详细经典的正激变换器工作原理
正激变换器
Dm in
N1 N2
Uo U dm a x
0.33
Rm a x
Uo Io min
50
设计方法*
电感电流连续： L 1 (1 D)RT
2
极限状态满足要求：
L
1 2
(1
Dmin)RmaxT
L 0.00017H 0.17mH
与Buck电路类似，电感最大峰值电流、最大有效值电流为：
I Lpkmax
正激变换器（Forward Converter）
电感电流连续模式（CCM）下工作参数分析
稳态工作时电感伏秒平衡，有：
( N2 N1
Ud
Uo )DT
Uo (1
D)T
0
Uo
D
N2 N1
Ud
上式表明：正激DC-DC变换电路的输出电压平均值和Buck
电路一样与D成正比，不同的是还与匝数有关。
为避免变压器饱和，每个开关周期内磁路必须复位，即
Io
其中：Iin为输入平均电流（直流电流），Io为输出直流电流，
D为占空比 ，Ud为输入直流电压，Uo 为输出直流电压
正激电路电感电流连续的临界条件
输出电流大于临界连续时电感平均电流，有： 1 1 (1 D)T
R 2L
即： L 1 (1 D)R
2f
——LC滤波器设计约束条件之一
正激变换器（Forward Converter）
CCM状态下主电路主要参数关系
电感 电感电流连续条件： L 1 (1 D)RT
2
电感电流有效值： ILrms Io
电感电流峰值： I Lpk
Io
1 2
I Lpp
电感电流脉动峰峰值：
电容
单端正激变换器电路解说
单端正激变换器電路解說★电路拓扑图2、电路原理其变压器T1起隔离和变压的作用，在输出端要加一个电感器Lo（续流电感）起能量的储存及传递作用，变压器初级需有复位绕组Nr（此点上我对一些参考书籍存疑，当然有是最好，实际应用中考虑到变压器脚位的问题）。
在实际使用中，我也发现此绕组也用RCD吸收电路取代亦可，如果芯片的辅助电源用反激供给则也可削去调整管的部分峰值电压（相当一部份复位绕组）。
输出回路需有一个整流二极管D1和一个续流二极管D2。
由于其变压器使用无气隙的磁芯，故其铜损较小，变压器温升较低。
并且其输出的纹波电压较小。
3、变压器计算一般来说高频变压器的设计可划分为以下六个步骤：a、选择磁芯材料和磁芯结构形式。
b、确定工作频率，工作最大磁感应强度Bm。
c、计算并初选磁芯型号。
d、计算并调整原、副边匝数。
e、计算并确定导线线径。
f、校核窗口面积和最大磁感应强度Bm。
现就这六个步骤来讨论单端正激式变压器的设计：★ 选择磁芯材料和磁芯结构形式高频变压器磁性材料选择的标准为高初始磁导率μi、低矫顽力Hc、高饱和磁感应强度Bs、低剩磁Br、高电阻率ρ和高居里温度点。
磁导率高，变压器工作时励磁电流就小；矫顽力低则磁滞损耗比较小；高饱和磁感应，低剩磁，变压器工作时磁通变化范围 B可以较大，相应减小了变压器体积；高电阻率，高频工作时涡流损耗比较小；高居里温度点，变压器工作温度可以相应提高，但以上各项要求不可能同时得到满足，不同的磁性材料存在其长处也必然存在不足，需视具体应用条件加以选择。
一次电源工作频率一般选择在60KHz～150KHz 之间，二次电源产品工作频率一般选择在100KHz～400KHz之间，在这个频率范围，宜选用Mn-Zn铁氧体材料，目前二次电源常用的铁氧体材料包括TDK的PC30－PC40，Magnetics的P 材料，PHILIP的3F3及899厂的R2KB2等。
磁芯结构形式的选择一是考虑能量传递，二是考虑几何尺寸的限制，三是考虑磁芯截面积和窗口面积的比例，多路输出变压器一般要求有较大的窗口面积，选择EE型、EI型或PQ 型磁芯，可具有较大的窗口和良好的散热性，DC/DC模块电源可选用FEY型、FEE型、EUI型等，铃流变压器要求磁芯截面积比较大，可选用GU形磁芯；此外还应考虑变压器的安装，加工方便性，成本等，目前中、大功率通常选用GU形磁芯，这种磁芯特点是有较大的截面积，漏磁很小，采用国产材料，成本低，但出线需手焊。
第8章 正激变换器(修订)
2019/5/24
开关电源技术与设计
第8章 正激变换器
8.3.3 最大占空比 的限制
在三绕组去磁复位正激变换器中，开关管关断后磁复位期间，复位绕组 Nr 对主绕组 N P
的映射电压U OR
=
NP Nr
×U IN
，开关管
DS 极承受的最大电压与反激变换器情况类似，即
