DC-DC模塊電源常用的電路形式

1、開關(guān)電源功率電路分析要點(diǎn)開關(guān)電源功率電路分析要點(diǎn)1.電容的電壓不能突變, 電感的電流不能突變2.流經(jīng)電容的電流平均值為零, 電感兩端電壓的平均值為零3.理想變壓器電壓與匝數(shù)成比且同名同極性, 電流與匝數(shù)成反比且點(diǎn)進(jìn)點(diǎn)出4.電容恒流充電的公式為 , 電感恒壓儲能的公式為5.變壓器與電感的伏秒積必須平衡TIUC*TUIL*Buck-Boost電路工作原理：電路工作原理：VinVoDLIoS1S1S2ULILVin-VooIIoD1-DT根據(jù)L的伏秒平衡原則：Vin*DT=(Vo+2Vd)*(1-D)TVo=Vin *D/(1-D)-2VdL*Io=(Vo-2Vd)(1- D)TVds1根據(jù)L在(1

2、-D)T時間的基本方程：Io=(Vo-2Vd)(1-D)T/LDS2Vds2VinVo00.10.20.30.40.50.60.70.80.91012345678910Vo D()DVo/Vin =D/(1-D)Buck-Boost電路的輸入輸出關(guān)系：電路的輸入輸出關(guān)系：三種基本的非隔離開關(guān)電源：三種基本的非隔離開關(guān)電源：VinVoLIoSDVinVoDLIoS1DS2VinVoDLIoSVo=Vin *D/(1-D)Vo=Vin *DVo=Vin /(1-D)VoVin, 升壓型電路VoVin, 當(dāng)DVin 當(dāng)D0.5 升降壓型電路三種基本的隔離開關(guān)電源：三種基本的隔離開關(guān)電源：VinVoS

3、LmDVinVoLSD1D2VinVoLS1D1D2S2正激型變換器反激型變換器橋式變換器反激變換器（反激變換器（Flyback）工作原理工作原理 （電流連續(xù)模式）：（電流連續(xù)模式）：VgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nV o根據(jù)變壓器的伏秒平衡：ImIoVinVoGDSLmDn:1TDnVoDTVin)1 (*)1 (*DnDVinVoCoVLVin-nVonVoVinVds)1 (DVinVdsID-p反激變換器（反激變換器（Flyback）工作原理工作原理 （電流斷續(xù)模式）：（電流斷續(xù)模式）：VgsIDVdsD1-DTIoVinVin+nV o根據(jù)變壓器的伏秒平衡：ImIo

4、VinVoGDSLmDn:1)1 (*DnDVinVoCoVLVin-nVoID-p-nVoVoVo TRVoLmIp2221根據(jù)能量守恒：LmVinDTIpVinDLmRTVo2反激變換器（反激變換器（Flyback）工作原理：工作原理：VgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nV oImVrVLVin-nVo221221LkIpCdsVr nIIppDID-p21DopDIDIIVr=？IoVinVoGDSLmDn:1LkCoLmTDVoID/)1 ( IpCdsLkVr*反激變換器（反激變換器（Flyback）工作原理：工作原理：IoVinVoGDSLmDn:1LkCoVcVcR

5、Ploss=(Vc-Vin)2/RGDSLkVcRPloss=(Vc)2/R反激變換器（反激變換器（Flyback）工作原理：工作原理：VgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nV oImVrICoID-pVo=？IoVinVoGDSLmDn:1LkCo)1/(DIIIopDCo-IoVoDTIVCOOCDTIVOO/根據(jù)Co在DT時間的基本方程：反激變換器（反激變換器（Flyback）工作原理：工作原理：VinVo1GLmNpLkVo2Ns2Ns1多路輸出的反激變換器：多路輸出的反激變換器：)1 (*11DNpDVinNsVo)1 (*22DNpDVinNsVo減小交叉調(diào)整率的措施：

6、減小交叉調(diào)整率的措施：1.盡量減少兩個繞組之間的漏感。2.在輔助輸出一路中加入尖峰抑制器（飽和電感） 3.主路輸出工作于電流連續(xù)模式。4.采用雙路加權(quán)反饋的控制方式反饋控制反激變換器（反激變換器（Flyback）特征總結(jié)：特征總結(jié)：VinVo1GLmNpLkVo2Ns2Ns1缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1.輸出紋波電流大。2.輸出控制特性非線性。3.通常需要輔助的吸收回路。4.轉(zhuǎn)換效率較低。反饋控制優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1.電路簡單。2.輸入電壓范圍廣。 3.容易實(shí)現(xiàn)多路輸出。諧振復(fù)位正激變換器（諧振復(fù)位正激變換器（Resonant Reset Forward)：Ion:1VinVoLoGDSVgsILVdsD1-DT

7、IpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt0, t1t5LmVinDTIm/LoDTVonVinIL/)/(LmPInII諧振復(fù)位正激變換器（諧振復(fù)位正激變換器（Resonant Reset Forward)：Ion:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt1, t2t5LmLkIIVVmpc211VcV諧振復(fù)位正激變換器（諧振復(fù)位正激變換器（Resonant Reset Forward)：Ion:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-

