DCDc模块常见电路拓扑.ppt

DCDc模块常见电路拓扑,开关电源功率电路分析要点,电容的电压不能突变,电感的电流不能突变,流经电容的电流平均值为零,电感两端电压的平均值为零,理想变压器电压与匝数成比且同名同极性,电流与匝数成反比且点进点出,电容恒流充电的公式为 ,电感恒压储能的公式为,变压器与电感的伏秒积必须平衡,Buck-Boost,电路工作原理：,Vin,Vo,D,L,Io,S1,S1,S2,U,L,I,L,Vin,-Vo,Io,D,1-D,T,根据,L,的伏秒平衡原则：,Vin*DT=(Vo+2Vd)*(1-D)T,Vo=Vin*D/(1-D)-2Vd,L*,Io=(Vo-2Vd)(1-D)T,Vds1,根据,L,在1-,D)T,时间的基本方程：,Io=(Vo-2Vd)(1-D)T/L,D,S2,Vds2,Vin,Vo,Vo/Vin=D/(1-D),Buck-Boost,电路的输入输出关系：,三种基本的非隔离开关电源：,Vin,Vo,L,Io,S,D,Vin,Vo,D,L,Io,S1,D,S2,Vin,Vo,D,L,Io,S,Vo=Vin*D/(1-D),Vo=Vin*D,Vo=Vin/,(1-D),VoVin,升压型电路,VoVin,当,DVin,当,D0.5,升降压型电路,三种基本的隔离开关电源：,Vin,Vo,S,Lm,D,Vin,Vo,L,S,D1,D2,Vin,Vo,L,S1,D1,D2,S2正激型变换器,反激型变换器,桥式变换器,反激变换器（,Flyback）,工作原理（电流连续模式）：,Vgs,I,D,Vds,D,1-D,T,I,p,Io,Vin,Vin+nVo,根据变压器的伏秒平衡：,I,m,Io,Vin,Vo,G,D,S,Lm,D,n:1,Co,V,L,Vin,-nVo,I,D-p,反激变换器（,Flyback）,工作原理（电流断续模式）：,Vgs,I,D,Vds,D,1-D,T,Io,Vin,Vin+nVo,根据变压器的伏秒平衡：,I,m,Io,Vin,Vo,G,D,S,Lm,D,n:1,Co,V,L,Vin,-nVo,I,D-p,-nVo,根据能量守恒：,反激变换器（Flyback）,工作原理：,Vgs,I,D,Vds,D,1-D,T,I,p,Io,Vin,Vin+nVo,I,m,Vr,V,L,Vin,-nVo,I,D-p,Vr,=,？,Io,Vin,Vo,G,D,S,Lm,D,n:1,Lk,Co,反激变换器（,Flyback）,工作原理：,Io,Vin,Vo,G,D,S,Lm,D,n:1,Lk,Co,Vc,Vc,R,Ploss=(Vc-Vin),2,/R,G,D,S,Lk,Vc,R,Ploss=(Vc),2,/R,反激变换器（,Flyback）,工作原理：,Vgs,I,D,Vds,D,1-D,T,I,p,Io,Vin,Vin+nVo,I,m,Vr,I,Co,I,D-p,Vo,=,？,Io,Vin,Vo,G,D,S,Lm,D,n:1,Lk,Co,-Io,Vo,根据,Co,在,DT,时间的基本方程：,反激变换器（,Flyback）,工作原理：,Vin,Vo1,G,Lm,Np,Lk,Vo2,Ns2,Ns1,多路输出的反激变换器：,减小交叉调整率的措施：,尽量减少两个绕组之间的漏感。,在辅助输出一路中加入尖峰抑制器（饱和电感）,主路输出工作于电流连续模式。,采用双路加权反馈的控制方式,反馈控制,反激变换器（,Flyback）,特征总结：,Vin,Vo1,G,Lm,Np,Lk,Vo2,Ns2,Ns1,缺点：,输出纹波电流大。,输出控制特性非线性。,通常需要辅助的吸收回路。,转换效率较低。,反馈控制,优点：,电路简单。,输入电压范围广。,容易实现多路输出。,谐振复位正激变换器（,Resonant Reset Forward),：,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,D,S,Vgs,I,L,Vds,D,1-D,T,Ip,V,L,Io,Vin/n-Vo,-Vo,Im,Vin,I,L,I,L,Lm,Lk,Cr,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t0,t1,t5,谐振复位正激变换器（,Resonant Reset Forward),：,Io,n:1,Vin,Vo,L,G,D,S,Vgs,I,L,Vds,D,1-D,T,Ip,V,L,Io,Vin/n-Vo,-Vo,Im,Vin,I,L,I,L,Lm,Lk,Cr,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t1,t2,t5,谐振复位正激变换器（,Resonant Reset Forward),：,Io,n:1,Vin,Vo,L,G,D,S,Vgs,I,L,Vds,D,1-D,T,Ip,V,L,Io,Vin/n-Vo,-Vo,Im,Vin,I,L,I,L,Lm,Lk,Cr,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t2,t3,t5,谐振复位正激变换器（,Resonant Reset Forward),：,Io,n:1,Vin,Vo,L,G,D,S,Vgs,I,L,Vds,D,1-D,T,Ip,V,L,Io,Vin/n-Vo,-Vo,Im,Vin,I,L,I,L,Lm,Lk,Cr,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t3,t4,t5,Lm,Cr,的选取原则：,谐振复位正激变换器（,Resonant Reset Forward),：,Io,n:1,Vin,Vo,L,G,D,S,Vgs,I,L,Vds,D,1-D,T,Ip,V,L,Io,Vin/n-Vo,-Vo,Im,Vin,I,L,I,L,Lm,Lk,Cr,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t4,t5,t5,(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T,根据电感的伏秒平衡：,Vo=VinD/n,谐振复位正激变换器（,Resonant Reset Forward),特征：,Vin,Vo,Cr,缺点：,原边开管电压应力较高。