正激變換器介紹課件

1、正激變換器介紹課件Contents正激變換器的工作原理1幾種復位方式及其比較2正激變換器的工作原理單端正激變換器的主電路開關管Q按PWM方式工作，D1是輸出整流二極管，D2是續(xù)流二極管，Lf是輸出濾波電感，Cf是輸出濾波電容。變壓器有三個繞組，W1原邊繞組，W2副邊繞組，W3復位繞組。正激變換器的不同開關狀態(tài)開關管Q導通，電源電壓VIN加在原邊繞組上，變壓器鐵芯磁通增加，則變壓器鐵芯磁通增量：正激變換器的不同開關狀態(tài)由 得變壓器原邊磁化電流：式中LM是原邊繞組的勵磁電感。副邊繞組W2上的電壓為：此時整流二極管D1導通，續(xù)流二極管D2截止，流過濾波電感Lf的電流增加：顯然這和BUCK變換器中開關

2、管Q導通時一樣。變壓器原邊繞組電流： 正激變換器的不同開關狀態(tài)Q關斷，變壓器原邊繞組和副邊繞組中都沒有電流流過，此時變壓器通過復位繞組進行磁復位，勵磁電流iM從復位繞組W3經過二極管D3回饋到輸入電源中去。此時整流管D1關斷，流過電感Lf電流通過續(xù)流二極管D2續(xù)流，復位繞組電壓：正激變換器的不同開關狀態(tài)此時整流管關斷，流過電感Lf電流通過續(xù)流二極管D2續(xù)流，顯然和BUCK變換器類似。在此開關狀態(tài)中，加在Q上的電壓為：電源VIN反向加在復位繞組W3上，故鐵芯被去磁，鐵芯的磁通減?。鸿F芯磁通的減小量：式中Tr-ton是去磁時間。變壓器原邊繞組和副邊繞組的電壓分別為：勵磁電流iM從原邊繞組中轉移到復

3、位繞組中，并開始線性減小：在Tr時刻， ，變壓器完成磁復位。正激變換器的不同開關狀態(tài)正激變換器的不同開關狀態(tài)Q關斷狀態(tài)中，所有繞組均沒有電流，它們的電壓為零。濾波電感電流經續(xù)流二極管續(xù)流。在此時Q上的電壓為:由于在正激變換器中磁通必須復位，得： 整理得：如果W1W3，則去磁時間小于開通時間即開關管的工作占空比 。如果W1W3，Q管電壓大于2倍輸入電壓；W1W3，Q管電壓小于2倍輸入電壓。為了充分提高占空比和減小Q兩端電壓，必須折衷選擇。一般選W1=W3，這時 ， ，而Q管電壓等于2倍輸入電壓。由于單端正激變換器（Forword）變換器實際上是一個隔離的BUCK變換器，因此其輸入和輸出關系為：

4、正激變換器的不同開關狀態(tài)正激變換器的不同開關狀態(tài)Contents正激變換器的工作原理1幾種復位方式及其比較2單端變換器的磁復位技術使用單端隔離變壓器之后，變壓器磁芯如何在每個脈動工作磁通之后都能恢復到磁通起始值，這是產生的新問題，稱為去磁復位問題。因為線圈通過的是單向脈動激磁電流，如果沒有每個周期都作用的去磁環(huán)節(jié)，剩磁通的累加可能導致出現(xiàn)飽和。這時開關導通時電流很大；斷開時，過電壓很高，導致開關器件的損壞。剩余磁通實質是磁芯中仍殘存有能量，如何使此能量轉移到別處，就是磁芯復位的任務。具體的磁芯復位線路可以分成兩種：一種是把鐵芯殘存能量自然的轉移，在為了復位所加的電子元件上消耗掉，或者把殘存能量

5、反饋到輸入端或輸出端；另一種是通過外加能量的方法強迫鐵芯的磁狀態(tài)復位。具體使用那種方法，可視功率的大小、所使用的磁芯磁滯特性而定。磁復位技術典型的兩種磁芯磁滯特性曲線磁復位技術在磁場強度H為零時，磁感應強度的多少是由鐵芯材料決定。圖a的剩余磁感應強度Br比圖b小，圖a一般是鐵氧體、鐵粉磁芯和非晶合金磁芯，圖b一般為無氣隙的晶粒取向鎳鐵合金鐵芯。對于剩余磁感應強度Br較小的鐵芯，一般使用轉移損耗法。轉移損耗法有線路簡單、可靠性高的特點。對于剩余磁感應強度Br較高的鐵芯，一般使用強迫復位法。強迫復位法線路較為復雜。簡單的損耗法磁芯復位電路是由一只穩(wěn)壓管和二極管組成，穩(wěn)壓管和二極管與變壓器原邊繞組或

