開關(guān)電源中的電力電子電路PPT課件

1、4.2 4.2 非隔離型電路非隔離型電路 非隔離型電路（直流斬波電路）可分為：非隔離型電路（直流斬波電路）可分為： 降壓（降壓（BuckBuck）型電路）型電路 升壓（升壓（BoostBoost）型電路）型電路 升降壓（升降壓（Buck-BoostBuck-Boost）型電路）型電路 CukCuk型電路型電路 SepicSepic型電路型電路 ZetaZeta型電路型電路第1頁/共105頁推導過程中應用的基本原理：（1 1）穩(wěn)態(tài)條件下電感兩端電壓在一個開關(guān)周）穩(wěn)態(tài)條件下電感兩端電壓在一個開關(guān)周期內(nèi)平均值為零；期內(nèi)平均值為零；（2 2）穩(wěn)態(tài)條件下電容電流在一個開關(guān)周期內(nèi)）穩(wěn)態(tài)條件下電容電流在一個

2、開關(guān)周期內(nèi)的平均值為零。的平均值為零。第2頁/共105頁4.2.1降壓（降壓（BuckBuck）型電路）型電路 降壓型電路結(jié)構(gòu)圖兩種工作模式：電感電流連續(xù)（Continuous Conduction Mode） 電感電流斷續(xù)（Discontinuous Conduction Mode ）SuSiUVDLiLoUCR第3頁/共105頁1.1.電感電流連續(xù)工作模式電感電流連續(xù)工作模式SiUVDLiLoUCRSiUVDLiLoUCR開關(guān)狀態(tài)1（S通）開關(guān)狀態(tài)2（S斷）0t1t2tt0SiLiiUSu000tttSontofft電流連續(xù)模式下電路波形第4頁/共105頁穩(wěn)態(tài)條件下電感兩端電壓在一個開關(guān)周

3、期內(nèi)平均值為零的基本原理TtUtUUUoffoonoiL)(0LUDUUioD為占空比，定義為開關(guān)導通時間與開關(guān)周期比，即TtDon由于 ,降壓型電路的輸出電壓不可能高于其輸入電壓且與輸入電壓極性相同10 D第5頁/共105頁2.電感電流斷續(xù)工作模式SiUVDLiLoUCRSiUVDLiLoUCR開關(guān)狀態(tài)1（S通）開關(guān)狀態(tài)2（S斷）SiUVDLoUCR開關(guān)狀態(tài)3（電感電流為零）0t1t2tt0SiLiiUSu000tttSontofft電流斷續(xù)模式下電路波形oiUU 3t第6頁/共105頁0Li00ttS電流臨界連續(xù)下電路波形LuoiUU oUSDTSTtLIOISLITIS21電感電流開關(guān)周

4、期平均值等于三角形面積除以TS。LLII21oiLUUdtdiLSoiLDTLUUI3.電感電流臨界連續(xù)條件第7頁/共105頁電感電流仍連續(xù)DUUiOSOLTULDI1電感電流開關(guān)平均值表達式：SOLTULDI21LOII電感電流連續(xù)的臨界條件RUIOOdttiITsLL0)(根據(jù)表達式有SOOTULDRU2121DRTLS判斷電感電流是否連續(xù)條件臨界連續(xù)電流第8頁/共105頁開關(guān)S關(guān)斷后電感的續(xù)流時間為)1 (0DTS穩(wěn)態(tài)條件下電感電壓開關(guān)平均值為零的原理SoSoiTUDTUU)(電感電流開關(guān)平均值)(21DIILL負載電流為RUIOO0t0t0tSSTLI oIoiUUoULiLuSDTS

5、T電感電流斷續(xù)時的工作波形4.電感電流斷續(xù)時的各種關(guān)系第9頁/共105頁穩(wěn)態(tài)條件下，電容的開關(guān)周期平均電流為零，故電感電流開關(guān)周期平均值等于負載電流，即RUDIOL)(21由 和 上式可化簡為LI0222RTDLUUUUSoioi令RTDLKS22KKUUio2141只在電感電流斷續(xù)條件下成立SoSoiTUDTUU)(SoiLDTLUUIPSIM-buck1 第10頁/共105頁1、電感電流連續(xù)時，電壓比為DUUio2、電流斷續(xù)時，總有 ，且負載電流越小， 越高。輸出空載時 。ioDUU oUioUU 4、降壓型電路常用于降壓型直流開關(guān)穩(wěn)壓器、不可逆直流電動機調(diào)速等場合。小 結(jié)21DRTLS3

6、、電感電流連續(xù)的臨界條件第11頁/共105頁4.2.24.2.2升壓（升壓（BoostBoost）型電路）型電路SuSiUVDLiLoUCR第12頁/共105頁1.電感電流連續(xù)工作模式開關(guān)狀態(tài)1（S通）開關(guān)狀態(tài)2 2（S S斷）SiUVDLiLoUCRSiUVDLiLoUCR0t1t2tt0SiLioUSu000tttSontofft電感電流連續(xù)模式下工作波形第13頁/共105頁TtUUtUUoffiooniL)(令0LUDUUio11由于 ，升壓型電路的輸出電壓不可能低于其輸入電壓且與輸入電壓極性相同。應避免D接近于1，以免造成電路損壞。10 D第14頁/共105頁2.2.電感電流斷續(xù)工作模