,谐振电容的损耗大。,宽范围输入效率很难兼顾。,优点：,电路简单。,线性输出控制特性。,不需要辅助的吸收回路。,Vin,Vo,Cr,Vin,Vo,Cr,S1,S2,Vp,Vin,D,Vds1,0,0,50%,Duty Cycle,ZVS for Low side switch,Exciting,Reset,Resonant Reset Dual Switch Forward,V,in,L,S2,S1,Sa1,Cr,D1,D2,有源钳位正激变换器（,Active Clamped Forward),：,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,D,S,Sa,I,L,Vds,D,T,Ip,V,T,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,I,L,I,L,Lm,Lk,Cr,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t0,t1,t5,S1,S1,Sa,1-D,+,V,T,-,有源钳位正激变换器（,Active Clamped Forward),：,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,D,S,Sa,I,L,Vds,D,Ip,V,T,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,I,L,I,L,Lm,Lk,-,Vc,+,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t1,t2,t5,S1,S1,Sa,1-D,+,V,T,-,*副边电压的死区跟,Lk,和,Io,有关，跟原边开管的死区无关,有源钳位正激变换器（,Active Clamped Forward),：,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,D,S,Sa,I,L,Vds,D,Ip,V,T,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,I,L,I,L,Lm,Lk,-,Vc,+,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t2,t3,t5,S1,S1,Sa,1-D,+,V,T,-,Sa,在零电压条件下开通,*原边开管的死区时间需满足：,有源钳位正激变换器（,Active Clamped Forward),：,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,D,S,Sa,I,L,Vds,D,Ip,V,T,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,I,L,I,L,Lm,Lk,-,Vc,+,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t3,t4,t5,S1,S1,Sa,1-D,+,V,T,-,激磁电流反向，变压器被复位,有源钳位正激变换器（,Active Clamped Forward),：,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,D,S,Sa,I,L,Vds,D,Ip,V,T,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,I,L,I,L,Lm,Lk,-,Vc,+,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t4,t5,t5,S1,S1,Sa,1-D,+,V,T,-,激磁电流对主开关的输出电容放电。,t6=t,0,有源钳位正激变换器（,Active Clamped Forward),：,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,D,S,Sa,I,L,Vds,D,Ip,V,T,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,I,L,I,L,Lm,Lk,-,Vc,+,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t5,t6,t5,S1,S1,Sa,1-D,+,V,T,-,t5,时刻副边二极管钳位主开关的输出电容放电结束。