开关电源原理设计及实例ppt课件

全桥
变压器双向激磁，容易达到大功率结构 几百W~几百kW 大功率工业用电 复杂，成本高，有直通问题，可靠性低， 源、焊接电源、 需要复杂的多组隔离驱动电路 电解电源等 变压器双向激磁，没有变压器偏磁问题， 几百W~几kW 开关较少，成本低有直通问题，可靠性 低，需要复杂的隔离驱动电路 变压器双向激磁，变压器一次侧电流回 路中只有一个开关，通态损耗较小，驱 动简单有偏磁问题 几百W~几kW 各种工业用电源， 计算机电源等 低输入电压的电 源
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4.1 概述
拓扑结 构 正激 反激 电路优缺点 电路较简单，成本低，可靠性高，驱动 电路简单变压器单向激磁，利用率低 电路非常简单，成本很低，可靠性高， 驱动电路简单难以达到较大的功率，变 压器单向激磁，利用率低 功率范围 几百W~几kW 几W~几十W小 功率 应用领域 各种中、小功率 电源 电子设备、计算 机设备、消费电 子设备电源
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4.2 单端正激式结构
4.2.2电路结构及工作原理
为使变换器结构简单，提高可靠性，减少成本和重量，图4-2示出了 单端变压隔离器与降压变换器结合的线路。这是一个原边、副边同时工作 的线路，称为正激变换器（Forward Converter），它广泛地应用在小功率 电源小。由于原边绕组通过的是单向脉动电流，一个实用的单端变压隔离 器电路必须采取措施，使变压器铁芯磁性复位，如图4-2所示。
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4.1 概述
直流
逆变 电路
交流 变压器
交流
整流 电路
脉动 直流 滤波器
直流
图 4-1 隔离DC-DC变换器功能示意图
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4.1 概述
升压和降压等变换器可以完成直流电压的变换。但实际上存在着转换功能上的局 限性，例如，输入输出不隔离，输入输出电压比或电流比不能过大以及无法实现多路 输出等。这种局限性只能用另一种开关变换器中的重要组件—变压隔离器来克服。下 面列出采用变压器隔离结构的原因： 输出端与输入端之间需要隔离； 变压器可以同时输出多组不同数值的电压，改变输出电压和输出电流很容易，只需 改变变压器的匝数比和漆包线截面积的大小即可； 变压器初、次级互相隔离，不需共用同一个地。因此，变压器开关电源也有人把它 称为离线式开关电源。这里的离线并不是不需要输入电源，而是输入电源与输出电源 之间没有导线连接，完全是通过磁场偶合传输能量； 变压器开关电源采用变压器把输入输出进行电器隔离的最大好处是，提高设备的绝 缘强度，降低安全风险，同时还可以减轻EMI干扰，并且还容易进行功率匹配； 交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重 量；工作频率高于20kHz这一人耳的听觉极限，又可以避免变压器和电感产生噪音。
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4.1 概述
单管 正激 单端 反激 DC-DC变换器 推挽 双端 半桥 全桥 双管
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4.1 概述
带变压隔离器的变换器是从第3章基本变换器派生、组合、演变而来的。它 们从哪个基本变换器变来，就带有哪个基本变换器的本质特征。所谓派生， 是指变压隔离器插入到各基本变换器各不同的点上而形成的电路。由于变压 隔离器有单端式、并联式、半桥式和全桥式四种，因此，可得到很多电路。 所谓组合是指变换器的串联形式引起的变化。例如降压与升压变换器相串， 或者升压与降压变换器相串等等。这与第3章讨论的角度不同，本章是有意 识地往隔离方向引导，并加以讨论，从而得到一些有应用价值、使用较广的 电路。图4-1给出了隔离DC-DC变换器功能示意图。
第4章 变压器隔离的DC-DC变换器拓扑结构
4.1 概述 4.2 单端正激式结构
4.3 单端反激式结构
4.4 半桥式电路结构 4.5 全桥式电路结构 4.6 推挽式电路结构
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本章简介
本章首先对DC-DC变换、实现方法行了概述，介绍了DC-DC 变换中变压器所起的作用，重点对5种DC-DC电路拓扑结构、 工作原理、关键节点的波形图进行了论述，包括：单端正激式、 单端反激式、半桥式、全桥式和推挽式电路。最后概括地介绍 了上述5种结构电路中电路元器件及输入、输出参数的计算方 法。本章要求了解DC-DC电路技术的内涵，重点掌握DC-DC 电路拓扑结构特点、原理及工作过程，从而使后续各章的学习 目标更加明确。
半桥
推挽
表 4-1 各种不同的间接直流变流电路的比较
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4.2 单端正激式结构
4.2.1 简介
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、通信、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。 所谓单激式变压器开关电源，是指开关电源在一个工作周期之内，变压器的初 级线圈只被直流电压激励一次。一般单激式变压器开关电源在一个工作周期之内，只 有半个周期向负载提供功率(或电压)输出。当变压器的初级线圈正好被直流电压激励 时，变压器的次级线圈也正好向负载提供功率输出，这种变压器开关电源称为正激式 开关电源；当变压器的初级线圈正好被直流电压激励时，变压器的次级线圈没有向负 载提供功率输出，而仅在变压器初级线圈的激励电压被关断后才向负载提供功率输出， 这种变压器开关电源称为反激式开关电源，这种结构将在4.3节中详细介绍。
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4.1 概述
一般电力(如市电)要经过转换才能符合使用的需要。转换方式有交流转 换成直流，高电压变成低电压，大功率中取小功率等。按电力电子的习 惯称谓，AC-DC(AC表示交流电，DC表示直流电)称为整流，DC-AC称 为逆变，AC-AC称为交流-交流直接变频(同时也变压)，DC-DC称为直流 -直流变换。开关电源主要组成部分是DC-DC变换器，涉及频率变换，其 实把直流电压变换为另一种直流电压最简单办法是串一个电阻，这样不 涉及变频的问题，显得很简单，但是效率低。用一个半导体功率器件作 为开关，使带有滤波器的负载线路与直流电压一会相接，一会断开，则 负载上也得到另一个直流电压。这就是DC-DC的基本手段，类似于“斩 波”(Chop)作用。