正激变换器工作原理及基本及基本设计 ppt
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
反激式和正激式变换器的工作原理
反激式和正激式变换器的工作原理反激式变换器和正激式变换器是电力电子领域中常见的两种变换器结构，它们在不同的应用场景下具有不同的工作原理。
一、反激式变换器的工作原理反激式变换器是一种常用的开关电源变换器，它通过开关管的开关动作来实现输入电压的变换。
反激式变换器一般由一个开关管、一个变压器、一个滤波电容和一个负载组成。
1. 工作原理反激式变换器的工作原理主要分为两个阶段：导通阶段和关断阶段。
导通阶段：当开关管导通时，变压器的一侧与输入电源相连，另一侧与负载相连。
此时，输入电流通过变压器的一侧流入，变压器的另一侧产生电磁感应，使得负载得到相应的电压。
关断阶段：当开关管关断时，变压器的一侧与负载相连，另一侧与滤波电容相连。
此时，由于变压器一侧的电流无法立即变为零，电流会通过滤波电容继续流向负载，从而使得负载得到稳定的电压。
2. 特点与应用反激式变换器具有体积小、成本低、效率高等优点，广泛应用于电力电子产品中。
例如，电视机、计算机、手机充电器等都采用了反激式变换器作为其电源模块，提供稳定的直流电压。
二、正激式变换器的工作原理正激式变换器是一种将输入电压转换为输出电压的变换器，它通过不断开关的方式来实现电压的变换。
正激式变换器一般由一个开关管、一个变压器、一个整流电路和一个滤波电容组成。
1. 工作原理正激式变换器的工作原理主要分为两个阶段：导通阶段和关断阶段。
导通阶段：当开关管导通时，输入电流通过变压器的一侧流入，变压器的另一侧产生电磁感应，使得负载得到相应的电压。
关断阶段：当开关管关断时，变压器的一侧与整流电路相连，另一侧与滤波电容相连。
此时，由于变压器一侧的电流无法立即变为零，电流会通过整流电路继续流向负载，从而使得负载得到稳定的电压。
2. 特点与应用正激式变换器具有输出电压稳定、抗干扰能力强等优点，广泛应用于电力电子领域中。
例如，直流电源、变频器等都采用了正激式变换器作为其电源模块，提供稳定的输出电压。
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。
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
《正激变换器的设计》课件
总结词
正激变换器的特点是电路简单、可靠性高、成本低等，广泛 应用于开关电源、适配器、充电器等领域。
详细描述
正激变换器具有电路简单、可靠性高、成本低等优点，因此 在开关电源、适配器、充电器等领域得到广泛应用。它能够 实现输入和输出电压的隔离和变压，同时具有较高的效率和 较低的损耗。
02 正激变换器的设计步骤
通过对电路参数和元件的优化选择， 可以进一步提高正激变换器的效率。
损耗
正激变换器的损耗主要包括开关损耗 、磁性元件损耗和导通损耗。这些损 耗应尽可能降低，以提高整体效率。
温升分析
温度
正激变换器在工作过程中会产生热量，导致温升 。过高的温度会影响变换器的性能和可靠性。
散热
为了控制温升，需要采取有效的散热措施，如自 然散热、强制风冷或液冷等。
选择合适的磁芯和绕组
磁芯材料
01
选择合适的磁芯材料，如铁氧体、硅钢等，以满足工作频率和
磁通密度的要求。
磁芯形状
02
根据实际需求选择合适的磁芯形状，如E型、EE型、罐型等。
绕组线径和匝数
03
根据输入输出电压和电流的大小，计算绕组的匝数和线径，以
确保变压器的电气性能。
计算变压器匝数和线径
匝数计算
根据输入输出电压和磁芯的磁通密度 ，计算绕组的匝数。
、安全认证的要求等方面的内容。
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电路组成
总结词
正激变换器的电路组成包括输入滤波器、开关管、变压器、输出整流器和输出 滤波器等部分。
详细描述
