带隔离变压器的直流变换器PPT讲稿.ppt

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1、带隔离变压器的直流变换器第1页，共40页，编辑于2022年，星期六单端反激式变换器单端反激式变换器(Flyback)(Flyback)(1)(1)电路构成电路构成T T、Q Q、D D、C C、Q ONQ ON时时:D:D截止，电感储能截止，电感储能Q OFFQ OFF时时:D:D导通，电感释能导通，电感释能(2)(2)工作过程工作过程能量不能突变：能量不能突变：磁通不能突变磁通不能突变电感电流不能突变电感电流不能突变2第2页，共40页，编辑于2022年，星期六单端反激式变换器单端反激式变换器 Q ON Q ON时时:同名端为同名端为“+”，D D截止截止电感变压器作电感运行电感变压器作电感运

2、行电感储能电感储能输出负载由电容提供能量输出负载由电容提供能量若电感若电感L L1 1是线性的，则是线性的，则3第3页，共40页，编辑于2022年，星期六单端反激式变换器单端反激式变换器 Q OFF Q OFF时时:同名端为同名端为“-”D D导通导通电感储存能量向电容和电感储存能量向电容和负载提供负载提供若电感若电感L L2 2是线性的，则是线性的，则4第4页，共40页，编辑于2022年，星期六 磁通磁通 ：垂直于某一面积所通过的磁力线总数：垂直于某一面积所通过的磁力线总数磁物理量磁物理量n 定义：定义：磁场强度磁场强度H H：描述磁场的力的性质的物理量，完全只：描述磁场的力的性质的物理量，

3、完全只 是反映是反映磁场来源的属性，与磁介质没有关系磁场来源的属性，与磁介质没有关系 磁感应强度磁感应强度B B：是描述磁场的力的性质的物理量：是描述磁场的力的性质的物理量 ，反映，反映磁场来源的属性，与磁介质的属性磁场来源的属性，与磁介质的属性 磁导率磁导率：表征磁介质磁性的物理量：表征磁介质磁性的物理量n 关系式关系式n 在变压器中，在变压器中，而而5第5页，共40页，编辑于2022年，星期六()()单端反激式变换器状态分析单端反激式变换器状态分析在稳态时，转换瞬间磁通连续：在稳态时，转换瞬间磁通连续：此外，电感与匝数的平方成正比此外，电感与匝数的平方成正比代入前式代入前式6第6页，共40

4、页，编辑于2022年，星期六单端反激式变换器的同名端变化单端反激式变换器的同名端变化对于反激式变换器，在一个对于反激式变换器，在一个周期内，周期内，可以可以自动完成磁复自动完成磁复位。位。如果将反激式变换器的变压如果将反激式变换器的变压器同名端改为相同端，则器同名端改为相同端，则不不能能完成磁复位！完成磁复位！7第7页，共40页，编辑于2022年，星期六变压器的磁复位变压器的磁复位n 在晶体管导通时，输入电流包含负载电流折射分在晶体管导通时，输入电流包含负载电流折射分量量i i2 2和磁化电流分量和磁化电流分量i im mn 磁化电流磁化电流i im m将能量储存在变压将能量储存在变压器磁芯中

5、器磁芯中n 问题：当晶体管关断时，没有磁场泄放回路，会造成问题：当晶体管关断时，没有磁场泄放回路，会造成过大的电压应力；并且导致铁心饱和过大的电压应力；并且导致铁心饱和,危害功率器件危害功率器件n 解决方法：变压器额外加上复位绕组解决方法：变压器额外加上复位绕组N3N3和二极管和二极管2 28第8页，共40页，编辑于2022年，星期六正激式变换器的电路变化正激式变换器的电路变化BUCKBUCK变换器变换器带变压器隔离带变压器隔离BUCKBUCK变换器变换器带磁复位正激式变换器带磁复位正激式变换器输入输出间输入输出间无法隔离无法隔离变压器无法实变压器无法实现磁复位现磁复位9第9页，共40页，编辑

6、于2022年，星期六正激式变换器正激式变换器(1)(1)电路构成电路构成 T T、Q Q、LCLC D1 D1、D2D2、D3D310第10页，共40页，编辑于2022年，星期六正激式变换器正激式变换器 Q ON Q ON时时:D1:D1导通，传递能量导通，传递能量 Q OFF Q OFF时时:D1:D1截止，磁复位，截止，磁复位，D3D3续流续流实际上和实际上和降压降压变压器工作方式类似变压器工作方式类似变压器次级变压器次级输出端：输出端：（2 2）工作过程）工作过程n 输入输出关系输入输出关系式中，变比式中，变比n nN1/N2N1/N211第11页，共40页，编辑于2022年，星期六12

