電源基本拓撲形式介紹

電源基本拓撲形式介紹第1頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月單端反激式說明電路工作過程如下：當M1導通時，它在變壓器初級電感線圈中存儲能量，與變壓器次級相連的二極管VD處于反偏壓狀態(tài)，所以二極管VD截止，在變壓器次級無電流流過，即沒有能量傳遞給負載；當M1截止時，變壓器次級電感線圈中的電壓極性反轉(zhuǎn)，使VD導通，給輸出電容C充電，同時負載R上也有電流I流過。2023/8/30第2頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月單端反激式電路原理其變壓器起隔離和傳遞儲存能量的作用，即在開關(guān)管開通時原邊儲存能量，開關(guān)管關(guān)斷時原邊向副邊釋放能量。在輸出端要加由電感器和兩電容組成一個低通濾波器，變壓器初級需有C、R和D組成的RCD漏感尖峰吸收電路。輸出回路需有一個整流二極管D1。由于其變壓器使用有氣隙的磁芯，故其銅損較大，變壓器溫相對較高；其輸出的紋波電壓比較大。但其優(yōu)點就是電路結(jié)構(gòu)簡單，適用于200W以下的電源且多路輸出交調(diào)特性相對較好。2023/8/30第3頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月單端反激式工作原理2023/8/30第4頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月單端反激式工作原理2023/8/30第5頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月反激式變壓器特別提示

變壓器T1除了具有初次極間安全隔離的作用外，還有變壓器扼流圈的作用，所以反激式輸出次級不需要加電感，但在實際中在濾波電容之外加一小電感，用以降低開關(guān)噪聲。2023/8/30第6頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月MOS管參數(shù)/反激開關(guān)電源特點耐壓得選擇：

Vdss=1.5Vin（max）電流的選擇：

Id=2Pout/Vinmin還有幾個重要的參數(shù)：

Rdss、Ciss、Coss等；元器件少、成本低、結(jié)構(gòu)簡單；功率小（一般150W以內(nèi)）、紋波大；開關(guān)承受的電流峰值大，不適合大功率的開關(guān)電源。2023/8/30第7頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月雙管反激變換器2023/8/30第8頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月雙管反激電路原理其變壓器T1起隔離和傳遞儲存能量的作用，即在開關(guān)管Q1、Q2開通時Np儲存能量，開關(guān)管Q1、Q2關(guān)斷時Np向Ns釋放能量，同時Np的漏感將通過D2、D3返回給輸入，可省去RCD漏感尖峰吸收電路。在輸出端要加由電感器Lo和兩Co電容組成一個低通濾波器。輸出回路需有一個整流二極管D1（最好使用恢復(fù)時間快的整流管）。2023/8/30第9頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月雙管反激工作特點在任何工作條件下，為使兩個調(diào)整管所承受的電壓不會超過Vs+Vd(Vs：輸入電壓；Vd:D2、D3的正向壓降，)，D2、D3必須是快恢復(fù)管（當然用超快恢復(fù)管更好）。在反激開始時，儲存在原邊Np的漏電感的能量會經(jīng)D2、D3反饋回輸入，系統(tǒng)能量損失會小，效率高。在與單端反激變換器相比，無需RCD吸收電路；功率器件可選擇較低的耐壓值；功率等級也會很大。2023/8/30第10頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月雙管反激工作特點在輕載時，如果在“開通”周期儲存在變壓器的原邊繞組顯得過多的能量，那么在“關(guān)斷”周期會將過多的能量能量反饋到輸入。兩個調(diào)整管工作狀態(tài)一致，我沒有調(diào)試過這樣電路，根據(jù)調(diào)試過的半橋和雙管正激的電路經(jīng)驗，下管的波形會優(yōu)于上管的波形，在調(diào)試過程中只要觀察下管波形即可（具體可到“調(diào)試經(jīng)驗”中詳見）。我個人建議在大功率等級電源中不可選用此種電路。2023/8/30第11頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）單端正激式這里的L不能缺少：2023/8/30第12頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月單端正激式工作原理單端正激式開關(guān)電源的典型電路如圖四所示。這種電路在形式上與單端反激式電路相似，但工作情形不同。當開關(guān)管VT1導通時，VD2也導通，這時電網(wǎng)向負載傳送能量，濾波電感Ｌ儲存能量；當開關(guān)管VT1截止時，電感Ｌ通過續(xù)流二極管VD3繼續(xù)向負載釋放能量。在電路中還設(shè)有鉗位線圈與二極管VD2，它可以將開關(guān)管VT1的最高電壓限制在兩倍電源電壓之間。為滿足磁芯復(fù)位條件，即磁通建立和復(fù)位時間應(yīng)相等，所以電路中脈沖的占空比不能大于５０％。由于這種電路在開關(guān)管VT1導通時，通過變壓器向負載傳送能量，所以輸出功率范圍大，可輸出50－200Ｗ的功率。電路使用的變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積也較大，正因為這個原因，這種電路的實際應(yīng)用較少。2023/8/30第13頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月單端正激式電路原理其變壓器起隔離和變壓的作用，在輸出端要加一個電感器（續(xù)流電感）起能量的儲存及傳遞作用，變壓器初級需有復(fù)位繞組。在實際使用中，此繞組一般用RCD吸收電路取代，如果芯片的輔助電源用反激供給則也可削去調(diào)整管的部分峰值電壓（相當一部份復(fù)位繞組）。輸出回路需有一個整流二極管D1和一個續(xù)流二極管D2。由于其變壓器使用無氣隙的磁芯，故其銅損較小，變壓器溫升較低。并且其輸出的紋波電壓較小。2023/8/30第14頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月單端正激式兩個重要公式開關(guān)管的峰值電流：