7、式電感電流斷續(xù)工作模式開關(guān)狀態(tài)1（S通）開關(guān)狀態(tài)2（S斷）SiUVDLiLoUCRSiUVDLiLoUCR開關(guān)狀態(tài)3（電感電流為零）SiUVDLoUCR電感電流斷續(xù)模式下電路波形0t1t2tt0SiLioUSu000tttSontofftiU3t第15頁/共105頁3.3.電感電流連續(xù)的臨界條件電感電流連續(xù)的臨界條件電感電流臨界連續(xù)下電路波形0Li00ttSLuoiUU iUSDTSTtLIOILTDDUISoL)1 ( LTDDUDIISOLD2)1 ()1 (212電感電流峰值VD電流開關(guān)周期平均值負載電流為RUIoo第16頁/共105頁穩(wěn)態(tài)條件下，升壓型電路中，二極管VD電流的開關(guān)周期平

8、均值等于負載電流Io。電感電流連續(xù)的臨界條件DOII則有LTDDURUSOO2)1 (22)1 (2DDRTLS判斷電感電流是否連續(xù)條件第17頁/共105頁0t0t0tSSTLIoIoiUU iULiLuSDTST電感電流斷續(xù)時的工作波形4.4.電感電流斷續(xù)的各種條件電感電流斷續(xù)的各種條件開關(guān)S關(guān)斷后電感的續(xù)流時間為)1 (0DTS穩(wěn)態(tài)條件下電感電壓開關(guān)平均值為零的原理SioSiTUUDTU)(二極管電流開關(guān)周期平均值LDII21負載電流為RUIOO第18頁/共105頁穩(wěn)態(tài)條件下，電容的開關(guān)周期平均電流為零，故二極管電流開關(guān)周期平均值等于負載電流，即RUIOL21由 和 上式可化簡為LIRTD

9、LUUUUSoioi2222令RTDLKS222411KUUio電感電流斷續(xù)條件下成立SioSiTUUDTU)(LTDDUISoL)1 ( PSIMboost1第19頁/共105頁1、電感電流連續(xù)時，電壓比為2、電流斷續(xù)時，總有 ，且負載電流越小， 越高。輸出空載時 ,故升壓電路不應空載，否則元件可能損壞。/(1)oiUUDoUoU 4、升壓型電路常用于將較低的直流電壓變換到較高直流電壓的場合，也用于功率因數(shù)校正。小 結(jié)3、電感電流連續(xù)的臨界條件DUUio112)1 (2DDRTLS第20頁/共105頁4.2.3 4.2.3 升降壓（升降壓（Buck-BoostBuck-Boost）型電路）型

10、電路SuSiUVDLiLoUCR第21頁/共105頁1.1.電感電流連續(xù)工作模式電感電流連續(xù)工作模式開關(guān)狀態(tài)2（S斷）SuSiUVDLiLoUCR開關(guān)狀態(tài)1（S通）SuSiUVDLiLoUCR0t1t2tt0SiLioiUU Su000tttSontofft電感電流連續(xù)模式下電路波形第22頁/共105頁TtUtUUoffooniL令0LU1oiUDUD升降壓電路的輸出電壓極性與輸入電升降壓電路的輸出電壓極性與輸入電壓極性相反！壓極性相反！其輸出電壓既可高于其輸入電壓，也其輸出電壓既可高于其輸入電壓，也可低于輸入電壓！可低于輸入電壓！第23頁/共105頁2.2.電感電流斷續(xù)工作模式電感電流斷續(xù)工

11、作模式開關(guān)狀態(tài)2（S斷）SuSiUVDLiLoUCR開關(guān)狀態(tài)1（S通）SuSiUVDLiLoUCR開關(guān)狀態(tài)3（電感電流為零）SuSiUVDLiLoUCR電感電流斷續(xù)模式下電路波形0t1t2tt0SiLioiUU Su000tttSontofftiUiU第24頁/共105頁3.3.電感電流連續(xù)的臨界條件電感電流連續(xù)的臨界條件電感電流臨界連續(xù)下電路波形0Li00ttSLuoUiUSDTSTtLIOI穩(wěn)態(tài)條件下，二極管VD電流的開關(guān)周期平均值等于負載電流Io。負載電流為RUIooLDTUISiL電感電流峰值LTDUDIISOLD2)1 ()1 (212VD電流開關(guān)周期平均值第25頁/共105頁電感電

12、流連續(xù)的臨界條件DOII則有LTDURUSOO2)1 (22)1 (2DRTLS判斷電感電流是否連續(xù)條件第26頁/共105頁4.4.電流斷續(xù)模式的各種條件電流斷續(xù)模式的各種條件設(shè)開關(guān)S關(guān)斷后電感的續(xù)流時間為)1 (0DTS穩(wěn)態(tài)條件下電感電壓開關(guān)周期內(nèi)的平均值為零的原理SoSiTUDTU二極管電流開關(guān)周期平均值LDII21負載電流為RUIOOLDTUISiL0t0t0tSSTLI oIiUoULiLuSDTST電感電流斷續(xù)時的工作波形第27頁/共105頁穩(wěn)態(tài)條件下，電容的開關(guān)周期平均電流為零，故二極管電流開關(guān)周期平均值等于負載電流，即RUIOL21由 和 上式可化簡為LIRTDLUUSoi222

