帶隔離變壓器的直流變換器

會(huì)計(jì)學(xué)1帶隔離變壓器的直流變換器2單端反激式變換器(Flyback)(1)電路構(gòu)成T、Q、D、C、QON時(shí):D截止，電感儲(chǔ)能QOFF時(shí):D導(dǎo)通，電感釋能(2)工作過(guò)程能量不能突變：磁通不能突變電感電流不能突變第1頁(yè)/共40頁(yè)3單端反激式變換器QON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(xiàn)性的，則第2頁(yè)/共40頁(yè)4單端反激式變換器QOFF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L2是線(xiàn)性的，則第3頁(yè)/共40頁(yè)5

磁通：垂直于某一面積所通過(guò)的磁力線(xiàn)總數(shù)磁物理量

定義：

磁場(chǎng)強(qiáng)度H：描述磁場(chǎng)的力的性質(zhì)的物理量，完全只是反映磁場(chǎng)來(lái)源的屬性，與磁介質(zhì)沒(méi)有關(guān)系

磁感應(yīng)強(qiáng)度B：是描述磁場(chǎng)的力的性質(zhì)的物理量，反映磁場(chǎng)來(lái)源的屬性，與磁介質(zhì)的屬性

磁導(dǎo)率μ：表征磁介質(zhì)磁性的物理量

關(guān)系式

在變壓器中，而第4頁(yè)/共40頁(yè)6()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第5頁(yè)/共40頁(yè)7單端反激式變換器的同名端變化對(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！第6頁(yè)/共40頁(yè)8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?jī)?chǔ)存在變壓器磁芯中

問(wèn)題：當(dāng)晶體管關(guān)斷時(shí)，沒(méi)有磁場(chǎng)泄放回路，會(huì)造成過(guò)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Ｄ2第7頁(yè)/共40頁(yè)9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無(wú)法隔離變壓器無(wú)法實(shí)現(xiàn)磁復(fù)位第8頁(yè)/共40頁(yè)10正激式變換器(1)電路構(gòu)成T、Q、LCD1、D2、D3第9頁(yè)/共40頁(yè)11正激式變換器QON時(shí):D1導(dǎo)通，傳遞能量QOFF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(lèi)似變壓器次級(jí)輸出端：（2）工作過(guò)程

輸入輸出關(guān)系式中，變比n＝N1/N2第10頁(yè)/共40頁(yè)12第11頁(yè)/共40頁(yè)13

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，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第12頁(yè)/共40頁(yè)14

電路結(jié)構(gòu)：

原邊：兩橋臂：C1Q1、C2Q2C1C2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/2第13頁(yè)/共40頁(yè)15工作模態(tài)1Q1導(dǎo)通時(shí)：（ton）原邊：C1放電，C2充電u1＝＋Ui/2，uQ2＝＋Ui副邊：D1導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能，電容充電u2＝＋nUi/2，uD2＝－nUi第14頁(yè)/共40頁(yè)16工作模態(tài)2Q1關(guān)斷，Q2未導(dǎo)通時(shí):(tof)原邊：沒(méi)有電流uQ1＝uQ2＝＋Ui/2副邊：D1D2同時(shí)導(dǎo)通，各自承擔(dān)電感電流的一半，電感釋能第15頁(yè)/共40頁(yè)17工作模態(tài)3Q2導(dǎo)通時(shí)：（ton）原邊：C2放電，C1充電u1＝-Ui/2，uQ1＝＋Ui副邊：D2導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能，電容充電u3＝-nUi/2，uD1＝－nUi第16頁(yè)/共40頁(yè)18Q2關(guān)斷，Q1未導(dǎo)通時(shí):(tof)原邊：沒(méi)有電流uQ1＝uQ2＝＋Ui/2副邊：D1D2同時(shí)導(dǎo)通，電感釋能工作模態(tài)4第17頁(yè)/共40頁(yè)19當(dāng)電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，副邊回路應(yīng)滿(mǎn)足即整理得數(shù)量關(guān)系（）結(jié)論：通過(guò)調(diào)節(jié)占空度，可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小第18頁(yè)/共40頁(yè)20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(mén)/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nUiQ1Q2各自的ton不能超過(guò)周期的50%第19頁(yè)/共40頁(yè)21

變壓器不存在直流磁化問(wèn)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(chēng)

若Q1、Q2導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間不對(duì)稱(chēng)

