幾種開關(guān)電源拓樸結(jié)構(gòu)分析

1、1電源的分類電源的分類什么是什么是Power Supply?Power Supply負載Vin, IinPower Supply是一種提供電力能源的設備，它可以將一種電力能源形式轉(zhuǎn)換成另外一種電力能源形式，并能對其進行控制和調(diào)節(jié)。上級電能形式Vo, Io f, phasef, phase根據(jù)轉(zhuǎn)換的形式分類: AC/DC, DC/DC, DC/AC, AC/AC根據(jù)轉(zhuǎn)換的方法分類: 線性電源，相控電源，開關(guān)電源根據(jù)調(diào)控的效果分類: 穩(wěn)壓， 恒流， 調(diào)頻，調(diào)相根據(jù)調(diào)控的方法分類: 傳統(tǒng)反饋控制，矢量控制，數(shù)位控制2開關(guān)電源的元件構(gòu)成開關(guān)電源的元件構(gòu)成開關(guān)電源的基本元件：開關(guān)電源的基本元件：有源開關(guān)

2、有源開關(guān)(Switch)二極管二極管(Diode)電感電感(Inductor)電容器電容器(Capacitor)變壓器變壓器(Transformer)3三種基本的非隔離開關(guān)電源三種基本的非隔離開關(guān)電源VinVoLIoSDVinVoDLIoS1DS2VinVoDLIoSVo=Vin *D/(1-D)Vo=Vin *DVo=Vin /(1-D)VoVin, 升壓型電路VoVin, 當DVin 當D0.5 升降壓型電路4三種基本的隔離開關(guān)電源三種基本的隔離開關(guān)電源VinVoSLmDVinVoLSD1D2VinVoLS1D1D2S2正激型變換器反激型變換器橋式變換器5反激變換器（反激變換器（Flyba

3、ck）工作原理工作原理 （電流連續(xù)模式）（電流連續(xù)模式）根據(jù)變壓器的伏秒平衡：TDnVoDTVin)1 (*)1 (*DnDVinVoIoVinVoGDSLmDn:1ConVoVinVds)1 (DVinVdsVgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nV oImVLVin-nVoID-p6反激變換器（反激變換器（Flyback）工作原理工作原理 （電流斷續(xù)模式）（電流斷續(xù)模式）根據(jù)變壓器的伏秒平衡：)1 (*DnDVinVoIoVinVoGDSLmDn:1CoVgsIDVdsD1-DTIoVinVin+nV oImVLVin-nVoID-p-nVoVoVo TRVoLmIp2221根據(jù)

4、能量守恒：LmVinDTIpVinDLmRTVo27反激變換器（反激變換器（Flyback）工作原理（工作原理（1）221221LkIpCdsVr nIIppDVgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nV oImVrVLVin-nVoID-p21DopDIDIIVr=？IoVinVoGDSLmDn:1LkCoLmTDVoID/)1 ( IpCdsLkVr*8反激變換器（反激變換器（Flyback）工作原理（工作原理（2）VcIoVinVoGDSLmDn:1LkCoVcRPloss=(Vc-Vin)2/RGDSLkVcRPloss=(Vc)2/R9反激變換器（反激變換器（Flyback）

5、工作原理（工作原理（3）Vo=？IoVinVoGDSLmDn:1LkCo)1/(DIIIopDCoVgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nV oImVrICoID-p-IoVoDTIVCOOCDTIVOO/根據(jù)Co在DT時間的基本方程：10反激變換器（反激變換器（Flyback）工作原理（工作原理（4）多路輸出的反激變換器：多路輸出的反激變換器：)1 (*11DNpDVinNsVo)1 (*22DNpDVinNsVo減小交叉調(diào)整率的措施：減小交叉調(diào)整率的措施：1.盡量減少兩個繞組之間的漏感。2.在輔助輸出一路中加入尖峰抑制器（飽和電感） 3.主路輸出工作于電流連續(xù)模式。4.采用雙路加

6、權(quán)反饋的控制方式VinVo1GLmNpLkVo2Ns2Ns1反饋控制11反激變換器（反激變換器（Flyback）特征總結(jié)特征總結(jié)缺點：缺點：1.輸出紋波電流大。2.輸出控制特性非線性。3.通常需要輔助的吸收回路。4.轉(zhuǎn)換效率較低。VinVo1GLmNpLkVo2Ns2Ns1反饋控制優(yōu)點：優(yōu)點：1.電路簡單。2.輸入電壓范圍廣。 3.容易實現(xiàn)多路輸出。12諧振復位正激變換器（諧振復位正激變換器（Resonant Reset Forward)（1）Ion:1VinVoLoGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt

7、0, t1t5LmVinDTIm/LoDTVonVinIL/)/(LmPInII13諧振復位正激變換器（諧振復位正激變換器（Resonant Reset Forward)（2）Ion:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt1, t2t5LmLkIIVVmpc211VcV14諧振復位正激變換器（諧振復位正激變換器（Resonant Reset Forward)（3）Ion:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1

