開關電源原理、設計及實例第第4章 變壓器隔離的DC-DC變換器拓撲結構

1、.本章首先對DC-DC變換、實現(xiàn)方法行了概述，介紹了DC-DC變換中變壓器所起的作用，重點對5種DC-DC電路拓撲結構、工作原理、關鍵節(jié)點的波形圖進行了論述，包括：單端正激式、單端反激式、半橋式、全橋式和推挽式電路。最后概括地介紹了上述5種結構電路中電路元器件及輸入、輸出參數(shù)的計算方法。本章要求了解DC-DC電路技術的內涵，重點掌握DC-DC電路拓撲結構特點、原理及工作過程，從而使后續(xù)各章的學習目標更加明確。.一般電力(如市電)要經過轉換才能符合使用的需要。轉換方式有交流轉換成直流，高電壓變成低電壓，大功率中取小功率等。按電力電子的習慣稱謂，AC-DC(AC表示交流電，DC表示直流電)稱為整流

2、，DC-AC稱為逆變，AC-AC稱為交流-交流直接變頻(同時也變壓)，DC-DC稱為直流-直流變換。開關電源主要組成部分是DC-DC變換器，涉及頻率變換，其實把直流電壓變換為另一種直流電壓最簡單辦法是串一個電阻，這樣不涉及變頻的問題，顯得很簡單，但是效率低。用一個半導體功率器件作為開關，使帶有濾波器的負載線路與直流電壓一會相接，一會斷開，則負載上也得到另一個直流電壓。這就是DC-DC的基本手段，類似于“斬波”(Chop)作用。.單端雙端正激反激推挽半橋全橋單管雙管DC-DC變換器.帶變壓隔離器的變換器是從第3章基本變換器派生、組合、演變而來的。它們從哪個基本變換器變來，就帶有哪個基本變換器的本

3、質特征。所謂派生，是指變壓隔離器插入到各基本變換器各不同的點上而形成的電路。由于變壓隔離器有單端式、并聯(lián)式、半橋式和全橋式四種，因此，可得到很多電路。所謂組合是指變換器的串聯(lián)形式引起的變化。例如降壓與升壓變換器相串，或者升壓與降壓變換器相串等等。這與第3章討論的角度不同，本章是有意識地往隔離方向引導，并加以討論，從而得到一些有應用價值、使用較廣的電路。圖4-1給出了隔離DC-DC變換器功能示意圖。.圖 4-1 隔離DC-DC變換器功能示意圖. 升壓和降壓等變換器可以完成直流電壓的變換。但實際上存在著轉換功能上的局限性，例如，輸入輸出不隔離，輸入輸出電壓比或電流比不能過大以及無法實現(xiàn)多路輸出等。

4、這種局限性只能用另一種開關變換器中的重要組件變壓隔離器來克服。下面列出采用變壓器隔離結構的原因：u輸出端與輸入端之間需要隔離；u變壓器可以同時輸出多組不同數(shù)值的電壓，改變輸出電壓和輸出電流很容易，只需改變變壓器的匝數(shù)比和漆包線截面積的大小即可；u變壓器初、次級互相隔離，不需共用同一個地。因此，變壓器開關電源也有人把它稱為離線式開關電源。這里的離線并不是不需要輸入電源，而是輸入電源與輸出電源之間沒有導線連接，完全是通過磁場偶合傳輸能量；u變壓器開關電源采用變壓器把輸入輸出進行電器隔離的最大好處是，提高設備的絕緣強度，降低安全風險，同時還可以減輕EMI干擾，并且還容易進行功率匹配；u交流環(huán)節(jié)采用較

5、高的工作頻率，可以減小變壓器和濾波電感、濾波電容的體積和重量；工作頻率高于20kHz這一人耳的聽覺極限，又可以避免變壓器和電感產生噪音。.表 4-1 各種不同的間接直流變流電路的比較.4.2.1 4.2.1 簡介簡介 單端正激變換器是一個隔離開關變換器，隔離型變換器的一個根本特點是有一個用于隔離的高頻變壓器，所以可以用于高電壓的場合。由于引入了高頻變壓器極大的增加了變換器的種類，豐富了變換器的功能，也有效的擴大了變換器的使用范圍。單端正激變換器拓撲以其結構簡單、工作可靠、成本低廉而被廣泛應用于獨立的離線式中小功率電源設計中。在計算機、通信、工業(yè)控制、儀器儀表、醫(yī)療設備等領域，這類電源具有廣闊的

6、市場需求。 所謂單激式變壓器開關電源，是指開關電源在一個工作周期之內，變壓器的初級線圈只被直流電壓激勵一次。一般單激式變壓器開關電源在一個工作周期之內，只有半個周期向負載提供功率(或電壓)輸出。當變壓器的初級線圈正好被直流電壓激勵時，變壓器的次級線圈也正好向負載提供功率輸出，這種變壓器開關電源稱為正激式開關電源；當變壓器的初級線圈正好被直流電壓激勵時，變壓器的次級線圈沒有向負載提供功率輸出，而僅在變壓器初級線圈的激勵電壓被關斷后才向負載提供功率輸出，這種變壓器開關電源稱為反激式開關電源，這種結構將在4.3節(jié)中詳細介紹。.4.2.2電路結構及工作原理 為使變換器結構簡單，提高可靠性，減少成本和重量，圖4-2示出了單端變壓隔離器與降壓變換器結合的線路。這是一個原邊、副邊同時工作的線路，稱為正激變換器（Forward Converter），它廣泛