帶隔離變壓器的直流變換器

1、帶隔離變壓器的直流變換器第1頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三單端反激式變換器(Flyback)(1)電路構(gòu)成T、Q、D、C、Q ON時(shí): D截止，電感儲(chǔ)能Q OFF時(shí): D導(dǎo)通，電感釋能(2)工作過程能量不能突變：磁通不能突變電感電流不能突變2第2頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三單端反激式變換器 Q ON時(shí):同名端為“+”，D截止電感變壓器作電感運(yùn)行電感儲(chǔ)能輸出負(fù)載由電容提供能量若電感L1是線性的，則3第3頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三單端反激式變換器 Q OFF時(shí):同名端為“-”D導(dǎo)通電感儲(chǔ)存能量向電容和負(fù)載提供若電感

2、L2是線性的，則4第4頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三 磁通 ：垂直于某一面積所通過的磁力線總數(shù)磁物理量 定義： 磁場強(qiáng)度H：描述磁場的力的性質(zhì)的物理量，完全只 是反映磁場來源的屬性，與磁介質(zhì)沒有關(guān)系 磁感應(yīng)強(qiáng)度B：是描述磁場的力的性質(zhì)的物理量 ，反映磁場來源的屬性，與磁介質(zhì)的屬性 磁導(dǎo)率：表征磁介質(zhì)磁性的物理量 關(guān)系式 在變壓器中，而5第5頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三( )單端反激式變換器狀態(tài)分析在穩(wěn)態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)換瞬間磁通連續(xù)：此外，電感與匝數(shù)的平方成正比代入前式6第6頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三單端反激式變換器的同

3、名端變化對(duì)于反激式變換器，在一個(gè)周期內(nèi)，可以自動(dòng)完成磁復(fù)位。如果將反激式變換器的變壓器同名端改為相同端，則不能完成磁復(fù)位！7第7頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三變壓器的磁復(fù)位 在晶體管導(dǎo)通時(shí)，輸入電流包含負(fù)載電流折射分量i2和磁化電流分量im 磁化電流im將能量儲(chǔ)存在變壓器磁芯中 問題：當(dāng)晶體管關(guān)斷時(shí)，沒有磁場泄放回路，會(huì)造成過大的電壓應(yīng)力；并且導(dǎo)致鐵心飽和,危害功率器件 解決方法：變壓器額外加上復(fù)位繞組N3和二極管28第8頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三正激式變換器的電路變化BUCK變換器帶變壓器隔離BUCK變換器帶磁復(fù)位正激式變換器輸入輸出間

4、無法隔離變壓器無法實(shí)現(xiàn)磁復(fù)位9第9頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三正激式變換器(1)電路構(gòu)成 T、Q、LC D1、D2、D310第10頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三正激式變換器 Q ON時(shí): D1導(dǎo)通，傳遞能量 Q OFF時(shí): D1截止，磁復(fù)位，D3續(xù)流實(shí)際上和降壓變壓器工作方式類似變壓器次級(jí)輸出端：（2）工作過程 輸入輸出關(guān)系式中，變比nN1/N211第11頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三12第12頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三 特點(diǎn):變壓器雙向磁化，利用率高，輸出交流脈沖 常用電路有:推挽，

5、半橋，橋式 適合DC/AC ，DC/DC，中大功率 應(yīng)用：交流電機(jī)調(diào)速，UPS，DC/DC電源等多晶體管功率變換器13第13頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三 電路結(jié)構(gòu)： 原邊： 兩橋臂：C1Q1、C2Q2 C1C2是兩個(gè)大容量電容半橋電路副邊： N2N3匝數(shù)相等 全波整流電路：（兩橋臂）D1、D2； 用LC濾波電路輸出 假設(shè)：由于C1、C2容量較大，可近似認(rèn)為電容中點(diǎn)電位為Ui/214第14頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三工作模態(tài)1 Q1導(dǎo)通時(shí)：（ton）原邊：C1放電，C2充電u1Ui/2，uQ2Ui副邊：D1導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能，電容充電u2nUi