7、第12页，共40页，编辑于2022年，星期六n 特点特点:变压器双向磁化，利用率高，输出交流变压器双向磁化，利用率高，输出交流脉冲脉冲n 常用电路有常用电路有:推挽，半桥，桥式推挽，半桥，桥式n 适合适合DC/AC DC/AC，DC/DCDC/DC，中大中大功率功率n 应用：交流电机调速，应用：交流电机调速，UPSUPS，DC/DCDC/DC电源等电源等多晶体管功率变换器13第13页，共40页，编辑于2022年，星期六n n 电路结构：电路结构：原边：原边：原边：原边：两桥臂：两桥臂：C1Q1C1Q1、C2Q2C2Q2 C1C2 C1C2是两个大容量电容是两个大容量电容半桥电路半桥电路副边：副

8、边：N2N3 N2N3匝数相等匝数相等 全波整流电路：（两桥臂）全波整流电路：（两桥臂）D1D1、D2D2；用用用用LCLCLCLC滤波电路输出滤波电路输出滤波电路输出滤波电路输出n 假设：假设：由于由于C1C1、C2C2容量较大，可近似认为电容中点电位为容量较大，可近似认为电容中点电位为Ui/2Ui/214第14页，共40页，编辑于2022年，星期六工作模态工作模态1 1 Q1 Q1导通时导通时：（：（t tonon）原边：原边：C1C1放电，放电，C2C2充电充电u u1 1U Ui i/2/2，u uQ2Q2U Ui i副边：副边：D1D1导通，电感储能，电容导通，电感储能，电容充电充电

9、u u2 2nUnUi i/2/2，u uD2D2nUnUi i15第15页，共40页，编辑于2022年，星期六工作模态工作模态2 2 Q1 Q1关断，关断，Q2Q2未导通时未导通时:(tof):(tof)原边：没有电流原边：没有电流u uQ1Q1u uQ2Q2U Ui i/2/2副边：副边：D1D2D1D2同时导通，各自承担同时导通，各自承担电感电流的一半，电感释能电感电流的一半，电感释能16第16页，共40页，编辑于2022年，星期六工作模态工作模态3 3 Q2 Q2导通时导通时：（：（t tonon）原边：原边：C2C2放电，放电，C1C1充电充电u u1 1-U-Ui i/2/2，u

10、uQ1Q1U Ui i副边：副边：D2D2导通，电感储能，电容充导通，电感储能，电容充电电u u3 3-nU-nUi i/2/2，u uD1D1nUnUi i17第17页，共40页，编辑于2022年，星期六 Q2 Q2关断，关断，Q1Q1未导通时未导通时:(tof):(tof)原边：没有电流原边：没有电流u uQ1Q1u uQ2Q2U Ui i/2/2副边：副边：D1D2D1D2同时导通，电感释能同时导通，电感释能工作模态工作模态4 418第18页，共40页，编辑于2022年，星期六当电路稳态工作时，副边回路应满足当电路稳态工作时，副边回路应满足即即整理得整理得数量关系数量关系（）结论：通过调

11、节占空度，可以调节输出电压的大小结论：通过调节占空度，可以调节输出电压的大小19第19页，共40页，编辑于2022年，星期六半桥电路工作状态小结半桥电路工作状态小结n 原边：原边：Q1 Q1、Q2Q2交替导通，在交替导通，在u1u1侧得到幅值为侧得到幅值为Ui/2Ui/2的交流电压的交流电压 C1 C1、C2C2充放电时间各为充放电时间各为T/2T/2n 副边是一个全波电路，用副边是一个全波电路，用LCLC滤波电路输出滤波电路输出 D1 D1、D2D2轮流工作，当轮流工作，当Q1Q1和和Q2Q2都关断时，都关断时，D1D2D1D2各自承各自承担电感电流的一半担电感电流的一半n 晶体管承受的最高

12、电压为晶体管承受的最高电压为UiUi，二极管承受的最高，二极管承受的最高电压为电压为nUinUin Q1Q2 Q1Q2各自的各自的tonton不能超过周期的不能超过周期的50%50%20第20页，共40页，编辑于2022年，星期六n 变压器不存在直流磁化问题变压器不存在直流磁化问题半桥电路工作状态小结半桥电路工作状态小结若若Q1Q1、Q2Q2导通关断时间对称导通关断时间对称 若若Q1Q1、Q2Q2导通关断时间不对称导通关断时间不对称 C1 C1、C2C2的隔直作用，能自动平衡不对称直流分量的隔直作用，能自动平衡不对称直流分量21第21页，共40页，编辑于2022年，星期六推挽功率电路推挽功率电

