带隔离变压器的直流变换器-PPT.ppt

带隔离变压器的直流变换器单端反激式变换器单端反激式变换器(Flyback)(Flyback)(1)(1)电路构成电路构成T T、Q Q、D D、C C、Q ONQ ON时时:D:D截止，电感储能截止，电感储能Q OFFQ OFF时时:D:D导通，电感释能导通，电感释能(2)(2)工作过程工作过程能量不能突变：能量不能突变：磁通不能突变磁通不能突变电感电流不能突变电感电流不能突变2单端反激式变换器单端反激式变换器 Q ON Q ON时时:同名端为同名端为“+”+”，D D截止截止电感变压器作电感运行电感变压器作电感运行电感储能电感储能输出负载由电容提供能量输出负载由电容提供能量若电感若电感L L1 1是线性的，则是线性的，则3单端反激式变换器单端反激式变换器 Q OFF Q OFF时时:同名端为同名端为“-”-”D D导通导通电感储存能量向电容和电感储存能量向电容和负载提供负载提供若电感若电感L L2 2是线性的，则是线性的，则4 磁通磁通 ：垂直于某一面积所通过的磁力线总数：垂直于某一面积所通过的磁力线总数磁物理量磁物理量n 定义：定义：磁场强度磁场强度H H：描述磁场的力的性质的物理量，完全只：描述磁场的力的性质的物理量，完全只 是反映磁场来源的属性，与磁介质没有关系是反映磁场来源的属性，与磁介质没有关系 磁感应强度磁感应强度B B：是描述磁场的力的性质的物理量：是描述磁场的力的性质的物理量 ，反，反映磁场来源的属性，与磁介质的属性映磁场来源的属性，与磁介质的属性 磁导率磁导率：表征磁介质磁性的物理量：表征磁介质磁性的物理量n 关系式关系式n 在变压器中，在变压器中，而而5()单端反激式变换器状态分析单端反激式变换器状态分析在稳态时，转换瞬间磁通连续：在稳态时，转换瞬间磁通连续：此外，电感与匝数的平方成正比此外，电感与匝数的平方成正比代入前式代入前式6单端反激式变换器的同名端变化单端反激式变换器的同名端变化对于反激式变换器，在一个对于反激式变换器，在一个周期内，可以自动完成磁复周期内，可以自动完成磁复位。位。如果将反激式变换器的变压如果将反激式变换器的变压器同名端改为相同端，则不器同名端改为相同端，则不能完成磁复位！能完成磁复位！7大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流8变压器的磁复位变压器的磁复位n 在晶体管导通时，输入电流包含负载电流折射在晶体管导通时，输入电流包含负载电流折射分量分量i i2 2和磁化电流分量和磁化电流分量i im mn 磁化电流磁化电流i im m将能量储存在变将能量储存在变压器磁芯中压器磁芯中n 问题：当晶体管关断时，没有磁场泄放回路，会问题：当晶体管关断时，没有磁场泄放回路，会造成过大的电压应力；并且导致铁心饱和造成过大的电压应力；并且导致铁心饱和,危害功率危害功率器件器件n 解决方法：变压器额外加上复位绕组解决方法：变压器额外加上复位绕组N3N3和二极和二极管管2 29正激式变换器的电路变化正激式变换器的电路变化BUCKBUCK变换器变换器带变压器隔离带变压器隔离BUCKBUCK变换器变换器带磁复位正激式变换器带磁复位正激式变换器输入输出间输入输出间无法隔离无法隔离变压器无法变压器无法实现磁复位实现磁复位10正激式变换器正激式变换器(1)(1)电路构成电路构成 T T、Q Q、LCLC D1 D1、D2D2、D3D311正激式变换器正激式变换器 Q ON Q ON时时:D1:D1导通，传递能量导通，传递能量 Q OFF Q OFF时时:D1:D1截止，磁复位，截止，磁复位，D3D3续流续流实际上和降压变压器工作方式类似实际上和降压变压器工作方式类似变压器次级变压器次级输出端：输出端：（2 2）工作过程）工作过程n 输入输出关系输入输出关系式中，变比式中，变比n nN1/N2N1/N21213n 特点特点:变压器双向磁化，利用率高，输出交变压器双向磁化，利用率高，输出交流脉冲流脉冲n 