正激变换器的电路组成包括输入滤波器用于抑制电磁干扰，开关管用于控制能 量传输，变压器用于实现电压隔离和变压，输出整流器用于将交流电压转换为 直流电压，以及输出滤波器用于平滑输出电压。
正激变换器工作原理
正激变换器实际应用中，由于电压等级变换、安全、系统串并联等原因，开DC-变关电源的输入输出往往需要电气隔离。
在基本的非隔离DCDC-变换换器中加入变压器，就可以派生出带隔离变压器的DC 器。
例如，单端正激变换器就是有BUCK变换器派生出来的。
一工作原理1 单管正激变换器单端正激变换器是由BUCK变换器派生而来的。
图（a1）为BUCK 变换器的原理图，将开关管右边插入一个隔离变压器，就可以得到图（a2）的单端正激变换器图（a1）BUCK变换器图（a2）单端正激变换器BUCK 变换器工作原理：电路进入平恒以后，由电感单个周期内充放电量相等，由电感周期内充放电平恒可以得到：⎰==Tdt Lu T L U 001即：可得：单端正激变换器的工作原理和和BUCK 相似。
其工作状态如图如图（a3）所示：图（a3）单端正激变换器工作状态开关管Q 闭合。
如图所示，当开关管Q 闭合时的工作状态如图⎰⎰=--O NO Nt Tt o o i dt U dt U U 0)(ii ONo o o i OFFo ON o i DU U Tt U T D U DT U U t U t U U ==-=-=-)1()()(a4所示，图（a4）根据图中同名端所示，可以知道变压器副边也流过电流，D1导通，D2截止，电感电压为正，变压器副边的电流线性上升。
在此期间，电感电压为：O I L U U N N u -=12开关管Q 截止。
开关管截止时，变压器副边没有电流流过，副边电流经反并联二极管D2续流，在此期间，电感电压为负，电流线性下降:O L U U -=在稳定时，和BUCK 电路一样，电感电压在一个周期内积分为零，因此：()S O S I T D U DT U U N N ⨯-⨯=⨯⎪⎭⎫⎝⎛-1120 得：I O DU N N U 12=由此可见，单端正激变换器电压增益与开关导通占空比成正比，比BUCK电路只多了一个变压器的变化。
正激变换器工作原理
UP Q
US D2 Cf
3.滤波电容Cf
把(9)式
iLf
iS
(U S
VD ) Vout Lf
DTs
(1 D)(VD Lf
Vout ) Ts
代入(24), 有
Vopp
Cf
(1 D)(Vout VD )
8L
f
Vopp
f
2 s
(25)
正激变换器
21
NR
Vin
NP NS D1
Fe
(34)
正激变换器
29
NR
Vin
NP NS D1
Lf
Vout
七. 元器件的选择
UP
US D2 Cf
5. 变压器的设计
Q A.选定磁芯材料和型式---
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.
B.确定磁芯型材的大小---Ae,AW,lm 由电流密度参数法,有
NR
Vin
NP NS D1
Lf
Vout
七. 元器件的选择
UP
US D2 Cf
4. 滤波电感Lf的设计
Q E. 根据电流大小确定气隙长度lg(续)
由磁链公式 N LI max , 可得
Imax
LImax
(
lg
0kl
A, e
lFe )
Fe Ae
进而, 有
lFe
Fe
lg
I out
i i S (max) S (min) 2
(8)
同理，可得
iS
B = Bmax - Br
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
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Vi
n
()
Vin W3
DRTS
Where DR = (Tr-Ton) / Ts
正激变换器
6
二, 基本工作原理(续) [ Tr, Ts ]
Q oQff,tu&rnedreOseFtF
励磁电流iM从W1转移到W3上后, 减小到零:
iW 3 K1[3V LiPnTonV LiPn(tTon)
到Tr时刻后, 所有绕组中电流为零, 电压也为零.