C1、C2的隔直作用，能自動(dòng)平衡不對(duì)稱(chēng)直流分量第20頁(yè)/共40頁(yè)22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濾波電路輸出第21頁(yè)/共40頁(yè)23工作模態(tài)1Q1導(dǎo)通時(shí)：（ton）原邊：u1＝＋Ui，uQ2＝＋2Ui副邊：D1導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能u2＝＋nUi，uD2＝－2nUi第22頁(yè)/共40頁(yè)24工作模態(tài)2Q1關(guān)斷，Q2未導(dǎo)通時(shí):(tof)原邊：沒(méi)有電流uQ1＝uQ2＝＋Ui副邊：D1D2同時(shí)導(dǎo)通，電感釋能第23頁(yè)/共40頁(yè)25Q2導(dǎo)通時(shí)：（ton）原邊：u1＝－Ui，uQ2＝＋2Ui副邊：D2導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能u2＝－nUi，uD1＝－2nUi工作模態(tài)3第24頁(yè)/共40頁(yè)26工作模態(tài)4Q2關(guān)斷，Q1未導(dǎo)通時(shí):(tof)原邊：沒(méi)有電流uQ1＝uQ2＝＋Ui副邊：D1D2同時(shí)導(dǎo)通，電感釋能第25頁(yè)/共40頁(yè)27當(dāng)電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，副邊回路應(yīng)滿(mǎn)足即整理得數(shù)量關(guān)系（）結(jié)論：通過(guò)調(diào)節(jié)占空度，可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小第26頁(yè)/共40頁(yè)28

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2nUiQ1Q2各自的ton不能超過(guò)周期的50%推挽電路工作小結(jié)第27頁(yè)/共40頁(yè)29

在理想情況下，元器件和導(dǎo)通時(shí)間是完全對(duì)稱(chēng)的，那么變壓器中正負(fù)電流也是完全對(duì)稱(chēng)的，變壓器沒(méi)有直流磁化問(wèn)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(chēng)，那么變壓器中的正負(fù)電流也不可能完全對(duì)稱(chēng)，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)第28頁(yè)/共40頁(yè)30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Uce＝2Ui決定值要大，因此推挽電路一般適用于低輸入電壓場(chǎng)合（1）推挽電路必須良好的對(duì)稱(chēng)。如果正負(fù)脈沖寬度或幅值稍有不對(duì)稱(chēng)，或初級(jí)線(xiàn)圈不對(duì)稱(chēng)，就會(huì)產(chǎn)生直流磁化分流－－偏磁而導(dǎo)致鐵心飽和第29頁(yè)/共40頁(yè)31

電路結(jié)構(gòu)：

原邊：變壓器接在兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)副邊：?jiǎn)蜗鄻蚴诫娐?，用LC濾波電路輸出全橋功率電路Q(chēng)1、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°工作原理第30頁(yè)/共40頁(yè)32工作模態(tài)1Q1、4導(dǎo)通時(shí)：（ton）原邊：u1＝＋Ui，uQ2、3＝＋Ui副邊：D1、4導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能u2＝＋nUi，uD2、3＝－nUi第31頁(yè)/共40頁(yè)33工作模態(tài)2Q1、2、3、4都關(guān)斷時(shí)：（tof）原邊：沒(méi)有電流副邊：D1、2、3、4導(dǎo)通，電感釋能u2＝0，iD1、2、3、4＝iL/2第32頁(yè)/共40頁(yè)34工作模態(tài)3Q2、3導(dǎo)通時(shí)：（ton）原邊：u1＝-Ui，uQ1、4＝＋Ui副邊：D2、3導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能u2＝-nUi，uD1、4＝－nUi第33頁(yè)/共40頁(yè)35工作模態(tài)4Q1、2、3、4都關(guān)斷時(shí)：（tof）原邊：沒(méi)有電流副邊：D1、2、3、4導(dǎo)通，電感釋能u2＝0，iD1、2、3、4＝iL/2第34頁(yè)/共40頁(yè)36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(mǎn)足整理得（）結(jié)論：通過(guò)調(diào)節(jié)占空度，可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小第35頁(yè)/共40頁(yè)37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nUiQ1Q2各自的ton不能超過(guò)周期的50%第36頁(yè)/共40頁(yè)38

在理想情況下，元器件和導(dǎo)通時(shí)間是完全對(duì)稱(chēng)的，那么變壓器中正負(fù)電流也是完全對(duì)稱(chēng)的，變壓器沒(méi)有直流磁化問(wèn)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(chēng)，那么變壓