13、路n n 电路结构：电路结构：原边：原边：原边：原边：具有中间抽头的变压器具有中间抽头的变压器副边：副边：全波整流电路：（两桥臂）全波整流电路：（两桥臂）D1D1、D2D2；用用LCLC滤波电路输出滤波电路输出22第22页，共40页，编辑于2022年，星期六工作模态工作模态1 1 Q1 Q1导通时导通时：（：（t tonon）原边：原边：u u1 1U Ui i，u uQ2Q22U2Ui i副边：副边：D1D1导通，电感储能导通，电感储能u u2 2nUnUi i，u uD2D22nU2nUi i23第23页，共40页，编辑于2022年，星期六工作模态工作模态2 2 Q1 Q1关断，关断，Q2

14、Q2未导通时未导通时:(tof):(tof)原边：没有电流原边：没有电流u uQ1Q1u uQ2Q2U Ui i副边：副边：D1D2D1D2同时导通，电感释能同时导通，电感释能24第24页，共40页，编辑于2022年，星期六 Q2 Q2导通时导通时：（：（t tonon）原边：原边：u u1 1U Ui i，u uQ2Q22U2Ui i副边：副边：D2D2导通，电感储能导通，电感储能u u2 2nUnUi i，u uD1D12nU2nUi i工作模态工作模态3 325第25页，共40页，编辑于2022年，星期六工作模态工作模态4 4 Q2 Q2关断，关断，Q1Q1未导通时未导通时:(tof):

15、(tof)原边：没有电流原边：没有电流u uQ1Q1u uQ2Q2U Ui i副边：副边：D1D2D1D2同时导通，电感释同时导通，电感释能能26第26页，共40页，编辑于2022年，星期六当电路稳态工作时，副边回路应满足当电路稳态工作时，副边回路应满足即即整理得整理得数量关系数量关系（）结论：通过调节占空度，可以调节输出电压的大小结论：通过调节占空度，可以调节输出电压的大小27第27页，共40页，编辑于2022年，星期六n 原边：原边：Q1 Q1、Q2Q2交替导通，在交替导通，在u1u1侧得到幅值为侧得到幅值为UiUi的交流电压的交流电压n 副边是一个全波电路，用副边是一个全波电路，用LCL

16、C滤波电路输出滤波电路输出 D1 D1、D2D2轮流工作，当轮流工作，当Q1Q1和和Q2Q2都关断时，都关断时，D1D2D1D2各自各自承担电感电流的一半承担电感电流的一半n 晶体管承受的最高电压为晶体管承受的最高电压为2Ui2Ui，二极管承受的最高电压，二极管承受的最高电压为为2nUi2nUin Q1Q2 Q1Q2各自的各自的tonton不能超过周期的不能超过周期的50%50%推挽电路工作小结推挽电路工作小结28第28页，共40页，编辑于2022年，星期六n 在理想情况下，元器件和导通时间是完全对称的，那么变压在理想情况下，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，变

17、压器没有直流磁化问题器中正负电流也是完全对称的，变压器没有直流磁化问题n 在实际情况中，导通时间和元器件不可能完全对称，那么变在实际情况中，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，因此会存在直流分量，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：可以在原边造成磁路饱和，解决办法：可以在原边回路中串联一个电容回路中串联一个电容，以，以阻断直流电流阻断直流电流推挽电路工作小结推挽电路工作小结29第29页，共40页，编辑于2022年，星期六推挽电路对变压器的要求推挽电路对变压器的要求（2 2）原边除了与副边良好耦合外，）原边除了与副边良

18、好耦合外，N1N1与与N1N1之间也必须之间也必须紧耦合紧耦合。否则因存在漏感，就会产生很高的尖峰电压，。否则因存在漏感，就会产生很高的尖峰电压，使晶体管损坏使晶体管损坏（3 3）实际中）实际中N1N1与与N1N1不可能完全耦合，总有一些漏感，不可能完全耦合，总有一些漏感，在转换时引起电压尖峰，实际选取晶体管的在转换时引起电压尖峰，实际选取晶体管的U U（BRBR）cesces比比U Ucece2Ui2Ui决定值要大，因此推挽电路一般决定值要大，因此推挽电路一般适用于低输入适用于低输入电电压场合压场合（1 1）推挽电路必须）推挽电路必须良好的对称良好的对称。如果正负脉冲宽度或幅。如果正负脉冲宽

