带隔离变压器的直流变换器[1]

29
推挽电路对变压器的要求
推挽电路必须良好的对称 良好的对称。 （1）推挽电路必须良好的对称。如果正负脉冲宽 度或幅值稍有不对称，或初级线圈不对称，就会 度或幅值稍有不对称，或初级线圈不对称， 产生直流磁化分流－－ －－偏磁而导致铁心饱和 产生直流磁化分流－－偏磁而导致铁心饱和 原边除了与副边良好耦合外，N1与N1‘之间也 （2）原边除了与副边良好耦合外，N1与N1 之间也 必须紧耦合 否则因存在漏感， 紧耦合。 必须紧耦合。否则因存在漏感，就会产生很高的尖 峰电压， 峰电压，使晶体管损坏 实际中N1 N1’不可能完全耦合 N1与 不可能完全耦合， （3）实际中N1与N1 不可能完全耦合，总有一些漏 在转换时引起电压尖峰，实际选取晶体管的U 感，在转换时引起电压尖峰，实际选取晶体管的U 2Ui决定值要大 决定值要大， BR） （BR）ces比Uce＝2Ui决定值要大，因此推挽电路一般 适用于低输入电压场合 适用于低输入电压场合
19
半桥电路工作状态小结
原边： 原边： Q1、Q2交替导通， u1侧得到幅值为Ui/2的 侧得到幅值为Ui/2 Q1、Q2交替导通，在u1侧得到幅值为Ui/2的 交替导通 交流电压 C1、C2充放电时间各为T/2 C1、C2充放电时间各为T/2 充放电时间各为 副边是一个全波电路，用LC滤波电路输出 副边是一个全波电路， LC滤波电路输出 D1、D2轮流工作， Q1和Q2都关断时，D1D2各 D1、D2轮流工作，当Q1和Q2都关断时，D1D2各 轮流工作 都关断时 自承担电感电流的一半 晶体管承受的最高电压为Ui， 晶体管承受的最高电压为Ui，二极管承受的最 Ui 高电压为nUi 高电压为nUi Q1Q2各自的ton不能超过周期的50% Q1Q2各自的ton不能超过周期的50% 各自的ton不能超过周期的
nUi uL = −u3 −Uo = −Uo 2
17
工作模态4 工作模态4
Q2关断，Q1未导通时 未导通时:(tof) Q2关断，Q1未导通时:(tof) 关断
原边： 原边：没有电流 ＝＋U uQ1＝uQ2＝＋Ui/2 副边：D1D2同时导通 同时导通， 副边：D1D2同时导通，电感释能
uL = −Uo
（2）工作过程
输入输出关系
• Q ON时: D1导通，传递能量 ON时 D1导通 导通， • Q OFF时: D1截止，磁复位， OFF时 D1截止 磁复位， 截止， D3续流 D3续流 变压器次级
u2 = nU1
式中，变比n 式中，变比n＝N1/N2
输出端： 输出端：
Uo = αu2 = αnUi
13
半桥电路
电路结构： 电路结构：
• 原边： 原边：
两桥臂：C1Q1、C2Q2 两桥臂：C1Q1、 C1C2是两个大容量电容 C1C2是两个大容量电容 • 副边： N2N3匝数相等 副边： N2N3匝数相等 全波整流电路：（两桥臂）D1、D2； ：（两桥臂 全波整流电路：（两桥臂）D1、D2； LC滤波电路输出 用LC滤波电路输出 假设： 假设： 由于C1 C2容量较大 C1、 容量较大， 由于C1、C2容量较大，可近似认为电容中点电 位为Ui/2 位为Ui/2
能量不能突变： 能量不能突变： 磁通不能突变 电感电流不能突变
2
单端反激式变换器
• Q ON时: ON时
同名端为“ ， 同名端为“+”，D截止 电感变压器作电感运行 电感储能 输出负载由电容提供能量
若电感L 是线性的， 若电感L1是线性的，则
∆i1 = (i1max
Ui − i1min ) = TON L1
具有中间抽头的变压器
′ • 副边： N2 = N2 副边： • 全波整流电路：（两桥臂）D1、D2； 全波整流电路：（两桥臂）D1、D2； ：（两桥臂 LC滤波电路输出 用LC滤波电路输出
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工作模态1 工作模态1
Q1导通时：（t Q1导通时：（ton） 导通时：（
原边： 原边： ＝＋U ＝＋2U u1＝＋Ui，uQ2＝＋2Ui 副边：D1导通 导通， 副边：D1导通，电感储能 ＝＋nU ＝－2nU u2＝＋nUi，uD2＝－2nUi
∫ u dt = 0
0 L
T
即 2 nUi −U0dωt + 2 −Uodωt = 0 ∫ ∫
0 0
整理得 Uo = nUiα
（ α
2ton = T ）
结论：通过调节占空度， 结论：通过调节占空度，可以调节输出电压的大小
27
推挽电路工作小结
原边： 原边： Q1、Q2交替导通， u1侧得到幅值为Ui的交 侧得到幅值为Ui Q1、Q2交替导通，在u1侧得到幅值为Ui的交 交替导通 流电压 副边是一个全波电路， LC滤波电路输出 副边是一个全波电路，用LC滤波电路输出 D1、D2轮流工作，当Q1和Q2都关断时，D1D2各 轮流工作， Q1和Q2都关断时 D1D2各 都关断时， D1、D2轮流工作 自承担电感电流的一半 晶体管承受的最高电压为2Ui， 晶体管承受的最高电压为2Ui，二极管承受的 2Ui 最高电压为2nUi 最高电压为2nUi Q1Q2各自的ton不能超过周期的50% Q1Q2各自的ton不能超过周期的50% 各自的ton不能超过周期的