13、令RTDLKS22KUUio1電感電流斷續(xù)條件下成立PSIMbuck-boost123第28頁/共105頁1） D接近1，UO接近無窮大，故應避免D過于接近1，以免造成電路損壞。2）負載電流很小時，電感電流不連續(xù)，輸出電壓|Uo|DUi/(1-D),且負載電流越小，Uo越高。3）輸出空載時，Uo趨于無窮大，故升降壓電路也不應當空載。否則產(chǎn)生很高的電壓造成電路的損壞。4）升降壓型電路可以靈活地改變電壓高低，還能改變電壓極性，因此常用于電池供電設(shè)備中產(chǎn)生負電源的電路，還可用于各種開關(guān)穩(wěn)壓器中。小小 結(jié)結(jié)第29頁/共105頁4.2.4 Cuk4.2.4 Cuk型電路型電路SuSiUVDLiLoUCR

14、1Li1L1CCuk型電路可以看成是由升壓型電路和降壓型電路前后級聯(lián)而成的第30頁/共105頁0t1t2tt0SiLi1CUSu000tttSontofftCuk型電路電路工作波形SuSiUVDLiLoUCR1Li1L1C開關(guān)狀態(tài)1（S通）SuSiUVDLiLoUCR1Li1L1C開關(guān)狀態(tài)2（S斷）第31頁/共105頁)1 ()()1)(111DUDUUUDUUDUUOOCLCiiL令001LLUU1oiUDUD輸出電壓極性與輸入電壓極性相反，其輸出電壓既可高于其輸入電壓，也可低于輸入電壓。電感電感L L和和L1L1的電流都連續(xù)的電流都連續(xù)第32頁/共105頁2）負載電流很小時，電感電流將不連

15、續(xù)，輸出電壓|Uo|DUi/(1-D),且負載電流越小，Uo越高。輸出空載時，Uo趨于無窮大，故Cuk型電路也不應當空載。否則產(chǎn)生很高的電壓造成電路的損壞。3）Cuk型電路的特點與升降壓電路相似，因此也常用于相同的用途，但Cuk型電路較為復雜，因此使用不甚廣泛。該電路一個突出優(yōu)點是輸入和輸出回路中都有電感，因此輸出電壓紋波較小，從輸入電源吸取的電流紋波也小，在某些對這些問題有特殊要求的場合使用比較合適。1）應避免D過于接近1，以免造成電路損壞。小小 結(jié)結(jié)第33頁/共105頁4.2.5 Sepic4.2.5 Sepic型電路型電路SuSiUVDLiLoUCR1Li1L1CSepic型電路可以看成

16、是由升壓型電路和降壓型電路前后級聯(lián)而成的。第34頁/共105頁Sepic型電路輸出、輸入電壓比同開關(guān)通斷的占空比間的關(guān)系：DDUUio1同樣，應避免D過于接近1，以免造成電路損壞。負載電流很小時，電感電流將不連續(xù)，電壓比的公式不再滿足。此時輸出電壓UoDUi/(1-D),且負載電流越小，Uo越高。輸出空載時，Uo趨于無窮大，故電路也不應當空載。否則產(chǎn)生很高的電壓造成電路的損壞。Sepic型電路也較為復雜，限制了其使用范圍。由于有輸出電壓比輸入電壓可高可低，它可用于要求輸出電壓較低的單相功率因數(shù)校正電路。第35頁/共105頁4.2.6 Zeta4.2.6 Zeta型電路型電路SuSiUVDLiL

17、oUCR1Li1L1CZeta型電路可以看成是由升壓型電路和降壓型電路前后級聯(lián)而成的。第36頁/共105頁Zeta型電路輸出、輸入電壓比同開關(guān)通斷的占空比間的關(guān)系：DDUUio1同樣，應避免D過于接近1，以免造成電路損壞。負載電流很小時，電感電流將不連續(xù)，電壓比的公式不再滿足。此時輸出電壓UoDUi/(1-D),且負載電流越小，Uo越高。輸出空載時，Uo趨于無窮大，故電路也不應當空載。否則，產(chǎn)生很高的電壓造成電路的損壞。Zeta型電路也較為復雜，限制了其使用范圍。第37頁/共105頁電路電路特點特點電壓比電壓比開關(guān)和二極管承開關(guān)和二極管承受最高電壓受最高電壓應用應用降壓型降壓型只能降壓不能升只

18、能降壓不能升壓，輸出與輸入壓，輸出與輸入同極性，輸入電同極性，輸入電流脈動大，輸出流脈動大，輸出電流脈動小，結(jié)電流脈動小，結(jié)構(gòu)簡單構(gòu)簡單UMS=UiUMD=Ui各種降壓型各種降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電開關(guān)穩(wěn)壓電路路升壓型升壓型只能升壓不能降只能升壓不能降壓，輸出與輸入壓，輸出與輸入同極性，輸入電同極性，輸入電流脈動小，輸出流脈動小，輸出電流脈動大，不電流脈動大，不能空載工作，結(jié)能空載工作，結(jié)構(gòu)簡單構(gòu)簡單UMS=UOUMD=UO升壓型開關(guān)升壓型開關(guān)穩(wěn)壓器、升穩(wěn)壓器、升壓型功率因壓型功率因數(shù)校正電路數(shù)校正電路DUUioDUUio11各種不同的非隔離型電路比較各種不同的非隔離型電路比較第38頁/共105頁電路