Ip=2.8Pout/Vinmin開關(guān)管承受的峰值電壓：

Vsw=2Vin2023/8/30第15頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月單端正激式工作原理2023/8/30第16頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月單端正激式工作原理2023/8/30第17頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月單端正激式波形2023/8/30第18頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月單端正激式工作原理5復(fù)位繞組說明：開關(guān)閉合時，W3和D3使勵磁為零，W3電流下降到零的時間trst；開關(guān)關(guān)斷時，其時間必須大于trst，以保證下次開關(guān)（勵磁為零），變壓器得到可靠的復(fù)位；

trst=（N3/N1）×Ton

此時輸入與輸出電壓比為：

Uo/Ui=（N2/N1）×Ton/T=（N2/N1）×Dmax

此時開關(guān)管承受的電壓為：

Us=（1+N1/N3）×Ui

此時開關(guān)管承受的峰值電流為：

Ip=6.2Pout/Vin2023/8/30第19頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月推挽拓撲基本電路2023/8/30第20頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月大家認為這是不是推挽電路?2023/8/30第21頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月推挽電路工作原理其變壓器T1起隔離和傳遞能量的作用。在開關(guān)管Q1開通時，變壓器T1的Np1繞組工作并耦合到付邊Ns1繞組，開關(guān)管Q關(guān)斷時Np向Ns釋放能量；反之亦然。在輸出端由續(xù)流電感器Lo和D1、D2付邊整流電路。開關(guān)管兩端應(yīng)加一RC組成的開關(guān)管關(guān)斷時所產(chǎn)生的尖峰吸收電路2023/8/30第22頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月推挽電路工作特點在任何工作條件下，調(diào)整管都承受的兩倍的輸入電壓。所以此電路多用于大功率等級的DC/DC電源中，這樣才有利于選材料。此電路與半橋式變換器一樣，也存在一定的磁偏問題2023/8/30第23頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月推挽工作方式重要公式開關(guān)管的峰值電流：