常用电路有常用电路有:推挽，半桥，桥式推挽，半桥，桥式n 适合适合DC/AC DC/AC，DC/DCDC/DC，中大功率，中大功率n 应用：交流电机调速，应用：交流电机调速，UPSUPS，DC/DCDC/DC电源等电源等多晶体管功率变换器14n n 电路结构：电路结构：原边：原边：原边：原边：两桥臂：两桥臂：两桥臂：两桥臂：C1Q1C1Q1C1Q1C1Q1、C2Q2C2Q2C2Q2C2Q2 C1C2 C1C2 C1C2 C1C2是两个大容量电容是两个大容量电容是两个大容量电容是两个大容量电容半桥电路半桥电路副边：副边：副边：副边：N2N3N2N3N2N3N2N3匝数相等匝数相等匝数相等匝数相等 全波整流电路：（两桥臂）全波整流电路：（两桥臂）全波整流电路：（两桥臂）全波整流电路：（两桥臂）D1D1D1D1、D2D2D2D2；用用用用LCLCLCLC滤波电路输出滤波电路输出滤波电路输出滤波电路输出n 假设：假设：由于由于C1C1、C2C2容量较大，可近似认为电容中点电容量较大，可近似认为电容中点电位为位为Ui/2Ui/215工作模态工作模态1 1 Q1 Q1导通时导通时：（：（t tonon）原边：原边：C1C1放电，放电，C2C2充电充电u u1 1U Ui i/2/2，u uQ2Q2U Ui i副边：副边：D1D1导通，电感储能，电导通，电感储能，电容充电容充电u u2 2nUnUi i/2/2，u uD2D2nUnUi i16工作模态工作模态2 2 Q1 Q1关断，关断，Q2Q2未导通时未导通时:(tof:(tof)原边：没有电流原边：没有电流u uQ1Q1u uQ2Q2U Ui i/2/2副边：副边：D1D2D1D2同时导通，各自承同时导通，各自承担电感电流的一半，电感释能担电感电流的一半，电感释能17工作模态工作模态3 3 Q2 Q2导通时导通时：（：（t tonon）原边：原边：C2C2放电，放电，C1C1充电充电u u1 1-U-Ui i/2/2，u uQ1Q1U Ui i副边：副边：D2D2导通，电感储能，电导通，电感储能，电容充电容充电u u3 3-nU-nUi i/2/2，u uD1D1nUnUi i18 Q2 Q2关断，关断，Q1Q1未导通时未导通时:(tof:(tof)原边：没有电流原边：没有电流u uQ1Q1u uQ2Q2U Ui i/2/2副边：副边：D1D2D1D2同时导通，电感释能同时导通，电感释能工作模态工作模态4 419当电路稳态工作时，副边回路应满足当电路稳态工作时，副边回路应满足即即整理得整理得数量关系数量关系（）结论：通过调节占空度，可以调节输出电压的大小结论：通过调节占空度，可以调节输出电压的大小20半桥电路工作状态小结半桥电路工作状态小结n 原边：原边：Q1Q1、Q2Q2交替导通，在交替导通，在u1u1侧得到幅值为侧得到幅值为Ui/2Ui/2的的交流电压交流电压 C1C1、C2C2充放电时间各为充放电时间各为T/2T/2n 副边是一个全波电路，用副边是一个全波电路，用LCLC滤波电路输出滤波电路输出 D1D1、D2D2轮流工作，当轮流工作，当Q1Q1和和Q2Q2都关断时，都关断时，D1D2D1D2各各自承担电感电流的一半自承担电感电流的一半n 晶体管承受的最高电压为晶体管承受的最高电压为UiUi，二极管承受的最，二极管承受的最高电压为高电压为nUinUin Q1Q2 Q1Q2各自的各自的tonton不能超过周期的不能超过周期的50%50%21n 变压器不存在直流磁化问题变压器不存在直流磁化问题半桥电路工作状态小结半桥电路工作状态小结若若Q1Q1、Q2Q2导通关断时间对称导通关断时间对称 若若Q1Q1、Q2Q2导通关断时间不对称导通关断时间不对称 C1C1、C2C2的隔直作用，能自动平衡不对称直流分量的隔直作用，能自动平衡不对称直流分量22推挽功率电路推挽功率电路n n 