6、和變壓器副邊繞組并聯(lián)，磁芯中殘存能量由于穩(wěn)壓管反向擊穿導通而損耗，它具有兩種功能，既可以限制功率開關管過電壓又可以消除磁芯殘存能量。在實際應用中由于變壓器從原邊到副邊的漏電感（寄生電感）存在，這個電感中也有存儲的能量，因此一般把穩(wěn)壓管和二極管與變壓器原邊繞組并聯(lián)連結。這種電路只適用于小功率變換器中，。 磁復位技術幾種磁復位方式第三線圈復位法RCD復位有源鉗位雙管正激第三線圈復位法特點優(yōu)點：技術成熟可靠，磁化能量可無損地回饋到直流電網中去。缺點：附加的磁復位繞組使變壓器的結構和設計復雜化；開關管關斷時，變壓器漏感引起的關斷電壓尖峰需要RC緩沖電路來抑制，尤其是變壓器滿載時；開關管承受的電壓與輸入

7、直流電壓成正比，當變壓器工作在寬輸入電壓范圍時，必須采用高壓功率MOSFET,而高壓功率MOSFET的導通電阻較大，從而導致導通損耗較大；Uin=Uinmax時，占空比d=dmin很小，不易于大功率輸出。RCD復位Cs：晶體管輸出電容、鉗位二極管結電容、折算到原邊的整流二極管結電容和變壓器繞組電容之和t=t2時開始磁復位，Cs與Lm諧振使得磁化電感能量有一部分轉移到Cs 中去，剩余的磁化電感能量和變壓器漏感能量消耗在鉗位電阻R中；t=t0t1期間，開關管導通變壓器上的磁化電流增加；t=t1時VM 關斷，隨后以負載折算到原邊的電流I0n給Cs線性充電；在t=t3t4期間VDC導通UDS的值保持為

8、Uin +Uc磁化電流以一UcLm 的斜率線性下降到零；在t=t4t5期間，Cs中儲存的能量傳遞到磁化電感Lm中去?？赏茖С鲢Q位電壓為： Uc與Uin無關；增大Lm可降低Uc； 增加Cs，可降低Uc；這可通過在VM漏源兩端外并電容來實現(xiàn)但這卻增加了功率開關的容性開通損耗；減小源副邊總漏感L1k可降低Uc，這是降低鉗位電壓的關鍵因素。RCD復位RCD復位法特點優(yōu)點：磁復位電路簡單；功率開關電壓較低；占空比d可大于0.5,適用于寬輸入電壓場合。缺點:大部分磁化能量消耗在鉗位電阻中。因此，它廣泛應用于價廉、效率要求不太高的功率變換場合。有源鉗位為了簡化分析，假設輸出濾波電感L和鉗位電容Ccl足夠大，

9、因此可將它們分別作為電流源和電壓源處理。變壓器用磁化電感Lm 、原副邊總漏感L1k和變比為n：1的理想變壓器表示。每個開關周期分為七個區(qū)間原理波形如右圖所示。t=t0時，功率開關VM開通。VDC與VD2截止VD1開通；t=t1時。功率開關VM關斷，以Ion對電容Cs充電使得UDs增大；t= t2時。UDs=Uin ，VD1關斷，VD2開通，磁化電流對C2 充電即 Lm與Cs 諧振，部分磁化能量轉移到Cs中去；t=t3時，UDs=Uin +Uc1，VDC開通i m以-Uc1Lm 斜率下降，一直到t4 時刻為零，鉗位開關VMC 應在t3t4 期間加上開通信號；t=t4時，i m開始變負，VMc 實

10、現(xiàn)了零電壓開通，i m仍以一UclL m斜率下降，鐵心工作在第三象限；t=t5時，VMc關斷，Lm與Cs開始諧振，C s以負的磁化電流放電，能量回饋到電網及轉移到磁化電感中去；t=t6時，UDS下降到Uin，VD1開通，為i m在副邊續(xù)流提供了通路；t=t7 時，VM再次開通，開始了另一周期。由此可見，鉗位開關VM 實現(xiàn)了零電壓開關(ZVS)，功率開關VM 實現(xiàn)了零電壓關斷，但非零電壓開通。)有源鉗位優(yōu)點：變壓器磁化能量和漏惑能量可重復利用；可利用低壓功率MOSFET和二極管；ZVT-PWM工作方式；占空比d可大于0.5；變壓器鐵心工作在一、三象限雙向對稱磁化，鐵心利用率高，銅損小 缺點：多用一個鉗位開關，增加了驅動電路難度和變換器成本。有源鉗位優(yōu)缺點雙管正激雙管正激雙管正激優(yōu)缺點優(yōu) 點 :加 于