19、度或幅值稍有不对称，或初级线圈不对称，就会产生直流磁化值稍有不对称，或初级线圈不对称，就会产生直流磁化分流偏磁而导致铁心饱和分流偏磁而导致铁心饱和30第30页，共40页，编辑于2022年，星期六n n 电路结构：原边：原边：变压器接在两个桥臂的中点变压器接在两个桥臂的中点变压器接在两个桥臂的中点变压器接在两个桥臂的中点 副边：副边：副边：副边：单相桥式电路，单相桥式电路，用用LCLC滤波电路输出滤波电路输出全桥功率电路 Q1 Q1、Q4Q4一组，一组，Q2Q2、Q3Q3一组交一组交替导通替导通 两个桥臂晶体管的驱动信号两个桥臂晶体管的驱动信号相差相差180180n工作原理31第31页，共40页

20、，编辑于2022年，星期六工作模态工作模态1 1 Q1 Q1、4 4导通时导通时：（：（t tonon）原边：原边：u u1 1U Ui i，u uQ2Q2、3 3U Ui i副边：副边：D1D1、4 4导通，电感储能导通，电感储能u u2 2nUnUi i，u uD2D2、3 3nUnUi i32第32页，共40页，编辑于2022年，星期六工作模态工作模态2 2 Q1 Q1、2 2、3 3、4 4都关断时都关断时：（t tofof）原边：没有电流原边：没有电流副边：副边：D1D1、2 2、3 3、4 4导通，电感释能导通，电感释能u u2 20 0，i iD1D1、2 2、3 3、4 4i

21、iL L/2/233第33页，共40页，编辑于2022年，星期六工作模态工作模态3 3 Q2 Q2、3 3导通时导通时：（：（t tonon）原边：原边：u u1 1-U-Ui i，u uQ1Q1、4 4U Ui i副边：副边：D2D2、3 3导通，电感储能导通，电感储能u u2 2-nU-nUi i，u uD1D1、4 4nUnUi i34第34页，共40页，编辑于2022年，星期六工作模态工作模态4 4 Q1 Q1、2 2、3 3、4 4都关断时都关断时：（：（t tofof）原边：没有电流原边：没有电流副边：副边：D1D1、2 2、3 3、4 4导通，电感释导通，电感释能能u u2 20

22、 0，i iD1D1、2 2、3 3、4 4i iL L/2/235第35页，共40页，编辑于2022年，星期六数量关系数量关系当电路稳态工作时，副边回路应满足当电路稳态工作时，副边回路应满足整理得整理得（）结论：通过调节占空度，可以调节输出电压的大小结论：通过调节占空度，可以调节输出电压的大小36第36页，共40页，编辑于2022年，星期六全桥功率电路工作小结全桥功率电路工作小结n 原边：原边：Q1 Q1、Q2Q2交替导通，在交替导通，在u1u1侧得到幅值为侧得到幅值为UiUi的交流电压的交流电压n 副边是一个全波电路，用副边是一个全波电路，用LCLC滤波电路输出滤波电路输出 D1 D1、D

23、2D2轮流工作，当轮流工作，当Q1Q1和和Q2Q2都关断时，都关断时，D1D2D1D2各自各自承担电感电流的一半承担电感电流的一半n 晶体管承受的最高电压为晶体管承受的最高电压为UiUi，二极管承受的最高电，二极管承受的最高电压为压为nUinUin Q1Q2 Q1Q2各自的各自的tonton不能超过周期的不能超过周期的50%50%37第37页，共40页，编辑于2022年，星期六n 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，变压器没有直流磁化问题中正负电流也是完全对称的，变压器没有直流磁化问题n 在实际情

24、况中，导通时间和元器件不可能完全对称，那么变压在实际情况中，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，因此会存在直流分量，造成磁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联一个电容，以阻断直流路饱和，解决办法：可以在原边回路中串联一个电容，以阻断直流电流电流全桥功率电路工作小结全桥功率电路工作小结38第38页，共40页，编辑于2022年，星期六单相功率电路比较单相功率电路比较晶体管承受电压：全桥晶体管承受电压：全桥=半桥半桥=Ui=Ui，推挽，推挽=2Ui=2Ui若输出相同功率，晶体管流过电流：若输出相同功率，晶体管流过电流：全桥全桥=推推挽挽=半桥半桥/2/2饱和电压：桥式两个，半桥和推挽均为一个饱和电压：桥式两个，半桥和推挽均为一个桥式适合于高压输入场合桥式适合于高压输入场合 推挽适合于低压输入场合推挽适合于低压输入场合全桥全桥半桥半桥推挽推挽39第39页，共40页，编辑于2022年，星期六40第40页，共40页，编辑于2022年，星期六