Ip=Pout/η×Dmax×Vinmin2023/8/30第24頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月推挽式工作（模式1）2023/8/30第25頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月推挽式工作（模式2）2023/8/30第26頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月推挽式工作（模式3）2023/8/30第27頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月推挽式工作（模式4）2023/8/30第28頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月推挽式工作原理說明

在一個周期內(nèi)有4個開關(guān)狀態(tài)，其中2和4是完全相同的，這兩個S1和S2是交替導通的，會在W1和W1`上形成相位相反的交流電壓；

1）S1通，D1通，L電流上升；

2）S2通，D2通，L電流上升；

3）S1和S2都斷，D1和D2都通，各分擔一半的電流，L電流下降，S1和S2承受的關(guān)斷電壓為2Ui；2023/8/30第29頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月推挽式工作原理波形圖2023/8/30第30頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月推挽式工作原理波形圖說明1）t0-t1：S1通，D1通，電流通過W2-D1-L1-R1，電感電流上升；2）t1-t2：所有開關(guān)斷開，W1電流為零，電感經(jīng)過D1、D2續(xù)流，各占電感電流的一半，電感L上的電流逐漸下降；3）t2-t3：S2通，D2通，電流通過W2`-D2-L1-R1，電感電流上升；4）t3-t4：過程與2）相同。推挽式電源特征：MOS管要承受兩倍的峰值電壓；變壓器要存在磁飽和的問題；2023/8/30第31頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月半橋式2023/8/30第32頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月半橋式工作原理示意圖2023/8/30第33頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月半橋式工作原理示意圖2023/8/30第34頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月半橋式工作原理示意圖2023/8/30第35頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月半橋式工作原理示意圖2023/8/30第36頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月半橋式工作原理說明工作原理：變壓器的一次側(cè)兩端分別接電容C1、C2、和S1、S2相連，C1和C2的電壓分別為Ui/2；

S1和S2交替導通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為Ui/2的交替電壓，改變占空比Dmax，可以改變二次整流電壓Ud的平均值，從而改變輸出電壓Uo，S1和S2斷開承受的電壓為Ui。2023/8/30第37頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月半橋式工作原理波形2023/8/30第38頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月半橋式電源的特征由于電容C的隔直，這樣開關(guān)不對稱導通時間造成原邊電壓的直流分量有制動平衡的作用，因此電路不易發(fā)生變壓器偏磁和直流飽和問題；為造成開關(guān)管同時導通損壞開關(guān)管，占空比Dmax應(yīng)小于50%；此拓撲形式變壓器利用率高，沒有偏磁；此拓撲可以做到上百瓦~數(shù)千瓦的電源；但此電路為得到相同的功率，則開關(guān)管需流過2倍的電流。2023/8/30第39頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月半橋式兩個重要公式原邊峰值電流：

Ip=3.13Pout/Vinmin

原邊電流的有效值；

Irms=2.79Pout/Vinmin2023/8/30第40頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月全橋式2023/8/30第41頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月全橋式電路兩個重要公式原邊峰值電流：

Ip=1.56Pout/Vinmin原邊電流的有效值：

Irms=1.4Pout/Vinmin2023/8/30第42頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月幾種常用的電路形式電路功率復(fù)雜程度1、RCC1-40W低；2、反激1-100W低；3、正激1-200W中；4、推挽200-500W中；5、半橋200-500W高；6、全橋500-2000W很高。2023/8/30第43頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月各種不同的間接直流變流電路的比較電路優(yōu)點缺點功率范圍應(yīng)用領(lǐng)域正激電路較簡單，成本低，可靠性高，驅(qū)動電路簡單變壓器單向激磁，利用率低幾百W~幾kW各種中、小功率電源反激電路非常簡單，成本很低，可靠性高，驅(qū)動電路簡單難以達到較大的功率，變壓器單向激磁，利用率低幾W~幾十W小功率電子設(shè)備、計算機設(shè)備、消費電子設(shè)備電源。全橋變壓器雙向勵磁，容易達到大功率結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，有直通問題，可靠性低，需要復(fù)雜的多組隔