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.
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
正激变换器
2
二, 基本工作原理
Q turned ON
原副边绕组上的电压为:
VW1 K13Vin VW 2 K23Vin
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: VQVinK13Vin
Vin反向加在复位绕组W3上, 故磁通减小:
W3
d dt
B = Bmax - Br
Br
Im(maxI)m
因为磁通复位，有 () ()
D D R (7) NP NR
where DR 1D
正激变换器
10
NR
Vin
NP
UP
Q DR
BS Br
NS
Lf
US
Cf
B = Bmax - Br
Im(maxI)m
Vout
五. 磁通复位的关系(续)
Q关断时,开关管上的耐压为
Q上的电压: VQ Vin
正激变换器
7
UP,IP
正激变换器
三. 输入端电流电压关系
P inV in IinU P(rm )IP s(rm ) (s1)
UP Vin UP(rm )s D UP D Vin UP(av)eDP UDiV n
IP(rm)s DIP IP(a v)e DIP
由(1)得
IP(rms)
Vin
NP
UP Q
NS D1 Lf US D2 Cf
Vout
七. 元器件的选择 2.整流二极管D1, D2, DR
D1所承受的电压为
UD1R
NS NR
Vin(max)
(17)
D1所流过的最大电流为
ID1 iS(max)
Iout(1D)2V (Lof utVD)Ts
(18)
正激变换器
17
NR
Vin
NP
U Q V in U P
V in
NP NR
V in
复位线圈箝位二极管的反向承压为
UD R R
NR NP
Vin
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
Vin
NP
UP
BS Br
NS
Lf
Vout
六,原副边电流的关系
Q所流过的最大电流为
IQ iP(max)
iP(Lmax )iMP
(15) (16)
正激变换器
15
NR
Vin
NP NS
UP
US
Q
Lf
Vout
Cf
七. 元器件的选择 1.开关器件Q
2
iP(LmaxiP ) (Lmi n()1D L )D f sV T inN NP S
iPL
IPL iM
正激变换器
16
NR
Im(maxI)m
由(6‘)和(12)可得原边电流最大值
iP(maxi)P(Lmax )iM(P14)
正激变换器
14
NR
Vin
NP NS
UP
US
Q
Lf
Vout
七. 元器件的选择
Cf
1.开关器件Q
Q所承受的电压为
BS Br
UQVin(max) N NR PVin(max)
B = Bmax - Br
Im(maxI)m
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;
US
Cf
1,副边电流 电感Lf上的电流平均值为输出电流Iout.即
ILfIout iS(ma2 x)iS(min)
(8)
同理，可得
B = Bmax - B r iSiS(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)
IS(rm)s DIS , IS(av)eDIS
由(4)得 IS Iout
IS(av)eDoIut
(6)
IS(rm)s DIout
正激变换器
9
五. 磁通复位的关系
Vin LP
DTs
iMP
V i n Ds T iML P PN P( )(6‘)
同理，可得
BS
V in D R T s iML R RN R ( ) (6“)
BS Br
正激变换器
3
二, 基本工作原理(续) [0, Ton]
Q turned ON
d W1 dt Vin
()
Vin W1
DTs
iMP
Vin LP
t
正激变换器
4
二, 基本工作原理(续) [Ton, Tr]
Q turned OFF
复位绕组的电压为: VW3 Vin
UP Q
NS D1 Lf US D2 Cf
Vout
七. 元器件的选择 2.二极管D1, D2, DR
D2所承受的电压为
UD2R
NS NP
1 D Iin
IP(ave) Iin
IP
1 D
I in
(2)
(3)
8
US,IS
四. 输出端电流电压关系
P o uV toIu ot uU tS (rm )IS (r sm ) Is S V D (4)
US(VoutVD)/D U S(rm ) s D U S(V ou V t D )/ D (5) U S(av ) eDSU V ou tV D
正激变换器
13
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)