电路结构：电路结构：原边：原边：原边：原边：具有中间抽头的变压器具有中间抽头的变压器具有中间抽头的变压器具有中间抽头的变压器副边：副边：副边：副边：全波整流电路：（两桥臂）全波整流电路：（两桥臂）全波整流电路：（两桥臂）全波整流电路：（两桥臂）D1D1D1D1、D2D2D2D2；用用用用LCLCLCLC滤波电路输出滤波电路输出滤波电路输出滤波电路输出23工作模态工作模态1 1 Q1 Q1导通时导通时：（：（t tonon）原边：原边：u u1 1U Ui i，u uQ2Q22U2Ui i副边：副边：D1D1导通，电感储能导通，电感储能u u2 2nUnUi i，u uD2D22nU2nUi i24工作模态工作模态2 2 Q1 Q1关断，关断，Q2Q2未导通时未导通时:(tof:(tof)原边：没有电流原边：没有电流u uQ1Q1u uQ2Q2U Ui i副边：副边：D1D2D1D2同时导通，电感释能同时导通，电感释能25 Q2 Q2导通时导通时：（：（t tonon）原边：原边：u u1 1U Ui i，u uQ2Q22U2Ui i副边：副边：D2D2导通，电感储能导通，电感储能u u2 2nUnUi i，u uD1D12nU2nUi i工作模态工作模态3 326工作模态工作模态4 4 Q2 Q2关断，关断，Q1Q1未导通时未导通时:(tof:(tof)原边：没有电流原边：没有电流u uQ1Q1u uQ2Q2U Ui i副边：副边：D1D2D1D2同时导通，电感释同时导通，电感释能能27当电路稳态工作时，副边回路应满足当电路稳态工作时，副边回路应满足即即整理得整理得数量关系数量关系（）结论：通过调节占空度，可以调节输出电压的大小结论：通过调节占空度，可以调节输出电压的大小28n 原边：原边：Q1Q1、Q2Q2交替导通，在交替导通，在u1u1侧得到幅值为侧得到幅值为UiUi的交的交流电压流电压n 副边是一个全波电路，用副边是一个全波电路，用LCLC滤波电路输出滤波电路输出 D1D1、D2D2轮流工作，当轮流工作，当Q1Q1和和Q2Q2都关断时，都关断时，D1D2D1D2各各自承担电感电流的一半自承担电感电流的一半n 晶体管承受的最高电压为晶体管承受的最高电压为2Ui2Ui，二极管承受的，二极管承受的最高电压为最高电压为2nUi2nUin Q1Q2 Q1Q2各自的各自的tonton不能超过周期的不能超过周期的50%50%推挽电路工作小结推挽电路工作小结29n 在理想情况下，元器件和导通时间是完全对称的，那在理想情况下，元器件和导通时间是完全对称的，那么变压器中正负电流也是完全对称的，变压器没有直流么变压器中正负电流也是完全对称的，变压器没有直流磁化问题磁化问题n 在实际情况中，导通时间和元器件不可能完全对称，那在实际情况中，导通时间和元器件不可能完全对称，那么变压器中的正负电流也不可能完全对称，因此会存在直么变压器中的正负电流也不可能完全对称，因此会存在直流分量，造成磁路饱和，解决办法：可以在原边回路中串流分量，造成磁路饱和，解决办法：可以在原边回路中串联一个电容，以阻断直流电流联一个电容，以阻断直流电流推挽电路工作小结推挽电路工作小结30推挽电路对变压器的要求推挽电路对变压器的要求（2 2）原边除了与副边良好耦合外，）原边除了与副边良好耦合外，N1N1与与N1N1之间之间也必须紧耦合。否则因存在漏感，就会产生很高的也必须紧耦合。否则因存在漏感，就会产生很高的尖峰电压，使晶体管损坏尖峰电压，使晶体管损坏（3 3）实际中）实际中N1N1与与N1N1不可能完全耦合，总有一些不可能完全耦合，总有一些漏感，在转换时引起电压尖峰，实际选取晶体管的漏感，在转换时引起电压尖峰，实际选取晶体管的U U（BRBR）cesces比比U Ucece2Ui2Ui决定值要大，因此推挽电路一般决定值要大，因此推挽电路一般适用于低输入电压场合适用于低输入电压场合（1 1）推挽电路必须良好的对称。如果正负脉冲宽）推挽电路必须良好的对称。