19、電路特點特點電壓比電壓比開關(guān)和二極管承開關(guān)和二極管承受最高電壓受最高電壓應用應用升降壓型升降壓型能降壓能升壓，能降壓能升壓，輸出與輸入極性輸出與輸入極性相反，輸入輸出相反，輸入輸出電流脈動大，不電流脈動大，不能空載工作，結(jié)能空載工作，結(jié)構(gòu)簡單構(gòu)簡單UMS=Ui+UOUMD=Ui+UO反相型開關(guān)反相型開關(guān)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器Cuk型型能降壓能升壓，能降壓能升壓，輸出與輸入極性輸出與輸入極性相反，輸入輸出相反，輸入輸出電流脈動小，不電流脈動小，不能空載工作，結(jié)能空載工作，結(jié)構(gòu)復雜構(gòu)復雜UMS=UC1UMD=UC1對輸入輸出對輸入輸出紋波要求較紋波要求較高的反相型高的反相型開關(guān)穩(wěn)壓器開關(guān)穩(wěn)壓器DDUUio1

20、DDUUio1第39頁/共105頁電路電路特點特點電壓比電壓比開關(guān)和二極管承開關(guān)和二極管承受最高電壓受最高電壓應用應用Sepic型型能降壓能升壓，能降壓能升壓，輸出與輸入同極輸出與輸入同極性，輸入電流脈性，輸入電流脈動小，輸出電流動小，輸出電流脈動大，不能空脈動大，不能空載工作，結(jié)構(gòu)復載工作，結(jié)構(gòu)復雜雜UMS=UC1+UOUMD=UC1+UO升降壓型功升降壓型功率因數(shù)校正率因數(shù)校正電路電路Zeta型型能降壓能升壓，能降壓能升壓，輸出與輸入同極輸出與輸入同極性，輸入電流脈性，輸入電流脈動大，輸出電流動大，輸出電流脈動小，不能空脈動小，不能空載工作，結(jié)構(gòu)復載工作，結(jié)構(gòu)復雜雜UMS=UC1+UiUM

21、D=UC1+Ui對輸出紋波對輸出紋波要求較高的要求較高的升降壓型開升降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器關(guān)穩(wěn)壓器DDUUio1DDUUio1第40頁/共105頁4.3 4.3 隔離型電路隔離型電路第41頁/共105頁4.3.1 4.3.1 正激型電路正激型電路1W3W2W1VD2VD3VDSLiUOUC第42頁/共105頁1.1.電感電流連續(xù)工作模式電感電流連續(xù)工作模式1W3W2W1VD2VD3VDSLiiUOUCLR開關(guān)狀態(tài)1（S通）1W3W2W1VD2VD3VDSLiiUOUCLR開關(guān)狀態(tài)2（S斷）0t1t2tt0SiLiiUSu000tttSontofft正激型電路電路工作波形第43頁/共105頁S關(guān)斷后變

22、壓器的勵磁電流經(jīng)繞組W3和VD3流回電源，所以S關(guān)斷后承受的電壓為：iSUNNu311S關(guān)斷后到下次開通的一段時間，必須設(shè)法使勵磁電流降到零，否則下個開關(guān)周期中，勵磁電流將在本周期結(jié)束的剩余值基礎(chǔ)上累加，并在以后的開關(guān)周期中累積，從而導致變壓器勵磁電感飽和。勵磁電感飽和后，勵磁電流會迅速地增長，最終損壞電路中的開關(guān)器件。因此，在S關(guān)斷后，使勵磁電流降回到零是很重要的。這個過程稱為變壓器的磁心復位。第44頁/共105頁磁心復位過程01mi00ttS1WutontrsttonrsttNNt13開關(guān)處于斷態(tài)的時間必須大于trst，保證開關(guān)開通前勵磁電流下降到零，使變壓器磁心可靠復位！offt第45頁

23、/共105頁在輸出濾波電感電流電流連續(xù)時，輸出電壓與輸入電壓比為：DNNTtNNUUonio1212根據(jù)穩(wěn)態(tài)條件下，電感電壓在開關(guān)周期內(nèi)平均值為0原理，得iuuNN2120)(2offoonotutuu0)()(12onoonoitTutuuNN第46頁/共105頁2.2.電感電流斷續(xù)工作模式電感電流斷續(xù)工作模式1W3W2W1VD2VD3VDSLiiUOUCLR開關(guān)狀態(tài)1（S通）1W3W2W1VD2VD3VDSLiiUOUCLR開關(guān)狀態(tài)2（S斷）1W3W2W1VD2VD3VDSiUOUCLR開關(guān)狀態(tài)3（電感電流為零）3t0t1t2tt0SiLiiUSu000tttSontofft電路電流斷續(xù)工

24、作波形第47頁/共105頁電感電流連續(xù)的臨界條件為21DRTLS輸出電壓與輸入電壓的電壓比為KKNNUUio214112RTDLKS22電感電流斷續(xù)時，輸出電壓Uo將隨負載電流減小而升高，在負載電流為零的極限情況下，Uo=UiN2/N1。第48頁/共105頁1W2W1VD2VD3VD1SLiUOU1C雙開關(guān)正激型電路4VD2SC 雙開關(guān)正激型電路的工作原理與單開關(guān)正激型電路基本相同。 雙開關(guān)正激型電路中，每個開關(guān)承受的斷態(tài)電壓均為Ui，比相同條件下的單開關(guān)正激型電路低，故雙開關(guān)正極性電路適合用于高壓輸入電源中使用。第49頁/共105頁正激型電路簡單可靠，廣泛用于功率為數(shù)百瓦到數(shù)千瓦的開關(guān)電源中