,t6,时刻新的周期开始,t6=t,0,有源钳位正激变换器（,Active Clamped Forward),：,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,D,S,Sa,I,L,Vds,D,Ip,V,T,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,I,L,I,L,Lm,Lk,-,Vc,+,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t5,S1,S1,Sa,1-D,+,V,T,-,t6=t,0,(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T,根据电感的伏秒平衡：,Vo=VinD/n,VinDT=Vc(1-D)T,根据变压器的伏秒平衡：,Vc=VinD/(1-D),Vds=Vc+Vin,Vds=Vin/(1-D),有源钳位正激变换器（,Active Clamped Forward),：,Vc=VinD/(1-D),Vds=Vin/(1-D),Vin,有源钳位正激变换器（,Active Clamped Forward),特征：,Vin,Vo,Vin,Vo,Vin,Vo,Sa,Sa,Sa,缺点：,钳位电压建立较慢，启动过程变压器易偏磁。,对输入电压的动态响应慢。,优点：,变压器最优化复位（电压应力低）,。,输入电压范围宽。,线性输出控制特性。,不需要辅助的吸收回路。,有源钳位正激变换器（,Active Clamped Forward),：,Asymmetrical Full Bridge DC/DC Converter,Vin,Vo,L,S1,D1,D2,S2,半桥变换器,桥式变换器（,Bridge Type Converter),：,Vin,Vo,L,S1,D1,D2,S2,全桥变换器,Vin,Vo,L,S1,D1,D2,S2,推挽变换器,Vin,Vo,S1,D2,S2,半桥变换器（倍流整流）,Vin,Vo,Lo,S1,D1,D2,S2,桥式变换器（,Bridge Type Converter),：,n:1+1,Lm,Lk,Ip,Io,C,B,V,T,S1,I,L,Vds1,D,Ip,V,T,Io,Vin/2n,-Vin/2n,Im,Vin,I,L,t0,t1,t2,t3,t4,t5,S2,D,t6=t,0,T/2,T/2,Vc,t0,t1,变换器正半周工作，,Ip,Im,增加；,Vc,减少。,C1,C1,Vin,Vo,Lo,S1,D1,D2,S2,桥式变换器（,Bridge Type Converter),：,n:1+1,Lm,Lk,Ip,Io,B,V,T,S1,I,L,Vds1,D,Ip,V,T,Io,Vin/2n,-Vin/2n,Im,Vin,I,L,t0,t1,t2,t3,t4,t5,S2,D,t6=t,0,T/2,T/2,Vc,C1,C,C1,Vin/2,t1,t2,S1,关断，变压器副边续流，原边漏感能量被,S2,体二极管钳位。,Vin,Vo,Lo,S1,D1,D2,S2,桥式变换器（,Bridge Type Converter),：,n:1+1,Lm,Lk,Ip,Io,B,V,T,S1,I,L,Vds1,D,Ip,V,T,Io,Vin/2n,-Vin/2n,Im,Vin,I,L,t0,t1,t2,t3,t4,t5,S2,D,t6=t,0,T/2,T/2,Vc,C1,C,C1,Vin/2,t2,t3,S1，S2,全部关断，变压器副边续流，,Lm,保持不变，,D1,D2,电流之差为,Lm,。,Vin,Vo,Lo,S1,D1,D2,S2,桥式变换器（,Bridge Type Converter),：,n:1+1,Lm,Lk,Ip,Io,A,B,S1,I,L,Vds1,D,Ip,V,T,Io,Vin/2n,-Vin/2n,Im,Vin,I,L,t0,t1,t2,t3,t4,t5,S2,D,t6=t,0,T/2,T/2,Vin/2,V,T,Vc,t3,t4变换器负半周工作，,Ip,Im,减少；,Vc,增加。,Vin,Vo,Lo,S1,D1,D2,S2,桥式变换器（,Bridge Type Converter),：,n:1+1,Lm,Lk,Ip,Io,A,B,S1,I,L,Vds1,D,Ip,V,T,Io,Vin/2n,-Vin/2n,Im,Vin,I,L,t0,t1,t2,t3,t4,t5,S2,D,t6=t,0,T/2,T/2,Vin/2,V,T,Vc,t4,t5,S2,关断，变压器副边续流，原边漏感能量被,S1,体二极管钳位。,Vin,Vo,Lo,S1,D1,D2,S2,桥式变换器（,Bridge Type Converter),：,n:1+1,Lm,Lk,Ip,Io,B,V,T,S1,I,L,Vds1,D,Ip,V,T,Io,Vin/2n,-Vin/2n,Im,Vin,I,L,t0,t1,t2,t3,t4,t5,S2,D,t6=t,0,T/2,T/2,Vc,C1,C,C1,Vin/2,t5,t6,S1，S2,全部关断，变压器副边续流，,Lm,保持不变，,D1,D2,电流之差为,Lm,。,t0,t1,t1,t3,Vin,Vo,Lo,S1,D1,D2,S2,桥式变换器（,Bridge Type Converter),特征：,n:1+1,Lm,Lk,Ip,Io,B,V,T,C1,C,C1,缺点：,变压器结构复杂。,输入电压范围较小优点：,变压器正负工作，不需要辅助的复位电路,。,输出纹波频率是开关频率的两倍，所需电感量小。,线性输出控制特性。,电路平衡对称。,几种隔离式变换器之比较：,变压器复位方式,原边开管电压应力,输出特性,占空比范围,输出纹波频率,输出纹波电流,适用范围,反激,输出电压复位,Vds=Vin/(1-D),0D1,f,小功率，,宽范围输入，,多路输出,谐振复位正激,谐振电容电压复位,Vds=Vin+Vc,0D1,f,小功率，,低电压输入,有源钳位正激,钳位电容电压复位,Vds=Vin/(1-D),0D1,f,中小功率，,宽范围输入，,高效率,半桥,正负半周工作，自动复位,Vin,0D0.5,2f,较大功率，,较小输入范围，,快速响应,