U DS
= U IN
+ U OR
第8章 正激变换器
8.3.1三绕组去磁正激变换器波形
三绕组去磁正激变换器各关键点电压波形、绕组与二极管电流波形如图8.3.2所示。
Ton Toff
uGS
主绕组Np与复位绕
组Nr之间漏感Lp-r引
uDS
起的尖峰电压
us
漏感尖峰电压
2Uin Uin
us
0V
-u s
2019/5/24
Np
i 绕组电P流
i 复位绕组电流 R i 一次侧绕组激磁电流 M
BCM 模式下，间歇期Tr 时间为 0)
Dmax
=
Ton Ton + Toff
= U off U on + U off
= U OR
=
NP Nr
×U IN
= N P =0.5
U IN + U OR
U IN
+
NP Nr
×U IN
NP + Nr
为保证磁通可靠复位，在最小输入电压U IN min 下，最大占空比 Dmax 必须限制在 0.45 或以下，
略情况下，buck 变换器等效输入电压
U INR
=
NS NP
(U IN
−U SW
(完整word版)有源钳位正激变化器的工作原理
第2章有源箝位正激变换器的工作原理2。
1 有源箝位正激变换器拓扑的选择单端正激变换器具有结构简单、工作可靠、成本低廉、输入输出电气隔离、易于多路输出等优点,因而被广泛应用在中小功率变换场合.但是它有一个固有缺点：在主开关管关断期间,必须附加一个复位电路，以实现高频变压器的磁复位，防止变压器磁芯饱和[36]。
传统的磁复位技术包括采用第三个复位绕组技术、无损的LCD箝位技术以及RCD箝位技术。
这三种复位技术虽然都有一定的优点,但是同时也存在一些缺陷[37—39]。
(1）第三复位绕组技术采用第三个复位绕组技术正激变换器的优点是技术比较成熟，变压器能量能够回馈给电网。
它存在的缺点是：第三复位绕组使得变压器的设计和制作比较复杂;变压器磁芯不是双向对称磁化，因而利用率较低;原边主开关管承受的电压应力很大。
（2)RCD箝位技术采用RCD箝位技术正激变换器的优点是电路结构比较简单，成本低廉。
它存在的缺点是:在磁复位过程中，磁化能量大部分都消耗在箝位网络中,因而效率较低；磁芯不是双向对称磁化,磁芯利用率较低。
（3) LCD箝位技术采用无损的LCD箝位技术正激变换器的优点是磁场能量能够全部回馈给电网，效率较高。
它存在的缺点是：在磁复位过程中,箝位网络的谐振电流峰值较大，增加了开关管的电流应力和通态损耗，因而效率较低；磁芯不是双向对称磁化，磁芯利用率较低。
而有源箝位正激变换器是在传统的正激式变换器的基础上，增加了由箝位电容和箝位开关管串联构成的有源箝位支路，虽然与传统的磁复位技术相比，有源箝位磁复位技术增加了一个箝位开关管，提高了变换器的成本，但是有源箝位磁复位技术有以下几个优点：(1）有源箝位正激变换器的占空比可以大于0。
5，使得变压器的原副边匝比变大，从而可以有效地减少原边的导通损耗；（2）在变压器磁复位过程中，寄生元件中存储的能量可以回馈到电网，有利于变换器效率的提高;(3)变压器磁芯双向对称磁化,工作在B—H回线的第一、三象限,因而有利于提高了磁芯的利用率;(4）有源箝位正激变换器的变压器原边上的电压是是有规律的方波，能够为副边同步整流管提供有效、简单的自驱动电压信号，因而大大降低了同步整流电路的复杂度。
正激变换器的工作原理
正激变换器的工作原理
正激变换器（flyback converter）是一种电力转换器，常用于
电源供应、电池充电和其他电能转换应用中。
其工作原理可以简述如下：
1. 输入电压施加到电路的开关管（通常是MOSFET）上，控
制开关管的导通和截止，从而产生交流信号。
通常会通过一个电感进行滤波。
2. 当开关管导通时，输入电流通过电感和二极管流入负载电路，同时电容储存能量。
3. 当开关管截止时，输出回路中的电流将由电感和负载提供。
同时，储存在电容中的能量被释放以保持输出电压稳定。
4. 通过调整开关管导通和截止的频率，可以实现输出电压的调整和稳定，同时减少能量损耗。
正激变换器的工作原理利用了开关管的开关特性，通过调整开关管的导通和截止时间，实现了对输入电能的转换和输出电压的调整。
同时，辅助电感、二极管和电容等元件的协同工作，使得电能以稳定的形式输出到负载上。
Flyback正激变换器的工作原理