25、。但該電路變壓器工作點僅處于磁化曲線平面的第象限，沒有得到充分利用，因此，同樣的功率，其變壓器體積、重量和損耗都較大。正激型電源多用于在電源和負載條件惡劣、干擾很強的環(huán)境下，并且對體積、重量、效率要求不高的場合。第50頁/共105頁4.3.2 4.3.2 反激型電路反激型電路反激（Flyback）型電路可以看成是將升降壓型電路中的電感換成變壓器繞組W1和W2相互耦合的電感而得到的。1W2W1VDSiUOUC第51頁/共105頁1.1.電流連續(xù)工作模式電流連續(xù)工作模式開關(guān)狀態(tài)1（S通）1W2W1VDSiUOUC1VD開關(guān)狀態(tài)2（S斷）1W2WSiUOUC0t1t2tt0DiSiiUSu000tt

26、tSontofft反激型電路工作波形第52頁/共105頁S關(guān)斷后電壓為：oiSUNNUu21在電流連續(xù)時，輸出電壓與輸入電壓比為：DDNNttNNUUoffonio11212反激型電路工作在電流連續(xù)模式時，其變壓器磁心的利用率會顯著下降，因此實際應用中，通常避免工作于電流連續(xù)模式！第53頁/共105頁2.2.電流斷續(xù)工作模式電流斷續(xù)工作模式開關(guān)狀態(tài)1（S通）1W2W1VDSiUOUC1VD開關(guān)狀態(tài)2（S斷）1W2WSiUOUC開關(guān)狀態(tài)3（電感電流為零）1W2WSiUOUC0t1t2tt0DiSiiUSu000tttSontofft反激型電路電流斷續(xù)工作波形3t第54頁/共105頁與升降壓電路相

27、似的推導過程，反激型電路電流連續(xù)的臨界條件為2)1 (2DRTLS輸出電壓與輸入電壓的電壓比為KNNUUio112RTDLKS22L為從變壓器二次側(cè)測得的電感量與升降壓電路不同之處在于多了變壓器的變比因子！第55頁/共105頁因為反激型電路變壓器的繞組W1和W2在工作中不會同時有電流流過，不存在磁動勢相互抵消的可能，因此變壓器磁心的磁通密度取決于繞組中電流的大小。tttB00011iN22iN電流斷續(xù)模式B在最大磁通密度相同的條件下，連續(xù)工作時，磁通密度的變化范圍B小于斷續(xù)方式。較大的B意味著變壓器需要較少的匝數(shù)，或較小尺寸的磁心。 PSIM-flybacktttB00011iN22iN電流連

28、續(xù)模式B第56頁/共105頁4）反激型電路結(jié)構(gòu)最為簡單，元器件少，成本較低，廣泛適用于數(shù)瓦到數(shù)十瓦小功率開關(guān)電源中。但該電路變壓器的工作點處于磁化曲線平面的第象限，利用率低，而且開關(guān)器件承受的電流峰值很大，不適合用于較大功率的開關(guān)電源。小小 結(jié)結(jié)1）反激型電路中的變壓器在工作中總是經(jīng)歷著儲能-放電的過程。2）反激型電路工作于電流連續(xù)模式時，其變壓器磁心的利用率會顯著下降，因此應用中，應避免電路工作于電流連續(xù)模式。3）電流斷續(xù)時，輸出電壓Uo將隨負載電流減小而升高，在負載電流為零的極限情況下，Uo趨于無窮大，這將損壞電路中的元件，因此反激型電路不應工作與負載開路狀態(tài)。第57頁/共105頁4.3.

29、3 4.3.3 半橋型電路半橋型電路1W2W1VD2SOUC半橋型電路1SiU1C2C2WL2VDdu第58頁/共105頁1.1.電感電流連續(xù)工作模式電感電流連續(xù)工作模式1W2W1VD2SOUC1SiU1C2C2WL2VDduRLi開關(guān)狀態(tài)1（S1通）1W2W1VD2SOUC1SiU1C2C2WL2VDduRLi開關(guān)狀態(tài)2（S1、 S2斷）0t1t2tt1SiiU1Su000ttt1Sont0t2S2Su0t2Si0t1Di0t3t4t2Di0LiLiiU磁動勢F=N*I，平衡第59頁/共105頁1W2W1VD2SOUC1SiU1C2C2WL2VDduRLi開關(guān)狀態(tài)4（S1、 S2斷）1W2W

30、1VD2SOUC1SiU1C2C2WL2VDduRLi開關(guān)狀態(tài)3（S2通）0t1t2tt1SiiU1Su000ttt1Sont0t2S2Su0t2Si0t1Di0t3t4t2Di0LiLiiU半橋型電路電流連續(xù)模式工作波形第60頁/共105頁由于電容的隔直作用，半橋型電路對由于兩個開關(guān)導通時間不對稱而造成的變壓器一次電壓的直流分量有自動平衡作用，因此該電路不容易發(fā)生變壓器偏磁飽和的問題。當濾波電感L的電流連續(xù)時，根據(jù)開關(guān)周期內(nèi)電感電壓平均值等于0，得DNNTtNNUUSonio1212212/212/SonTtD 為防止橋臂短路，死區(qū)時間是必須的，因此每個開關(guān)的占空比小于50%。半橋電路中占空