工作模态3 工作模态3
Q2导通时：（t Q2导通时：（ton） 导通时：（
原边： 原边： ＝－U ＝＋2U u1＝－Ui，uQ2＝＋2Ui 副边：D2导通 导通， 副边：D2导通，电感储能 ＝－nU ＝－2nU u2＝－nUi，uD1＝－2nUi
uL = −u2 −Uo = n工作模态4
按输出来分 • 单端：正激、反激 单端：正激、 • 双端：推挽、半桥、全桥 双端：推挽、半桥、
1
单端反激式变换器(Flyback) 单端反激式变换器(Flyback)
(1)电路构成 (1)电路构成
T、 Q、 D、 C、
(2)工作过程 (2)工作过程
Q ON时: D截止，电感储能 ON时 D截止 截止， OFF时 D导通 导通， Q OFF时: D导通，电感释能
Q2关断，Q1未导通时 未导通时:(tof) Q2关断，Q1未导通时:(tof) 关断
原边： 原边：没有电流 ＝＋U uQ1＝uQ2＝＋Ui 副边：D1D2同时导通 同时导通， 副边：D1D2同时导通，电感释 能
uL = −Uo
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数量关系
当电路稳态工作时， 当电路稳态工作时，副边回路应满足
ton tof
20
半桥电路工作状态小结
变压器不存在直流磁化问题 Q1、Q2导通关断时间对称 若Q1、Q2导通关断时间对称
Q1、Q2导通关断时间不对称 若Q1、Q2导通关断时间不对称 C1、C2的隔直作用， C1、C2的隔直作用，能自动平衡不对称直流分量 的隔直作用 21
推挽功率电路
电路结构： 电路结构：
′ • 原边： N1 = N1 原边：
nUi uL = u2 −Uo = −Uo 2
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工作模态2 工作模态2
Q1关断，Q2未导通时 未导通时:(tof) Q1关断，Q2未导通时:(tof) 关断
原边： 原边：没有电流 ＝＋U uQ1＝uQ2＝＋Ui/2 副边：D1D2同时导通 同时导通， 副边：D1D2同时导通，各自承 担电感电流的一半， 担电感电流的一半，电感释能
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推挽电路工作小结
在理想情况下，元器件和导通时间是完全对称的， 在理想情况下，元器件和导通时间是完全对称的，那 么变压器中正负电流也是完全对称的， 么变压器中正负电流也是完全对称的，变压器没有直流 磁化问题
在实际情况中，导通时间和元器件不可能完全对称， 在实际情况中，导通时间和元器件不可能完全对称，那 么变压器中的正负电流也不可能完全对称， 么变压器中的正负电流也不可能完全对称，因此会存在直 流分量，造成磁路饱和，解决办法：可以在原边回路中串 流分量，造成磁路饱和，解决办法：可以在原边回路中串 联一个电容， 联一个电容，以阻断直流电流
3
单端反激式变换器
• Q OFF时: OFF时
同名端为“ 同名端为“-” D导通 电感储存能量向电容和 负载提供
若电感L2是线性的，则 若电感L 是线性的，
∆i2 = (i2max
Uo − i2min ) = TOF L2
4
磁物理量
定义： 定义：
• 磁场强度H：描述磁场的力的性质的物理量，完全只 磁场强度H 描述磁场的力的性质的物理量， 是反映磁场来源的属性， 是反映磁场来源的属性，与磁介质没有关系 • 磁导率μ：表征磁介质磁性的物理量 磁导率μ • 磁感应强度B：是描述磁场的力的性质的物理量 ，反 磁感应强度B 映磁场来源的属性， 映磁场来源的属性，与磁介质的属性 • 磁通Φ ：垂直于某一面积所通过的磁力线总数
8
正激式变换器的电路变化
BUCK变换器 BUCK变换器 带变压器隔离BUCK变换器 带变压器隔离BUCK变换器 BUCK 带磁复位正激式变换器
输入输出间 无法隔离
变压器无法 实现磁复位
9
正激式变换器
(1)电路构成 (1)电路构成
• T、Q、LC • D1、D2、D3 D1、D2、
10
正激式变换器
uL = −Uo
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工作模态3 工作模态3
Q2导通时：（t Q2导通时：（ton） 导通时：（
原边：C2放电，C1充电 原边：C2放电，C1充电 放电 /2， ＝＋U u1＝-Ui/2，uQ1＝＋Ui 副边：D2导通 电感储能， 导通， 副边：D2导通，电感储能，电 容充电 u3＝-nUi/2，uD1＝－nUi /2， ＝－nU
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数量关系
当电路稳态工作时， 当电路稳态工作时，副边回路应满足 即 2∫
ton
∫ u dt = 0
0 L
T
0
tof nUi −U0dωt + 2∫ −Uodωt = 0 0 2