DCDC模块常见电路拓扑分析.pptx

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1、会计学1DCDC模块常见电路拓扑模块常见电路拓扑(tu p)分析分析PPT课件课件第一页，共39页。开关电源功率电路分析开关电源功率电路分析(fnx)要点要点1.电容的电压不能突变,电感的电流不能突变2.流经电容的电流平均值为零,电感两端电压的平均值为零3.理想变压器电压与匝数成比且同名同极性,电流与匝数成反比且点进点出4.电容恒流充电的公式为 ,电感恒压储能的公式为5.变压器与电感的伏秒积必须平衡第1页/共39页第二页，共39页。Buck-Boost电路工作电路工作(gngzu)原理：原理：VinVoDLIoS1S1S2ULILVin-VoIoD1-DT根据(gnj)L的伏秒平衡原则：Vin

2、*DT=(Vo+2Vd)*(1-D)TVo=Vin*D/(1-D)-2VdL*Io=(Vo-2Vd)(1-D)TVds1根据L在(1-D)T时间的基本(jbn)方程：Io=(Vo-2Vd)(1-D)T/LDS2Vds2VinVo第2页/共39页第三页，共39页。Vo/Vin=D/(1-D)Buck-Boost电路电路(dinl)的输入输出关系：的输入输出关系：第3页/共39页第四页，共39页。三种基本三种基本(jbn)的非隔离开关电源：的非隔离开关电源：VinVoLIoSDVinVoDLIoS1DS2VinVoDLIoSVo=Vin*D/(1-D)Vo=Vin*DVo=Vin/(1-D)VoV

3、in,升压(shn y)型电路VoVin,当DVin 当D0.5 升降压型电路第4页/共39页第五页，共39页。三种基本三种基本(jbn)的隔离开关电源：的隔离开关电源：VinVoSLmDVinVoLSD1D2VinVoLS1D1D2S2正激型变换器反激型变换器桥式变换器第5页/共39页第六页，共39页。反激变换器（反激变换器（Flyback）工作原理）工作原理（电流（电流(dinli)连续模式）连续模式）：VgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nVo根据(gnj)变压器的伏秒平衡：ImIoVinVoGDSLmDn:1CoVLVin-nVoID-p第6页/共39页第七页，共39页。反

4、激变换器（反激变换器（Flyback）工作原理）工作原理（电流（电流(dinli)断续模式）：断续模式）：VgsIDVdsD1-DTIoVinVin+nVo根据(gnj)变压器的伏秒平衡：ImIoVinVoGDSLmDn:1CoVLVin-nVoID-p-nVo根据(gnj)能量守恒：第7页/共39页第八页，共39页。反激变换器（反激变换器（Flyback）工作）工作(gngzu)原理：原理：VgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nVoImVrVLVin-nVoID-pVr=？IoVinVoGDSLmDn:1LkCo第8页/共39页第九页，共39页。反激变换器（反激变换器（Flyba

5、ck）工作）工作(gngzu)原理：原理：IoVinVoGDSLmDn:1LkCoVcVcRPloss=(Vc-Vin)2/RGDSLkVcRPloss=(Vc)2/R第9页/共39页第十页，共39页。反激变换器（反激变换器（Flyback）工作）工作(gngzu)原理：原理：VgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nVoImVrICoID-pVo=？IoVinVoGDSLmDn:1LkCo-IoVo根据Co在DT时间的基本(jbn)方程：第10页/共39页第十一页，共39页。反激变换器（反激变换器（Flyback）工作）工作(gngzu)原理：原理：VinVo1GLmNpLkVo2N

6、s2Ns1多路输出多路输出(shch)的反激变换器：的反激变换器：减小交叉调整率的措施：减小交叉调整率的措施：尽量减少两个绕组之间的漏感。尽量减少两个绕组之间的漏感。在辅助输出一路在辅助输出一路(yl)中加入尖峰中加入尖峰抑制器（饱和电感）抑制器（饱和电感）主路输出工作于电流连续模式。主路输出工作于电流连续模式。采用双路加权反馈的控制方式采用双路加权反馈的控制方式反馈控制第11页/共39页第十二页，共39页。反激变换器（反激变换器（Flyback）特征）特征(tzhng)总结：总结：VinVo1GLmNpLkVo2Ns2Ns1缺点：缺点：输出输出(shch)纹波电流大。纹波电流大。输出输出(s