31、比定義第61頁/共105頁2.2.電感電流斷續(xù)工作模式電感電流斷續(xù)工作模式1W2W1VD2SOUC1SiU1C2C2WL2VDduRLi開關(guān)狀態(tài)1（S1通）1W2W1VD2SOUC1SiU1C2C2WL2VDduRLi開關(guān)狀態(tài)2（S1、 S2斷）0t1t2t6t1Si00tt1S02S2Si0t1Di0t3t4t2Di0tLi0t5tt第62頁/共105頁1W2W1VD2SOUC1SiU1C2C2WL2VDduR開關(guān)狀態(tài)3（電感電流為零）1W2W1VD2SOUC1SiU1C2C2WL2VDduRLi開關(guān)狀態(tài)4（S2通）0t1t2t6t1Si00tt1S02S2Si0t1Di0t3t4t2Di0

32、tLi0t5tt第63頁/共105頁1W2W1VD2SOUC1SiU1C2C2WL2VDduRLi開關(guān)狀態(tài)5（S1 、S2斷）1W2W1VD2SOUC1SiU1C2C2WL2VDduR開關(guān)狀態(tài)6（電感電流為零）0t1t2t6t1Si00tt1S02S2Si0t1Di0t3t4t2Di0tLi0t5tt第64頁/共105頁輸出電壓與輸入電壓的電壓比：KKNNUUio214121122/22SRTDLK 212/DRTLS電感電流斷續(xù)時，輸出電壓Uo將隨負載電流減小而升高，在負載為零的極限情況下，Uo=N2Ui/(2N1)。半橋型電路中變壓器的利用率高，沒有偏磁問題，廣泛用于數(shù)百瓦到數(shù)千瓦開關(guān)電源

33、中。開關(guān)器件數(shù)量少，同樣的功率成本要低一些，可用于成本要求較苛刻場合。3.3.電感電流臨界連續(xù)條件電感電流臨界連續(xù)條件與BUCK電路類似DC-halfbridge第65頁/共105頁4.3.4 全橋型電路1W2W1VD4SOUC全橋型電路3SiU1CLdu2S1S2VD4VD3VD第66頁/共105頁1.1.電感電流連續(xù)工作模式電感電流連續(xù)工作模式1W2W1VD4SOUC開關(guān)狀態(tài)1(S1 、S4通)3SiULdu2S1S2VD4VD3VDRLi1W2W1VD4SOUC開關(guān)狀態(tài)2(開關(guān)全斷)3SiULdu2S1S2VD4VD3VDRLi0t1t2tt41 SSiiiU41SSuu000ttt41

34、SSont0t32SS32SSuu0t32 SSii0t41 DDii0t3t4t32 DDii0LiLiiU第67頁/共105頁1W2W1VD4SOUC開關(guān)狀態(tài)3(S2 、S3通)3SiULdu2S1S2VD4VD3VDRLi1W2W1VD4SOUC開關(guān)狀態(tài)4(全部開關(guān)斷)3SiULdu2S1S2VD4VD3VDRLi0t1t2tt41 SSiiiU41SSuu000ttt41SSont0t32SS32SSuu0t32 SSii0t41 DDii0t3t4t32 DDii0LiLiiU第68頁/共105頁若S1、S2、S3、S4的導通時間不對稱，則交流電壓uT中將含有直流分量，會在變壓器一次

35、電流中產(chǎn)生很大的直流分量，并可能造成磁路飽和，故全橋型電路應注意避免電壓直流分量的產(chǎn)生，也可以在一次回路中串聯(lián)一個電容，以阻斷直流電流。為了避免上下兩個開關(guān)在換相過程中發(fā)生短暫的同時導通而造成短路損壞開關(guān)，每個開關(guān)各自的占空比不能超過50%，并應留有裕量。當濾波電感L的電流連續(xù)時DNNTtNNUUSonio12122/2/SonTtD 第69頁/共105頁2.2.電感電流斷續(xù)狀態(tài)電感電流斷續(xù)狀態(tài)1W2W1VD4SOUC開關(guān)狀態(tài)1(S1 、S4通)3SiULdu2S1S2VD4VD3VDRLi1W2W1VD4SOUC開關(guān)狀態(tài)2(開關(guān)全斷)3SiULdu2S1S2VD4VD3VDRLi0t1t2t

36、6t41 SSii00tt41SS032SS32 SSii0t41 DDii0t3t4t42 DDii0tLi0t5tt第70頁/共105頁1W2W1VD4SOUC開關(guān)狀態(tài)3(電感電流為零)3SiULdu2S1S2VD4VD3VDR1W2W1VD4SOUC開關(guān)狀態(tài)4(S2 、S3通)3SiULdu2S1S2VD4VD3VDRLi第71頁/共105頁1W2W1VD4SOUC開關(guān)狀態(tài)5(全部關(guān)斷)3SiULdu2S1S2VD4VD3VDRLi1W2W1VD4SOUC開關(guān)狀態(tài)6(電感電流為零)3SiULdu2S1S2VD4VD3VDR第72頁/共105頁全橋型電路電感電流連續(xù)的臨界條件為電感電流斷續(xù)