如果正负脉冲宽度或幅值稍有不对称，或初级线圈不对称，就会度或幅值稍有不对称，或初级线圈不对称，就会产生直流磁化分流偏磁而导致铁心饱和产生直流磁化分流偏磁而导致铁心饱和31n n 电路结构：原边：原边：原边：原边：变压器接在两个桥臂的中点变压器接在两个桥臂的中点变压器接在两个桥臂的中点变压器接在两个桥臂的中点副边：副边：副边：副边：单相桥式电路，单相桥式电路，单相桥式电路，单相桥式电路，用用用用LCLCLCLC滤波电路输出滤波电路输出滤波电路输出滤波电路输出全桥功率电路 Q1 Q1、Q4Q4一组，一组，Q2Q2、Q3Q3一一组交替导通组交替导通 两个桥臂晶体管的驱动两个桥臂晶体管的驱动信号相差信号相差180180n工作原理32工作模态工作模态1 1 Q1 Q1、4 4导通时导通时：（：（t tonon）原边：原边：u u1 1U Ui i，u uQ2Q2、3 3U Ui i副边：副边：D1D1、4 4导通，电感储能导通，电感储能u u2 2nUnUi i，u uD2D2、3 3nUnUi i33工作模态工作模态2 2 Q1 Q1、2 2、3 3、4 4都关断时都关断时：（t tofof）原边：没有电流原边：没有电流副边：副边：D1D1、2 2、3 3、4 4导通，电感导通，电感释能释能u u2 20 0，i iD1D1、2 2、3 3、4 4i iL L/2/234工作模态工作模态3 3 Q2 Q2、3 3导通时导通时：（：（t tonon）原边：原边：u u1 1-U-Ui i，u uQ1Q1、4 4U Ui i副边：副边：D2D2、3 3导通，电感储能导通，电感储能u u2 2-nU-nUi i，u uD1D1、4 4nUnUi i35工作模态工作模态4 4 Q1 Q1、2 2、3 3、4 4都关断时都关断时：（：（t tofof）原边：没有电流原边：没有电流副边：副边：D1D1、2 2、3 3、4 4导通，电感导通，电感释能释能u u2 20 0，i iD1D1、2 2、3 3、4 4i iL L/2/236数量关系数量关系当电路稳态工作时，副边回路应满足当电路稳态工作时，副边回路应满足整理得整理得（）结论：通过调节占空度，可以调节输出电压的大小结论：通过调节占空度，可以调节输出电压的大小37全桥功率电路工作小结全桥功率电路工作小结n 原边：原边：Q1Q1、Q2Q2交替导通，在交替导通，在u1u1侧得到幅值为侧得到幅值为UiUi的交的交流电压流电压n 副边是一个全波电路，用副边是一个全波电路，用LCLC滤波电路输出滤波电路输出 D1D1、D2D2轮流工作，当轮流工作，当Q1Q1和和Q2Q2都关断时，都关断时，D1D2D1D2各各自承担电感电流的一半自承担电感电流的一半n 晶体管承受的最高电压为晶体管承受的最高电压为UiUi，二极管承受的最，二极管承受的最高电压为高电压为nUinUin Q1Q2 Q1Q2各自的各自的tonton不能超过周期的不能超过周期的50%50%38n 在理想情况下，元器件和导通时间是完全对称的，那在理想情况下，元器件和导通时间是完全对称的，那么变压器中正负电流也是完全对称的，变压器没有直流么变压器中正负电流也是完全对称的，变压器没有直流磁化问题磁化问题n 在实际情况中，导通时间和元器件不可能完全对称，那在实际情况中，导通时间和元器件不可能完全对称，那么变压器中的正负电流也不可能完全对称，因此会存在直么变压器中的正负电流也不可能完全对称，因此会存在直流分量，造成磁路饱和，解决办法：可以在原边回路中串流分量，造成磁路饱和，解决办法：可以在原边回路中串联一个电容，以阻断直流电流联一个电容，以阻断直流电流全桥功率电路工作小结全桥功率电路工作小结39单相功率电路比较单相功率电路比较晶体管承受电压：全桥晶体管承受电压：全桥=半桥半桥=Ui=Ui，推挽，推挽=2Ui=2Ui若输出相同功率，晶体管流过电流：若输出相同功率，晶体管流过电流：全桥全桥=推挽推挽=半桥半桥/2/2饱和电压：桥式两个，半桥和推挽均为一个饱和电压：桥式两个，半桥和推挽均为一个桥式适合于高压输入场合桥式适合于高压输入场合 推挽适合于低压输入场合推挽适合于低压输入场合全桥全桥半桥半桥推挽推挽40