7、hch)控制特性非线性。控制特性非线性。通常需要辅助的吸收回路。通常需要辅助的吸收回路。转换效率较低。转换效率较低。反馈控制优点优点(yudin)：电路简单。电路简单。输入电压范围广。输入电压范围广。容易实现多路输出。容易实现多路输出。第12页/共39页第十三页，共39页。谐振谐振(xizhn)复位正激变换器（复位正激变换器（Resonant Reset Forward)：Ion:1VinVoLoGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1t2t3t4Ipt0,t1t5第13页/共39页第十四页，共39页。谐振谐振(xizhn)复位

8、正激变换器（复位正激变换器（Resonant Reset Forward)：Ion:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1t2t3t4Ipt1,t2t5第14页/共39页第十五页，共39页。谐振谐振(xizhn)复位正激变换器（复位正激变换器（Resonant Reset Forward)：Ion:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1t2t3t4Ipt2,t3t5第15页/共39页第十六页，共39页。谐振谐振(xizhn)复位正激

9、变换器（复位正激变换器（Resonant Reset Forward)：Ion:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1t2t3t4Ipt3,t4t5Lm,Cr的选取(xunq)原则：第16页/共39页第十七页，共39页。谐振谐振(xizhn)复位正激变换器（复位正激变换器（Resonant Reset Forward)：Ion:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1t2t3t4Ipt4,t5t5(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D

10、)T根据(gnj)电感的伏秒平衡：Vo=VinD/n第17页/共39页第十八页，共39页。谐振复位谐振复位(f wi)正激变换器（正激变换器（Resonant Reset Forward)特征：特征：VinVoCr缺点：缺点：原边开管电压应力较高。原边开管电压应力较高。谐振电容的损耗大。谐振电容的损耗大。宽范围输入效率宽范围输入效率(xio l)很难兼顾。很难兼顾。优点：优点：电路简单。电路简单。线性输出控制特性。线性输出控制特性。不需要辅助不需要辅助(fzh)的吸收回路。的吸收回路。VinVoCrVinVoCr第18页/共39页第十九页，共39页。S1,S2VpVinDVds100 50%D

11、uty Cycle ZVS for Low side switchExcitingResetResonant Reset Dual Switch ForwardVinLS2S1Sa1CrD1D2第19页/共39页第二十页，共39页。有源钳位正激变换器（有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)：Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDTIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLkCrt0t1t2t3t4Ipt0,t1t5S1S1Sa1-D+VT-第20页/共39页第二十一页，共39页。有源钳位正激变换器（有源钳位正激变换器（Active Clamp

12、ed Forward)：Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1t2t3t4Ipt1,t2t5S1S1Sa1-D+VT-*副边电压的死区跟Lk和Io有关(yugun)，跟原边开管的死区无关第21页/共39页第二十二页，共39页。有源钳位正激变换器（有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)：Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1t2t3t4Ipt2,t3t5S1S1Sa1-D+VT-Sa在零电压(diny)

13、条件下开通*原边开管的死区时间(shjin)需满足：第22页/共39页第二十三页，共39页。有源钳位正激变换器（有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)：Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1t2t3t4Ipt3,t4t5S1S1Sa1-D+VT-激磁电流反向(fn xin)，变压器被复位第23页/共39页第二十四页，共39页。有源钳位正激变换器（有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)：Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-V

14、c/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1t2t3t4Ipt4,t5t5S1S1Sa1-D+VT-激磁电流(dinli)对主开关的输出电容放电。t6=t0第24页/共39页第二十五页，共39页。有源钳位正激变换器（有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)：Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1t2t3t4Ipt5,t6t5S1S1Sa1-D+VT-t5时刻副边二极管钳位主开关的输出电容放电结束(jish)。t6时刻新的周期开始t6=t0第25页/共39页第二十六页，共39页。有

15、源钳位正激变换器（有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)：Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1t2t3t4Ipt5S1S1Sa1-D+VT-t6=t0(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T根据(gnj)电感的伏秒平衡：Vo=VinD/nVinDT=Vc(1-D)T根据(gnj)变压器的伏秒平衡：Vc=VinD/(1-D)Vds=Vc+VinVds=Vin/(1-D)第26页/共39页第二十七页，共39页。有源钳位正激变换器（有源钳位正激变换器（Active Clamped Fo

