应考虑电流承载能力、导通和关断损耗等因素。
常用的开关管有MOSFET和IGBT，其中MOSFET适用于低功率电源，IGBT适用于中高功率电源。
根据负载功率和输入电压范围，选择合适的开关管型号。
第二步是变压器的设计。
变压器是反激变换器中的另一个关键元件，用于将输入电压转换为所需的输出电压。
根据负载功率、输入电压和输出电压的比例关系，可以计算出变压器的变比。
变压器的设计还需考虑绕组的选取和匝数的计算。
一般情况下，主绕组的匝数可以根据输入电压、输出电压和负载电流来计算，而副绕组的匝数可以根据变比关系来计算。
第三步是整流二极管和电容的选择。
整流二极管用于将变压器输出的交流电转换为直流电，电容则用于平滑直流电压。
在选择整流二极管时，要考虑工作频率、反向电压和导通压降等因素。
而电容的选择要考虑额定电压、容量和损耗等因素。
第四步是进行参数计算。
通过计算各元件的参数，可以进一步优化电路的性能。
例如，计算开关频率、输入电压和输出电流的波形，以及开关管和变压器的功率损耗。
最后一步是进行电路优化。
反激变换器的性能很大程度上取决于电路布局、元件的安装和接线等因素。
优化电路可以采取以下措施：1.合理布局各元件，减少开关管和变压器之间的互感耦合。
2.选择高效率的开关管和变压器。
3.增加滤波电容和磁珠，减少电磁干扰。
4.使用电流采样电阻和反馈回路，实现过流保护和稳定输出。
总结起来，反激变换器拓扑的电路设计主要包括选择开关管、设计变压器、选择整流二极管和电容、进行参数计算和进行电路优化等步骤。
通过合理的设计和优化，可以实现高效率、稳定性好的反激变换器电路。
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反激变换器拓扑的电路设计
1．介绍反激变换器拓扑在5W到150W的小功率场合中得到广泛的应用。
这个拓扑的重要优点是在变换器的输出端不需要滤波电感，从而节约了成本，减小了体积。
在以往一些中文参考资料的叙述中，由于同时涉及电路和磁路的设计，容易造成设计过程中的混乱，反激变换器电路本身的一些特性却没有得到应有的体现。
在文中，介绍了反激变换器的基本工作原理，对不连续模式反激变换器的设计过程，各参数之间的决定关系作了简练而准确的描述。
由于电路设计和磁路设计分别介绍，对读者掌握反激变换器的设计有很好的帮助。
2．不连续模式反激变换器的基本原理反激变换器在开关管导通期间，变压器储能，负载电流由输出滤波电容提供。
在开关管关断期间，储存在变压器中的能量转换到负载，提供负载电流，同时给输出滤波电容充电，并补偿开关管导通期间损失的能量。
图1a是反激变换器的基本拓扑。
图中有两个输出电路，一个主输出和一个从输出。
负反馈闭合环路采样主输出电压V om。
V om的采样值与参考值比较，输出的误差信号放大信号控制Q1的导通时间脉冲，使得V om的采样值在电网和负载变化时等于参考电压，从而稳定输出电压。
从输出跟随主输出得到相应的调节。
电路的工作过程如下：当Q1导通，所有线圈的同名端（带）相对于非同名端（不带）是负极性。
输出整流二极管D1和D2反向偏置，输出负载电流由输出滤波电容C1和C2提供。
在Q1导通期间，Np上施加了一个固定的电压（Vdc-1）（这里假设开关管的导通压降是1V），并且流过以斜率dI/dt=（Vdc-1）Lp线性上升的电流，这里Lp是原边的磁化电感。
在导通时间的最后，原边电流上升到Ip=（Vdc-1）Ton/Lp。
这个电流代表电感上储存的能量为
（1）
这里E单位焦耳，Lp单位亨，Ip单位安培
当Q1关断，磁性电感上的电流强制使所有线圈上的极性反向。
假设这时没有从次级绕组，。