37、時，輸出電壓與輸入電壓的電壓比為KKNNUUio2141122/22SRTDLK 212/DRTLS電感電流斷續(xù)時，輸出電壓Uo將隨負載電流減小而升高，在負載為零的極限情況下，Uo=N2Ui/N1。所有隔離型開關(guān)電路中，采用相同電壓和電流容量的開關(guān)器件時，全橋型電路可以達到最大的功率，因此該電路常用于中大功率的電源中。第73頁/共105頁4.3.5 4.3.5 推挽型電路推挽型電路1W2W1VD2SOUC推挽型電路1SiU1C2WL2VDdu1W第74頁/共105頁1.1.電感電流連續(xù)工作模式電感電流連續(xù)工作模式1W2W1VD2SOUC開關(guān)狀態(tài)2(全部關(guān)斷)1SiU2WL2VD1WRLi1W2

38、W1VD2SOUC開關(guān)狀態(tài)1(S1通)1SiU2WL2VD1WRLi0t1t2tt1SiiU21Su000ttt1Sont0t2S2Su0t2Si0t1Di0t3t4t2Di0LiLiiU2Li第75頁/共105頁1W2W1VD2SOUC開關(guān)狀態(tài)4(全部關(guān)斷)1SiU2WL2VD1WRLi1W2W1VD2SOUC開關(guān)狀態(tài)3(S2通)1SiU2WL2VD1WRLi0t1t2tt1SiiU21Su000ttt1Sont0t2S2Su0t2Si0t1Di0t3t4t2Di0LiLiiU2Li第76頁/共105頁 若S1與S2的導通時間不對稱，則交流電壓uT中將含有直流分量，會在變壓器一次電流中產(chǎn)生很

39、大的直流分量，并可能造成磁路飽和。與全橋型電路不同的是，推挽型電路無法在變壓器一次側(cè)串聯(lián)隔直電容，因此只能靠精確的控制信號和電路元器件參數(shù)的匹配來避免電壓直流分量的產(chǎn)生。 如果S1和S2同時處于通態(tài)，就相當于變壓器一次繞組短路。因此，必須避免兩個開關(guān)同時導通，每個開關(guān)各自的占空比不能超過50%，并應留有死區(qū)。當電流連續(xù)時電路的電壓比：DNNTtNNUUSonio12122/2/SonTtD 第77頁/共105頁2.2.電感電流斷續(xù)狀態(tài)電感電流斷續(xù)狀態(tài)1W2W1VD2SOUC開關(guān)狀態(tài)2(全部關(guān)斷)1SiU2WL2VD1WRLi1W2W1VD2SOUC開關(guān)狀態(tài)1(S1通)1SiU2WL2VD1WR

40、Li1W2W1VD2SOUC開關(guān)狀態(tài)3(電感電流為零)1SiU2WL2VD1WR0t1t2t6t1Si00tt1S02S2Si0t1Di0t3t4t2Di0tLi0t5tt第78頁/共105頁1W2W1VD2SOUC開關(guān)狀態(tài)4(S2通)1SiU2WL2VD1WRLi1W2W1VD2SOUC開關(guān)狀態(tài)5(全部關(guān)斷)1SiU2WL2VD1WRLi1W2W1VD2SOUC開關(guān)狀態(tài)6(電感電流為零)1SiU2WL2VD1WR0t1t2t6t1Si00tt1S02S2Si0t1Di0t3t4t2Di0tLi0t5tt第79頁/共105頁推挽型電路電感電流連續(xù)的臨界條件為電感電流斷續(xù)時，輸出電壓與輸入電壓的

41、電壓比為KKNNUUio2141122/22SRTDLK 212/DRTLS電感電流斷續(xù)時，輸出電壓Uo將隨負載電流減小而升高，在負載為零的極限情況下，Uo=N2Ui/N1。推挽型電路的突出優(yōu)點是，在輸入回路中僅有1個開關(guān)的通態(tài)壓降，而半橋型電路和全橋型電路都有2個，因此在同樣條件下，產(chǎn)生的通態(tài)損耗較小，這對很多輸入電壓較低的電源十分有利。PSIM-pushpull第80頁/共105頁電路電路優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點功率范圍功率范圍應用領(lǐng)域應用領(lǐng)域正激型正激型電路簡單，成電路簡單，成本低，可靠性本低，可靠性高，驅(qū)動電路高，驅(qū)動電路簡單簡單變壓器單向勵變壓器單向勵磁，利用率低磁，利用率低幾百瓦到幾幾百瓦

42、到幾千瓦千瓦各種中、小各種中、小功率開關(guān)電功率開關(guān)電源源反激型反激型電路非常簡單、電路非常簡單、成本很低、可成本很低、可靠性高、驅(qū)動靠性高、驅(qū)動電路簡單電路簡單難以達到較大難以達到較大的功率、變壓的功率、變壓器單向勵磁，器單向勵磁，利用率低利用率低幾瓦到幾十幾瓦到幾十瓦瓦小功率和消小功率和消費電子設(shè)備、費電子設(shè)備、計算機設(shè)備計算機設(shè)備開關(guān)電源開關(guān)電源全橋型全橋型變壓器雙向勵變壓器雙向勵磁，容易達到磁，容易達到大功率大功率結(jié)構(gòu)復雜，成結(jié)構(gòu)復雜，成本高，可靠性本高，可靠性低，需要復雜低，需要復雜的多組隔離驅(qū)的多組隔離驅(qū)動電路，有直動電路，有直通和偏磁問題通和偏磁問題幾百瓦到幾幾百瓦到幾百千瓦百千瓦

