正激变换器工作原理
正激变换器磁复位原理
正激变换器磁复位原理正激变换器是一种常见的电力变换器，其工作原理是通过磁复位实现能量转换。
磁复位是指在变换器中通过周期性地改变磁场方向来实现能量传递和转换的过程。
在正激变换器中，主要有两个磁性元件：主磁感应线圈和辅助磁感应线圈。
主磁感应线圈是由一个绕组组成的，它与输入电源相连。
辅助磁感应线圈则是由另一个绕组组成的，它与输出负载相连。
这两个磁性元件之间通过一个铁芯连接起来。
在工作时，输入电源会给主磁感应线圈施加一定的电流，从而在铁芯中产生一个磁场。
由于铁芯的存在，磁场会集中在铁芯中，并进一步感应辅助磁感应线圈中的电流。
在正激变换器的工作周期中，输入电流会周期性地改变方向，从而使主磁感应线圈中的磁场方向也随之改变。
这样一来，磁场方向的变化会导致辅助磁感应线圈中的电流方向也发生变化。
通过这种方式，能量可以从输入电源传递到输出负载。
具体来说，当输入电流方向改变时，主磁感应线圈中的磁场也会随之改变。
这个变化的磁场会感应出一个反向的电动势，从而使辅助磁感应线圈中的电流方向发生变化。
这个变化的电流会通过输出负载，从而实现能量的传递。
通过周期性地改变磁场方向，正激变换器可以实现高效的能量转换。
这是因为在磁复位的过程中，能量可以在变换器的不同部分之间来回传递，从而最大限度地减少能量的损耗。
除了能量转换外，正激变换器还有一个重要的功能是实现电压和电流的调节。
通过改变输入电流的幅值和频率，可以调节输出负载上的电压和电流大小。
这使得正激变换器在不同的应用场景中具有很大的灵活性。
正激变换器通过磁复位实现能量的传递和转换。
通过周期性地改变磁场方向，能量可以在变换器的不同部分之间来回传递，从而实现高效的能量转换。
同时，正激变换器还可以实现电压和电流的调节，具有很大的灵活性。
这使得正激变换器成为了电力转换和调节的重要工具。
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：⎰==T dt 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a4所示，⎰⎰=--O N O N t T t o o i dt U dt U U 00)(i i ON o o o i OFFo ON o i DU U Tt U TD U DT U U t U t U U ==-=-=-)1()()(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
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
正激式变换器的原理
正激式变换器的原理
正激式变换器是一种电力变换装置，其原理基于断续开关电路的操作方式。
其核心组成部分包括输入电压源、开关器件、功率变压器、输出电路等。
正激式变换器的原理是通过开关器件（通常是晶体管或MOSFET）以高频率进行开关操作，将输入电压源的直流电压通过功率变压器进行翻倍、降压或升压等电压变换，从而实现电力的转换。
开关器件的开关操作是控制性能的关键，通过控制开关器件的导通和关断时间，可以调节输出电压的大小。
正激式变换器的工作周期分为导通和关断两个阶段。
在导通阶段，开关器件处于导通状态，输入电源的电压通过功率变压器传输到输出电路，从而实现能量的传输。
而在关断阶段，开关器件被关闭，并且输出电路中的能量被释放，从而实现能量的转换和控制。
正激式变换器的优点是效率高、功率密度大，并且可以实现较高的电压和电流的变换。
它在电力变换和电力传输领域得到广泛应用，如电力逆变器、电源变换器、电动机驱动器等。
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。
正激式变换器工作原理
正激式变换器工作原理
正激式变换器的典型电路如下图所示。
当开关K闭合时，变压器的初级线圈N1被直流电压激励，线圈N1电压为上正下负；次级线圈N2感应的电压也为上正下负，二极管D1导通，通过电感L给负载R供电和给电容C充电。
当开关K断开时，变压器的初级线圈N1产生很大的反电动势电压，为了防止变压器初级线圈产生的反电动势把开关管击穿，正激式变压器开关电源的变压器增加一个反电动势吸收绕组；同时，次级二极管也截止，由于次级电感L电流不能突变，通过二极管D2继续给负载供电；同时电容C也为负载供电。
正激式变换器只有传输能量的功能，储存能量是通过次级的电感L 和电容C来完成的。
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。
单端正激变换器的工作原理
单端正激变换器的工作原理01带隔离变压器（DC）-DC前面介绍了四种基本的非隔离DC-DC变换器结构，它们有一个共同点就是输入输出存在直接的（电气）连接，然而在实际应用中，由于电压等级变换、安全、系统串并联等原因，需要进行输入和输出的电气隔离。
在基本的非隔离DC-DC变换器(如Buck、Boost、Buck-Boost和Cuk变换器)中加入变压器，就可以派生出带隔离变压器的DC-DC变换器。
比如，Buck变换器可以派生出单端正激变换器、桥式变换器、电压型推挽变换器等; Boost变换器可以派生出（电流）型推挽变换器等; Buck-Boost变换器可以派生出单端反激变换器等。
在DC-DC变换器中，变压器的作用主要是隔离，一定情况下也能起到变压的作用。
应用在隔离DC-DC变换器中的变压器是高频变压器，（工作原理）与其他类型的隔离变换器不同，变压器铁芯必须加气隙。
关于变压器的设计，是一个重要又复杂的过程。
今天，我们主要来聊聊单端正激变换器，所谓的单端变换器，是指变压器磁通仅在单方向变换的变换器。
02单端正激(Forward Conver（te）r)单端正激变换器由Buck变换器派生而来。
如下图这是Buck变换器的拓扑图，在虚线位置插入一个隔离变压器，便可以得到单端正激变换器，如下图：当开关管T闭合时，工作状态如下图：根据图中的同名端表示，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Dc*Ts期间，电感电压为当开关管T关断时，工作状态如下图：变压器副边没有电流流过，负载电流经反并联（二极管）D2续流，在(1-Dc)*Ts期间，电感电压为负，电流线性下降uL=-Uo在稳态时，电感电压在一个周期内积分为零，因此得到由上式可见，单端正激变换器的电压增益与开关导通占空比成正比，这和Buck变换器类似，不同的是比后者多了一个变压器的变比。
在上边分析电压增益时考虑的是电感电压在一个周期内累积为零的关系，前面的分析中我们也有从电感电流或者电感磁通的角度出发，这三者的本质是一样的，都是电感磁芯中的磁通平衡。
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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.