8、DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt2, t3t51VcVcVrminCLDTV2諧振復(fù)位正激變換器（諧振復(fù)位正激變換器（Resonant Reset Forward)：Ion:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt3, t4t5LmCrtt 14Lm,Cr的選取原則：22max2)1 (1*TDCrLm諧振復(fù)位正激變換器（諧振復(fù)位正激變換器（Resonant Reset Forward)：Ion:1VinVoLGDSVgsIL

9、VdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt4, t5t5(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T根據(jù)電感的伏秒平衡：Vo=VinD/n諧振復(fù)位正激變換器（諧振復(fù)位正激變換器（Resonant Reset Forward)特征：特征：VinVoCr缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1.原邊開管電壓應(yīng)力較高。2.諧振電容的損耗大。3.寬范圍輸入效率很難兼顧。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1.電路簡單。2.線性輸出控制特性。3.不需要輔助的吸收回路。 VinVoCrVinVoCrS1, S2VpVinDVds100 50% Duty Cycle ZVS for Low

10、 side switchExcitingResetResonant Reset Dual Switch ForwardVinLS2S1Sa1CrD1D2有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)：Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDTIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt0, t1t5LmVinDTIm/LoDTVonVinIL/)/(LmPInIIS1S1Sa1-D+VT-有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)：Ion:1VinVoLo

11、GDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt1, t2t5LkIpttVcIm)() 12(S1S1Sa1-D+VT-VcLknIott/*)/() 12(1td2td* 副邊電壓的死區(qū)跟Lk和Io有關(guān)，跟原邊開管的死區(qū)無關(guān)有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)：Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt2, t3t5S1S1Sa1-D+VT-) 12(1tttd1td2

12、tdSa在零電壓條件下開通* 原邊開管的死區(qū)時間需滿足：有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)：Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt3, t4t5S1S1Sa1-D+VT-1td2td激磁電流反向，變壓器被復(fù)位LmTDVcIm/)1 ( 有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)：Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0

13、t1 t2 t3t4Ipt4, t5t5S1S1Sa1-D+VT-1td2td激磁電流對主開關(guān)的輸出電容放電。t6=t0有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)：Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt5, t6t5S1S1Sa1-D+VT-1td2tdt5時刻副邊二極管鉗位主開關(guān)的輸出電容放電結(jié)束。t6時刻新的周期開始t6=t0有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)：Ion:1VinVoLoGDS

14、SaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt5S1S1Sa1-D+VT-1td2tdt6=t0(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T根據(jù)電感的伏秒平衡：Vo=VinD/nVinDT=Vc(1-D)T根據(jù)變壓器的伏秒平衡：Vc=VinD/(1-D)Vds=Vc+VinVds=Vin/(1-D)有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)：00.10.20.30.40.50.60.70.80.91012345678910Vc D()Vds D()DVc=VinD/(1-D)Vds=V

15、in/(1-D)Vin有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)特征：特征：VinVoVinVoVinVoSaSaSa缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1.鉗位電壓建立較慢，啟動過程變壓器易偏磁。2.對輸入電壓的動態(tài)響應(yīng)慢。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1.變壓器最優(yōu)化復(fù)位（電壓應(yīng)力低）。2.輸入電壓范圍寬。3.線性輸出控制特性。4.不需要輔助的吸收回路。 有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)： Asymmetrical Full Bridge DC/DC ConverterVinVoLS1D1D2S2半橋變換器橋式變換器（橋式變換器（Br

16、idge Type Converter)：VinVoLS1D1D2S2全橋變換器VinVoLS1D1D2S2推挽變換器VinVoS1D2S2半橋變換器（倍流整流）VinVoLoS1D1D2S2橋式變換器（橋式變換器（Bridge Type Converter)：n:1+1LmLkIpIoCBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2Vct0, t1變換器正半周工作，Ip, Im增加；Vc減少。LmDTVinIm/2) 12/()/(CDTnIoVcC1C1VinVoLoS1D1D2S2橋式變換器（橋式變換

17、器（Bridge Type Converter)：n:1+1LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2VcC1CC1Vin/2t1, t2S1關(guān)斷，變壓器副邊續(xù)流，原邊漏感能量被S2體二極管鉗位。VinVoLoS1D1D2S2橋式變換器（橋式變換器（Bridge Type Converter)：n:1+1LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2VcC1CC1Vin/2t2, t3

18、S1，S2全部關(guān)斷，變壓器副邊續(xù)流，Lm保持不變，D1,D2電流之差為Lm。VinVoLoS1D1D2S2橋式變換器（橋式變換器（Bridge Type Converter)：n:1+1LmLkIpIoABS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2Vin/2VTVct3, t4變換器負(fù)半周工作，Ip, Im減少；Vc增加。LmDTVinIm/2) 12/()/(CDTnIoVc VinVoLoS1D1D2S2橋式變換器（橋式變換器（Bridge Type Converter)：n:1+1LmLkIpIoABS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2Vin/2VTVct4, t5S2關(guān)斷，變壓器副邊續(xù)流，原邊漏感能量被S1體二極管鉗位。VinVoLoS1D1D2S2橋式變換器（橋式變換器（Bridge Type Converter)：n:1+1LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2VcC1CC1Vin/2t5