43、大功率工業(yè)大功率工業(yè)用開關(guān)電源、用開關(guān)電源、焊接電源、焊接電源、電解電源電解電源各種不同的間接直流變流電路的比較第81頁/共105頁電路電路優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點功率范圍功率范圍應用領(lǐng)域應用領(lǐng)域半橋型半橋型變壓器雙向勵變壓器雙向勵磁，無變壓器磁，無變壓器偏磁問題，開偏磁問題，開關(guān)較少，成本關(guān)較少，成本低低有直通問題，有直通問題，可靠性低，可靠性低，需要復雜的需要復雜的隔離驅(qū)動電隔離驅(qū)動電路路幾百瓦到幾幾百瓦到幾百千瓦百千瓦各種工業(yè)用各種工業(yè)用開關(guān)電源，開關(guān)電源，計算機設(shè)備計算機設(shè)備用開關(guān)電源用開關(guān)電源等等推挽型推挽型變壓器雙向勵變壓器雙向勵磁，變壓器一磁，變壓器一次電流回路中次電流回路中只有一個開關(guān)

44、，只有一個開關(guān)，通態(tài)損耗較小，通態(tài)損耗較小，驅(qū)動簡單驅(qū)動簡單有偏磁問題有偏磁問題幾瓦到幾千幾瓦到幾千瓦瓦低輸入電壓低輸入電壓的開關(guān)電源的開關(guān)電源第82頁/共105頁4.4.1 全橋型整流電路1W2W1VDC全橋整流電路L2VD4VD3VDR4.4 4.4 整流電路整流電路第83頁/共105頁全橋型電路中每個二極管承受的反向電壓為iRUNNU12在電流連續(xù)情況下，輸出電壓Uo表示的斷態(tài)電壓為DUUoR流過每個二極管的平均電流為2LDIILI為電感電流平均值。每個二極管的平均電流等于電感電流平均值的一半。也等于負載電流的一半，因此有利于選擇二極管。DNNUUio12（全橋型電路電流連續(xù)）第84頁/

45、共105頁二極管的通態(tài)壓降為UD，每個二極管的通態(tài)損耗為4個二極管總通態(tài)損耗為2/LDonDIDUPLDonIDUP2第85頁/共105頁4.4.2 4.4.2 全波整流電路全波整流電路R全波整流電路CL2VD1VD第86頁/共105頁全波電路中每個二極管承受的反向電壓為iRUNNU12在電流連續(xù)情況下，輸出電壓Uo表示的斷態(tài)電壓為DUUoR2流過每個二極管的平均電流為2LDII二極管的通態(tài)壓降為UD，每個二極管的通態(tài)損耗為2個二極管總通態(tài)損耗為2/LDonDIDUPLDonIDUP DNNUUio1221（半橋型電路電流連續(xù)）第87頁/共105頁4.4.3 4.4.3 倍流整流電路倍流整流電

46、路倍流整流電路C1L2VDR2L1VD第88頁/共105頁當電感電流連續(xù)時，倍流整流電路在1個開關(guān)周期內(nèi)相繼經(jīng)歷4個不同的開關(guān)狀態(tài)。U2為變壓器二次側(cè)電壓，變壓器二次同名端電壓為正時，u2為正。2u1Li2Li21LLii1LU2LUSTST20t1t2t3t4t倍流電路的波形開關(guān)狀態(tài)1(u2為正)C1L2VDR2L1VD2u1Li2Lit0-t1時段：電路處于開關(guān)狀態(tài)1，變壓器二次電壓u2為正，二極管VD1通，VD2斷，電感L1的電流經(jīng)VD1續(xù)流，iL1線性下降，電感L2的電流流過變壓器二次繞組， iL2線性增長。+第89頁/共105頁開關(guān)狀態(tài)2(u2為零)C1L2VDR2L1VD2u1Li

47、2Lit1-t2時段：電路處于開關(guān)狀態(tài)2，u2為零，二極管VD1和VD2均為通態(tài)，電感L1和L2均為續(xù)流狀態(tài)，電流iL1和 iL2均線性下降。2u1Li2Li21LLii1LU2LUSTST20t1t2t3t4t倍流電路的波形第90頁/共105頁開關(guān)狀態(tài)3(u2為負)C1L2VDR2L1VD2u1Li2Lit2-t3時段：電路處于開關(guān)狀態(tài)3，變壓器二次電壓u2為負，二極管VD2通，VD1斷，電感L2的電流經(jīng)VD2續(xù)流，iL2線性下降，電感L1的電流流過變壓器二次繞組， iL1線性增長。2u1Li2Li21LLii1LU2LUSTST20t1t2t3t4t倍流電路的波形第91頁/共105頁開關(guān)狀態(tài)4(u2為零)C1L2VDR2L1VD2u1Li2Lit3-t4時段：電路處于開關(guān)狀態(tài)4，u2為零，二極管VD1和VD2均為通態(tài)，電感L1和L2均為續(xù)流狀態(tài)，電流iL1和 iL2均線性下降。2u1Li2Li21LLii1LU2LUST