第1章Flyback正激变换器的工作原理1.1 引言有隔离变换器的DC/DC变换器按照铁芯磁化方式，可分为双端变换器(全桥、半桥、推挽等)和单端变换器(正激式、反激式等)。
和双端变换器比较，单端变换器线路简单、无功率管共导通问题、也不存在高频变换器单向偏磁和瞬间饱和问题，但由于高频变换器只工作在磁滞回线一侧，利用率低。
因此，它只适用于中小功率输出场合。
单端正激变换器是一个隔离开关变换器，隔离型变换器的一个根本特点是有一个用于隔离的高频变压器，所以可以用于高电压的场合。
由于引入了高频变压器极大的增加了变换器的种类，丰富了变换器的功能，也有效的扩大了变换器的使用范围。
单端正激变换器拓扑以其结构简单、工作可靠、成本低廉而被广泛应用于独立的离线式中小功率电源设计中。
在计算机、通讯、工业控制、仪器仪表、医疗设备等领域，这类电源具有广阔的市场需求。
当今，节能和环保已成为全球对耗能设备的基本要求。
所以，供电单元的效率和电磁兼容性自然成为开关电源的两项重要指标。
而传统的单端正激拓扑，由于其磁特性工作在第一象限，并且是硬开关工作模式，决定了该电路存在一些固有的缺陷：变压器体积大，损耗大；开关器件电压应力高，开关损耗大；dv/dt和di/dt大等。
为了克服这些缺陷，提出了有源钳位正激变换器拓扑，从根本上改变了单端正激变换器的运行特性，并且能够实现零电压软开关工作模式，从而大量地减少了开关器件和变压器的功耗，降低了dv /dt和di/dt，改善了电磁兼容性。
因此，有源钳位正激变换器拓扑迅速获得了广泛的应用。
本章主要介绍Flyback型有源箝位正激变换器的稳态工作原理与电路设计。
1.2 Flyback 型有源箝位正激变换器稳态工作原理有源箝位正激变换器由有源箝位支路和功率输出电路组成。
有源箝位支路由箝位开关和箝位电容串联组成，并联在主开关或变压器原边绕组两端。
利用箝位电容及开关管的输出电容与变压器绕组的激磁电感谐振，创造主开关和箝位开关的ZVS 工作条件，并在主开关关断期间，利用箝位电容的电压限制主开关两端的电压基本保持不变，从而避免了主开关过大的电压应力；另一方面，在正激变换器中采用有源箝位技术还可实现变压器铁芯的自动磁复位，并可以使激磁电流沿正负两个方向流动，使其工作在双向对称磁化状态，提高了铁芯的利用率。
详细经典的正激变换器工作原理 PPT
ILfIout (ma2 x)iS(min)
(8)
同理，可得
B
=
Bmax
-
iSiS(
Br
m aixS()m in(U ) SV L D f)V ouD t s(T 9)
由(8),(9)和(5)可得到
Im(maxI)m
iS(maxI)out(1D)2V L (of utVD)Ts (10) iS(mi n)Iout(1D)2V L (of utVD)Ts (11)
去磁能量在磁场中而不是在 去磁线圈的电流里
关断时的电流与关断时去磁回路的电流不等，因为能量相等而匝数不一样
E 1 I 2L 2
二, 基本工作原理
Q turned ON
BS Br
B = Bmax - Br
Im(maxI)m
二, 基本工作原理(续) [0, Ton]
Q turned ON
d W1 dt Vin
NR
Vin
NP NS
UP
US
Lf
Vout
六,原副边电流的关系
Cf
2,原边电流
2
iP(LmaxN N ) P SIout(1D 2)L D f sV T inN NP S (12)
BS Br
2
B = Bmax - Br iP(Lmi n)N NP SIout(1D 2)L D f sV T inN NP S (13)
D2所承受的电压为
UD2R
NS NP
Vin(max)
D2所流过的最大电流为
(19)
注意：N的下标
ID2 iS(max)
Iout(1D)2V (Lof utVD)Ts
(20)
NR
有源钳位正激电源变换器的工作原理及优势
有源钳位正激电源变换器的工作原理及优势该电源变换器具有以下几个优势：
1.高效率：有源钳位正激电源变换器在功率开关管导通时，电流与电
压的乘积变小，从而减小了功率损耗。
这使得该变换器的效率很高，节约
了能源。
2.快速响应：有源钳位正激电源变换器能够快速响应输入电压的变化，迅速调整输出电压，使其保持稳定。
这个特点使得该变换器在需要快速响
应的应用中表现出色，例如电动车充电器、UPS电源等。
3.宽工作范围：有源钳位正激电源变换器可以在宽范围的输入电压下
工作，从而适应不同的工作环境。