8、t2 t3t4Ipt2, t3t51VcVcVrminCLDTV215諧振復位正激變換器（諧振復位正激變換器（Resonant Reset Forward)（4）Ion:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt3, t4t5LmCrtt 14Lm,Cr的選取原則：22max2)1 (1*TDCrLm16諧振復位正激變換器（諧振復位正激變換器（Resonant Reset Forward)（5）Ion:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL

9、 ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt4, t5t5(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T根據(jù)電感的伏秒平衡：Vo=VinD/n17諧振復位正激變換器（諧振復位正激變換器（Resonant Reset Forward)特征特征VinVoCr缺點：缺點：1.原邊開管電壓應力較高。2.諧振電容的損耗大。3.寬范圍輸入效率很難兼顧。優(yōu)點：優(yōu)點：1.電路簡單。2.線性輸出控制特性。3.不需要輔助的吸收回路。 VinVoCrVinVoCr18有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)（1）Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDTIpVTI

10、oVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt0, t1t5LmVinDTIm/LoDTVonVinIL/)/(LmPInIIS1S1Sa1-D+VT-19有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)（2）Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt1, t2t5LkIpttVcIm)() 12(S1S1Sa1-D+VT-VcLknIott/*)/() 12(1td2td* 副邊電壓的死區(qū)跟Lk和Io有關(guān)，跟原邊開管

11、的死區(qū)無關(guān)20有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)（3）Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt2, t3t5S1S1Sa1-D+VT-) 12(1tttd1td2tdSa在零電壓條件下開通* 原邊開管的死區(qū)時間需滿足：21有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)（4）Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2

12、t3t4Ipt3, t4t5S1S1Sa1-D+VT-1td2td激磁電流反向，變壓器被復位LmTDVcIm/)1 ( 22有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)（5）Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt4, t5t5S1S1Sa1-D+VT-1td2td激磁電流對主開關(guān)的輸出電容放電。t6=t023有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)（6）Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIp

13、VTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt4, t5t5S1S1Sa1-D+VT-1td2td激磁電流對主開關(guān)的輸出電容放電。t6=t024有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)（7）Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt5, t6t5S1S1Sa1-D+VT-1td2tdt5時刻副邊二極管鉗位主開關(guān)的輸出電容放電結(jié)束。t6時刻新的周期開始t6=t025有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器

14、（Active Clamped Forward)（8）Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt5S1S1Sa1-D+VT-1td2tdt6=t0(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T根據(jù)電感的伏秒平衡：Vo=VinD/nVinDT=Vc(1-D)T根據(jù)變壓器的伏秒平衡：Vc=VinD/(1-D)Vds=Vc+VinVds=Vin/(1-D)26有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)（9）00.10.20.30.40.50.60.70.80.

15、91012345678910Vc D()Vds D()DVc=VinD/(1-D)Vds=Vin/(1-D)Vin27有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)（10）VinVoVinVoVinVoSaSaSa缺點：缺點：1.鉗位電壓建立較慢，啟動過程變壓器易偏磁。2.對輸入電壓的動態(tài)響應慢。優(yōu)點：優(yōu)點：1.變壓器最優(yōu)化復位（電壓應力低）。2.輸入電壓范圍寬。3.線性輸出控制特性。4.不需要輔助的吸收回路。 28橋式變換器（橋式變換器（Bridge Type Converter)VinVoLS1D1D2S2半橋變換器VinVoLS1D1D2S2全橋變

16、換器VinVoLS1D1D2S2推挽變換器VinVoS1D2S2半橋變換器（倍流整流）29橋式變換器（橋式變換器（Bridge Type Converter)（1）VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoCBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2Vct0, t1變換器正半周工作，Ip, Im增加；Vc減少。LmDTVinIm/2) 12/()/(CDTnIoVcC1C130橋式變換器（橋式變換器（Bridge Type Converter)（2）VinVoLoS1D1D2S2n:1+1

17、LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2VcC1CC1Vin/2t1, t2S1關(guān)斷，變壓器副邊續(xù)流，原邊漏感能量被S2體二極管鉗位。31橋式變換器（橋式變換器（Bridge Type Converter)（3）VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2VcC1CC1Vin/2t2, t3S1，S2全部關(guān)斷，變壓器副邊續(xù)流，Lm保持不變，D

18、1,D2電流之差為Lm。32橋式變換器（橋式變換器（Bridge Type Converter)（4）VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoABS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2Vin/2VTVct3, t4變換器負半周工作，Ip, Im減少；Vc增加。LmDTVinIm/2) 12/()/(CDTnIoVc 33橋式變換器（橋式變換器（Bridge Type Converter)（5）VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoABS1ILVds1DIpVTIoVin/

19、2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2Vin/2VTVct4, t5S2關(guān)斷，變壓器副邊續(xù)流，原邊漏感能量被S1體二極管鉗位。34橋式變換器（橋式變換器（Bridge Type Converter)（6）VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2VcC1CC1Vin/2t5, t6S1，S2全部關(guān)斷，變壓器副邊續(xù)流，Lm保持不變，D1,D2電流之差為Lm。t0, t1LoDTVonVinIL/)2(t1, t3LoTDVoIL/)2/1 (Dn