6、/2，uD2nUi15第15頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三工作模態(tài)2 Q1關(guān)斷，Q2未導(dǎo)通時(shí):(tof)原邊：沒有電流uQ1uQ2Ui/2副邊：D1D2同時(shí)導(dǎo)通，各自承擔(dān)電感電流的一半，電感釋能16第16頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三工作模態(tài)3 Q2導(dǎo)通時(shí)：（ton）原邊：C2放電，C1充電u1-Ui/2，uQ1Ui副邊：D2導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能，電容充電u3-nUi/2，uD1nUi17第17頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三 Q2關(guān)斷，Q1未導(dǎo)通時(shí):(tof)原邊：沒有電流uQ1uQ2Ui/2副邊：D1D2同時(shí)導(dǎo)通，電感釋

7、能工作模態(tài)418第18頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三當(dāng)電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，副邊回路應(yīng)滿足即整理得數(shù)量關(guān)系（ ）結(jié)論：通過調(diào)節(jié)占空度，可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小19第19頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三半橋電路工作狀態(tài)小結(jié) 原邊： Q1、Q2交替導(dǎo)通，在u1側(cè)得到幅值為Ui/2的交流電壓 C1、C2充放電時(shí)間各為T/2 副邊是一個(gè)全波電路，用LC濾波電路輸出 D1、D2輪流工作，當(dāng)Q1和Q2都關(guān)斷時(shí)，D1D2各自承擔(dān)電感電流的一半 晶體管承受的最高電壓為Ui，二極管承受的最高電壓為nUi Q1Q2各自的ton不能超過周期的50%20第20頁，共40頁，2

8、022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三 變壓器不存在直流磁化問題半橋電路工作狀態(tài)小結(jié)若Q1、Q2導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間對(duì)稱 若Q1、Q2導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間不對(duì)稱 C1、C2的隔直作用，能自動(dòng)平衡不對(duì)稱直流分量21第21頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三推挽功率電路 電路結(jié)構(gòu)： 原邊： 具有中間抽頭的變壓器副邊： 全波整流電路：（兩橋臂）D1、D2； 用LC濾波電路輸出22第22頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三工作模態(tài)1 Q1導(dǎo)通時(shí)：（ton）原邊：u1Ui，uQ22Ui副邊：D1導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能u2nUi，uD22nUi23第23頁，共40頁，2022年，5月20

9、日，5點(diǎn)17分，星期三工作模態(tài)2 Q1關(guān)斷，Q2未導(dǎo)通時(shí):(tof)原邊：沒有電流uQ1uQ2Ui副邊：D1D2同時(shí)導(dǎo)通，電感釋能24第24頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三 Q2導(dǎo)通時(shí)：（ton）原邊：u1Ui，uQ22Ui副邊：D2導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能u2nUi，uD12nUi工作模態(tài)325第25頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三工作模態(tài)4 Q2關(guān)斷，Q1未導(dǎo)通時(shí):(tof)原邊：沒有電流uQ1uQ2Ui副邊：D1D2同時(shí)導(dǎo)通，電感釋能26第26頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三當(dāng)電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，副邊回路應(yīng)滿足即整理得數(shù)量關(guān)系（

10、）結(jié)論：通過調(diào)節(jié)占空度，可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小27第27頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三 原邊： Q1、Q2交替導(dǎo)通，在u1側(cè)得到幅值為Ui的交流電壓 副邊是一個(gè)全波電路，用LC濾波電路輸出 D1、D2輪流工作，當(dāng)Q1和Q2都關(guān)斷時(shí)，D1D2各自承擔(dān)電感電流的一半 晶體管承受的最高電壓為2Ui，二極管承受的最高電壓為2nUi Q1Q2各自的ton不能超過周期的50%推挽電路工作小結(jié)28第28頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三 在理想情況下，元器件和導(dǎo)通時(shí)間是完全對(duì)稱的，那么變壓器中正負(fù)電流也是完全對(duì)稱的，變壓器沒有直流磁化問題 在實(shí)際情況中，導(dǎo)通時(shí)