这个特点使得该变换器具有较大的应用
范围，能够满足不同领域的需求。
4.输出稳定性好：有源钳位正激电源变换器在反馈控制的作用下，通
过对输入电压进行调节，使输出电压保持稳定。
这大大提高了稳压性能，
使得该变换器在需要高稳定性的应用中表现出色，例如精密仪器、工业控
制系统等。
5.体积小、重量轻：有源钳位正激电源变换器采用了高频开关方式，
使得变换器的体积小、重量轻。
这使得该变换器适合在体积、重量有限的
场合使用，例如移动设备、航空航天等。
总之，有源钳位正激电源变换器作为一种电源变换器，具有高效率、
快速响应、宽工作范围、输出稳定性好和体积小、重量轻等优势。
这些优
势使得该变换器在许多领域中有着广泛的应用前景。
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正激变换器
6
二, 基本工作原理(续) [ Tr, Ts ]
Q off,turned OFF Q & reset
励磁电流iM从W1转移到W3上后, 减小到零:
iW3 K13[
Vin V Ton in (t Ton ) LP LP
到Tr时刻后, 所有绕组中电流为零, 电压也为零. Q上的电压:
Vin
UP Q
US
D2 Cf
E. 根据电流大小确定气隙长度lg(续) 或直接由(32)式计算 , 可得
NR
NP
NS
D1
Lf
Vout
七. 元器件的选择 4. 滤波电感Lf的设计
Vin
UP Q
US
D2 Cf
E. 根据电流大小确定气隙长度lg
F I max N
l Fe U m Rm ( k A A ) 0 l e Fe e
由kirchhoff 磁压定律:
lg
U
I S ( ave) DI out
I S ( rms ) D I out
(6)
正激变换器
9
五. 磁通复位的关系
Vin DTs iMP LP
Vin DTs iMP LP N P ( )
同理，可得
BS B = Bmax - Br Br
(6‘)
Vin DRTs iMR LR N R ( )
复位线圈箝位二极管的反向承压为
BS B = Bmax - Br Br
U DRR
NR Vin NP
Im(max)
Im
考虑Q的耐压和变压器窗口的利用率,因此,一 般复位绕组NR取NP一样. 即
NP NS
正激变换器
11
最大占空比限制
正激变换器
12
NR
NP
NS
Lf Cf
Vout
六,原副边电流的关系 1,副边电流 电感Lf上的电流平均值为输出电流Iout.即
, 可得
lg I max lFe LI max ( ) , 0 kl Ae Fe Ae
进而, 有
Fe
l Fe
lg kl 0
2 4 L f I out
B Ae
2 m
(33) 最后可得 l
g
正激变换器
28
NR
NP
NS
D1
Lf
Vout
七. 元器件的选择 4. 滤波电感Lf的设计
(27)
iLf
L f 1.3L f min
(1 D)(VD Vout ) 1.3 2 I out f s
(28)
正激变换器
23
此页之后的内容在讲完变压器电抗器设计之后才细讲。
NR NP NS
D1
Lf
Vout
七. 元器件的选择 4. 滤波电感Lf的设计
Vin
UP Q
US
D2 Cf
B.选定磁芯材料和型式---B,Bm 根据工作频率,磁化形式,传输功率,线圈绕组的绕制等要求, 以及磁芯的磁化曲线,供货情况等来确定磁芯材料. C.确定磁芯型材的大小---Ae,AW,lm 由电流密度参数法,有 iLf
Where K13 = W1/W3, K23 = W2/W3
正激变换器
5
二, 基本工作原理(续)[Ton, Tr]
Q turned OFF
Q上的电压:
VQ Vin K13Vin
Vin反向加在复位绕组W3上, 故磁通减小:
d Vin dt V ( ) in DRTS W3 W3
Im Im(max)
由(6‘)和(12)可得原边电流最大值
iP (max) iPL (max) iMP (14)
正激变换器
14
NR
NP
NS
Lf Cf
Vout
七. 元器件的选择 1.开关器件Q Q所承受的电压为
Vin
UP Q
US
U Q Vin (max)
BS B = Bmax - Br Br
因为磁通复位，有
(6“)
Im Im(max)
( ) ( )
where
D DR NP NR