U DRR
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
US
Cf
1,副边电流 电感Lf上的电流平均值为输出电流Iout.即
I Lf
(6)
IS(rms) DIout
正激变换器
9
五. 磁通复位的关系
Vin LP
DTs
iMP
Vin DTs iMPLP N P () (6‘)
同理，可得
BS Br
B = Bmax - Br
Vin DRTs iMRLR N R () (6“)
Im(maxI)m
因为磁通复位，有 () ()
U P Vin UP(rms) DUP DVin U P(ave) DU P DVin
IP(rms) DIP I P(ave) DI P
由(1)得
I P(rms)
1 D
I in
I P(ave) Iin
IP
1 D
I in
(2)
(3)
8
四. 输出端电流电压关系
Pout Vout Iout U I S (rms) S (rms) I SVD (4)
US,IS
U S (Vout VD ) / D
US(rms) DUS (Vout VD ) / D
(5)
U S (ave) DU S Vout VD
IS(rms) DIS , I S (ave) DI S
由(4)得 I S Iout
I S (ave) DI out
七. 元器件的选择
UP
US D2 Cf
4. 滤波电感Lf的设计
Q 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 , 可得
NL
2Lf Iout Ae Bm
(31)
正激变换器
26
NR
Vin
NP NS D1
Lf
Vout
七. 元器件的选择
UP
US D2 Cf
(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
I out
i i S (max) S (min) 2
(8)
同理，可得
iS
B = Bmax - Br
iS (max) iS (min)
(U S
VD ) Vout Lf
DTs
(9)
由(8),(9)和(5)可得到
Im(maxI)m
iS (max)
I out
(1
D)(Vout 2Lf
W1
d dt
Vin
( )
Vin W1
D
Ts
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: VW 3 Vin
原副边绕组上的电压为:
VW1 K13Vin VW 2 K23Vin
Where K13 = W1/W3, K23 = W2/W3
D1所承受的电压为
U D1R
NS NR
Vin(m ax)
(17)
D1所流过的最大电流为
I D1 iS (max)
I out
(1
D)(Vout 2Lf
VD )
Ts
(18)
正激变换器
17
NR
Vin
NP
UP Q
NS D1 Lf US D2 Cf
Vout
七. 元器件的选择 2.二极管D1, D2, DR
NR
Vin
NP NS
UP
US
Q
Lf
Vout
Cf
七. 元器件的选择 1.开关器件Q
2
iPL(m a x)
iPL(m in)
(1
D)DTsVin Lf
NS NP
iPL
IPL iM
正激变换器
16
NR
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
VD ) Ts
(10)
iS (m in)
I out
(1
D)(Vout 2Lf
VD
)
Ts
(11)
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
iPL(max)
NS NP
I out
(1 D)DTsVin 2Lf
NS NP
2
D DR (7) NP NR
where DR 1 D
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
UQ Vin U P
Vin
NP NR
Vin
复位线圈箝位二极管的反向承压为
DR所承受的电压为
U DRR
NR NP
Vin(m ax)
(21)
DR所流过的最大电流为
I DR
iMR(max)
NP NR
iMP
NP NR
Vin DTs LP
(22)
正激变换器
19
NR
Vin
Iout Vout
NP NS D1
Lf
Vout
七. 元器件的选择
UP Q
US D2 Cf
3.滤波电容Cf C所承受的电压为
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 )
8Lf
Vopp
f
2 s
(25)
正激变换器
21
NR
Vin
NP NS D1
Lf
UP
US D2 Cf
Vout
七. 元器件的选择 4. 滤波电感Lf的设计
Q
A, Lf电感量的确定
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.
iLf
UC
Vout
1 2
Vopp(23)
Vopp
Cf的容量
假定电感上的电流连续. 事实上,在设计 电感时必须满足电流连续这一条件.
q
idt
1 Ts 22
iS 2
C f Vopp
(24)
正激变换器
20
NR
Vin
Iout Vout
NP NS D1
Lf
VS 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
kl 0
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