16、rward)：Vc=VinD/(1-D)Vds=Vin/(1-D)Vin第27页/共39页第二十八页，共39页。有源钳位正激变换器（有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)特征特征(tzhng)：VinVoVinVoVinVoSaSaSa缺点：缺点：钳位电压钳位电压(diny)建立较慢，启动过程建立较慢，启动过程变压器易偏磁。变压器易偏磁。对输入电压对输入电压(diny)的动态响应慢。的动态响应慢。优点：优点：变压器最优化复位（电压应力低）。变压器最优化复位（电压应力低）。输入输入(shr)电压范围宽。电压范围宽。线性输出控制特性。线性输出控制特性。不需要辅助的吸收回

17、路。不需要辅助的吸收回路。第28页/共39页第二十九页，共39页。有源钳位正激变换器（有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)：Asymmetrical Full Bridge DC/DC Converter第29页/共39页第三十页，共39页。VinVoLS1D1D2S2半桥变换器桥式变换器（桥式变换器（Bridge Type Converter)：VinVoLS1D1D2S2全桥变换器VinVoLS1D1D2S2推挽(tu wn)变换器VinVoS1D2S2半桥变换器（倍流整流(zhngli)）第30页/共39页第三十一页，共39页。VinVoLoS1D1D2S2

18、桥式变换器（桥式变换器（Bridge Type Converter)：n:1+1LmLkIpIoCBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3t4t5S2Dt6=t0T/2T/2Vct0,t1变换器正半周工作，Ip,Im增加(zngji)；Vc减少。C1C1第31页/共39页第三十二页，共39页。VinVoLoS1D1D2S2桥式变换器（桥式变换器（Bridge Type Converter)：n:1+1LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3t4t5S2Dt6=t0T/2T

19、/2VcC1CC1Vin/2t1,t2S1关断，变压器副边续流，原边漏感能量(nngling)被S2体二极管钳位。第32页/共39页第三十三页，共39页。VinVoLoS1D1D2S2桥式变换器（桥式变换器（Bridge Type Converter)：n:1+1LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3t4t5S2Dt6=t0T/2T/2VcC1CC1Vin/2t2,t3S1，S2全部关断，变压器副边续流，Lm保持(boch)不变，D1,D2电流之差为Lm。第33页/共39页第三十四页，共39页。VinVoLoS1D1D2S

20、2桥式变换器（桥式变换器（Bridge Type Converter)：n:1+1LmLkIpIoABS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3t4t5S2Dt6=t0T/2T/2Vin/2VTVct3,t4变换器负半周工作，Ip,Im减少(jinsho)；Vc增加。第34页/共39页第三十五页，共39页。VinVoLoS1D1D2S2桥式变换器（桥式变换器（Bridge Type Converter)：n:1+1LmLkIpIoABS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3t4t5S2Dt6=t0T/

21、2T/2Vin/2VTVct4,t5S2关断，变压器副边续流，原边漏感能量(nngling)被S1体二极管钳位。第35页/共39页第三十六页，共39页。VinVoLoS1D1D2S2桥式变换器（桥式变换器（Bridge Type Converter)：n:1+1LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3t4t5S2Dt6=t0T/2T/2VcC1CC1Vin/2t5,t6S1，S2全部关断，变压器副边续流，Lm保持(boch)不变，D1,D2电流之差为Lm。t0,t1t1,t3第36页/共39页第三十七页，共39页。VinVo

22、LoS1D1D2S2桥式变换器（桥式变换器（Bridge Type Converter)特征特征(tzhng)：n:1+1LmLkIpIoBVTC1CC1缺点：缺点：变压器结构复杂。变压器结构复杂。输入输入(shr)电压范围较小。电压范围较小。优点：优点：变压器正负工作变压器正负工作(gngzu)，不需要辅助，不需要辅助的复位电路。的复位电路。输出纹波频率是开关频率的两倍，所需输出纹波频率是开关频率的两倍，所需电感量小。电感量小。线性输出控制特性。线性输出控制特性。电路平衡对称。电路平衡对称。第37页/共39页第三十八页，共39页。几种隔离几种隔离(gl)式变换器之比较：式变换器之比较：变压器复位方式原边开管电压应力输出特性占空比范围输出纹波频率输出纹波电流适用范围反激输出电压复位Vds=Vin/(1-D)0D1f小功率，宽范围输入，多路输出谐振复位正激谐振电容电压复位Vds=Vin+Vc0D1f小功率，低电压输入有源钳位正激钳位电容电压复位Vds=Vin/(1-D)0D1f中小功率，宽范围输入，高效率半桥正负半周工作，自动复位Vin0D0.52f较大功率，较小输入范围，快速响应第38页/共39页第三十九页，共39页。