正激变换器
(7)
DR 1 D
10
NR
NP
NS
Lf Cf
Vout
五. 磁通复位的关系(续)
Vin
UP Q
US
Q关断时,开关管上的耐压为
DR
U Q Vin U P NP Vin Vin NR
Vin
UP Q
US
D2 Cf
把(9)式 iLf Iout
Vopp
(U S VD ) Vout (1 D)(VD Vout ) iS DTs Ts Lf Lf
代入(24), 有
Vout
(1 D )(Vout VD ) Cf 8 L f Vopp f s2
(25)
VQ Vin
正激变换器
7
三. 输入端电流电压关系
Pin Vin I in U P ( rms ) I P ( rms )
(1)
U P Vin U P ( rms ) DU P DVin U P ( ave ) DU P DVin
UP,IP
(2)
I P ( rms ) D I P
W1
d Vin dt
Vin D Ts W1
( )
iMP
Vin t LP
4
正激变换器
二, 基本工作原理(续) [Ton, Tr]
Q turned OFF
复位绕组的电压为:
VW 3 Vin
原副边绕组上的电压为:
VW 1 K13Vin VW 2 K 23Vin
NR Vin (max) NP
(21)
DR所流过的最大电流为
I DR iMR (max)
NP N P Vin DTs iMP NR N R LP
(22)
正激变换器
19
NR
NP
NS
D1
Lf
Vout
七. 元器件的选择 3.滤波电容Cf C所承受的电压为
Vin
UP Q
US
D2 Cf
iLf Iout
iS (max) iS (min)
(1 D)(Vout VD ) I out Ts 2L f (1 D)(Vout VD ) I out Ts 2L f
(11)
正激变换器
13
NR
NP
NS
Lf Cf
Vout
六,原副边电流的关系 2,原边电流
Vin
UP
US
iPL (max)
注意：N的下标
D2所流过的最大电流为
I D 2 iS (max)
(1 D)(Vout VD ) I out Ts 2L f
(20)
正激变换器
18
NR
NP
NS
D1
Lf
Vout 七. 元器件的选择
Vin
UP Q
US
D2 Cf
2.二极管D1, D2, DR
DR所承受的电压为
U DRR
正激变换器
21
NR
NP
NS
D1
Lf
Vout
七. 元器件的选择 4. 滤波电感Lf的设计 A, Lf电感量的确定
Vin
UP Q
US
D2 Cf
电感量大,对平滑输出电流电压有好处,同时减小 了变压器的铜耗;但电感器体积和重量增加,且Q, 和D1的开通损耗, D2的反向恢复损耗增大. 电感量小, 输出电流电压的纹波增加,变压器的铜耗增加些;但电感器体积和重 量减小,且Q, 和D1的开通损耗, D2的反向恢复损耗也降低了. 为此,一般取电感量Lf为额定电流临界连续的电感量Lfmin的1.3倍. iLf
(1 D)(VD Vout ) iS Ts 2 I out L f min
(26)
正激变换器
22
NR
NP
NS
D1
Lf
Vout
七. 元器件的选择 4. 滤波电感Lf的设计 A, Lf电感量的确定(续)
Vin
UP Q
US
D2 Cf
L f min
(1 D)(VD Vout ) 2 I out f s
(30)
kW Bm j
正激变换器
25
NR
NP
NS
D1
Lf
Vout
七. 元器件的选择 4. 滤波电感Lf的设计
Vin
UP Q
US
D2 Cf
D. 根据电流大小和选定磁芯确定电 感线圈匝数NL 由磁链公式
N LI max
2 L f I out Ae Bm
, 可得
NL
(31)
正激变换器
26
正激变换器的工作原理
正激变换器
1
Forward converter (正激变换器)
一, 基本电路
Forward converter 是在Buck converter 中插入一个transformer 得到的.
特点:
电感不能省
1.电路比较简单,铜耗较低; 2.输出电压电流纹波较小; 3.变压器磁芯单边磁化; 4.开关管峰值电流较低; 5.变压器是个纯粹的变压器; 6.变压器铁芯不必加气隙; 但 在有的铁芯中为了减少Br,需 加很小的气隙.
I D1 iS (max)