11、間和元器件不可能完全對(duì)稱，那么變壓器中的正負(fù)電流也不可能完全對(duì)稱，因此會(huì)存在直流分量，造成磁路飽和，解決辦法：可以在原邊回路中串聯(lián)一個(gè)電容，以阻斷直流電流推挽電路工作小結(jié)29第29頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三推挽電路對(duì)變壓器的要求（2）原邊除了與副邊良好耦合外，N1與N1之間也必須緊耦合。否則因存在漏感，就會(huì)產(chǎn)生很高的尖峰電壓，使晶體管損壞（3）實(shí)際中N1與N1不可能完全耦合，總有一些漏感，在轉(zhuǎn)換時(shí)引起電壓尖峰，實(shí)際選取晶體管的U（BR）ces比Uce2Ui決定值要大，因此推挽電路一般適用于低輸入電壓場合（1）推挽電路必須良好的對(duì)稱。如果正負(fù)脈沖寬度或幅值稍有不對(duì)稱

12、，或初級(jí)線圈不對(duì)稱，就會(huì)產(chǎn)生直流磁化分流偏磁而導(dǎo)致鐵心飽和30第30頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三 電路結(jié)構(gòu)： 原邊： 變壓器接在兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)副邊： 單相橋式電路， 用LC濾波電路輸出全橋功率電路 Q1、Q4一組，Q2、Q3一組交替導(dǎo)通 兩個(gè)橋臂晶體管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相差180工作原理31第31頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三工作模態(tài)1 Q1、4導(dǎo)通時(shí)：（ton）原邊：u1Ui，uQ2、3Ui副邊：D1、4導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能u2nUi，uD2、3nUi32第32頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三工作模態(tài)2 Q1、2、3、4都關(guān)斷時(shí)

13、：（tof）原邊：沒有電流副邊：D1、2、3、4導(dǎo)通，電感釋能u20，iD1、2、3、4iL/233第33頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三工作模態(tài)3 Q2、3導(dǎo)通時(shí)：（ton）原邊：u1-Ui，uQ1、4Ui副邊：D2、3導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能u2-nUi，uD1、4nUi34第34頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三工作模態(tài)4 Q1、2、3、4都關(guān)斷時(shí)：（tof）原邊：沒有電流副邊：D1、2、3、4導(dǎo)通，電感釋能u20，iD1、2、3、4iL/235第35頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三數(shù)量關(guān)系當(dāng)電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，副邊回路應(yīng)滿足整理得

14、（ ）結(jié)論：通過調(diào)節(jié)占空度，可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小36第36頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三全橋功率電路工作小結(jié) 原邊： Q1、Q2交替導(dǎo)通，在u1側(cè)得到幅值為Ui的交流電壓 副邊是一個(gè)全波電路，用LC濾波電路輸出 D1、D2輪流工作，當(dāng)Q1和Q2都關(guān)斷時(shí)，D1D2各自承擔(dān)電感電流的一半 晶體管承受的最高電壓為Ui，二極管承受的最高電壓為nUi Q1Q2各自的ton不能超過周期的50%37第37頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)17分，星期三 在理想情況下，元器件和導(dǎo)通時(shí)間是完全對(duì)稱的，那么變壓器中正負(fù)電流也是完全對(duì)稱的，變壓器沒有直流磁化問題 在實(shí)際情況中，導(dǎo)通時(shí)間和元器件不可能完全對(duì)稱，那么變壓器中的正負(fù)電流也不可能完全對(duì)稱，因此會(huì)存在直流分量，造成磁路飽和，解決辦法：可以在原邊回路中串聯(lián)一個(gè)電