正激變換器工作原理(共16頁(yè))

1、正激變換器實(shí)際應(yīng)用中，由于電壓等級(jí)變換、安全、系統(tǒng)串并聯(lián)等原因，開(kāi)關(guān)電源的輸入輸出往往需要電氣隔離。在基本的非隔離變換器中加入變壓器，就可以派生出帶隔離變壓器的變換器。例如，單端正激變換器就是有變換器派生出來(lái)的。一 工作原理1 單管正激變換器 單端正激變換器是由BUCK變換器派生而來(lái)的。圖（a1）為BUCK變換器的原理圖，將開(kāi)關(guān)管右邊插入一個(gè)隔離變壓器，就可以得到圖（a2）的單端正激變換器圖（a1）變換器圖（a2）單端正激變換器變換器工作原理：電路進(jìn)入平恒以后，由電感單個(gè)周期內(nèi)充放電量相等，由電感周期內(nèi)充放電平恒可以得到：即： 可得：?jiǎn)味苏ぷ儞Q器的工作原理和和相似。其工作狀態(tài)如圖如圖（a3）

2、所示：圖（a3）單端正激變換器工作狀態(tài)開(kāi)關(guān)管Q閉合。如圖所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q閉合時(shí)的工作狀態(tài)如圖a4所示，圖（a4）根據(jù)圖中同名端所示，可以知道變壓器副邊也流過(guò)電流，D1導(dǎo)通，D2截止，電感電壓為正，變壓器副邊的電流線性上升。在此期間，電感電壓為：開(kāi)關(guān)管Q截止。開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，變壓器副邊沒(méi)有電流流過(guò)，副邊電流經(jīng)反并聯(lián)二極管D2續(xù)流，在此期間，電感電壓為負(fù)，電流線性下降:在穩(wěn)定時(shí)，和BUCK電路一樣，電感電壓在一個(gè)周期內(nèi)積分為零，因此：得：由此可見(jiàn)，單端正激變換器電壓增益與開(kāi)關(guān)導(dǎo)通占空比成正比，比BUCK電路只多了一個(gè)變壓器的變化。回饋式單端正激變換器回饋式單端正激變換器單端正激變換器的實(shí)用電路拓?fù)洌?/p>

3、其原理圖如圖（a5）所示圖（a5）回饋式單端正激變換器的工作原理和單端正激變換電路相似，只是在在原邊增加了一個(gè)回饋環(huán)節(jié)。其工作狀態(tài)如圖（a6）所示圖（a6）當(dāng)Q開(kāi)通時(shí)，工作原理和單端正激變換器相似，電流從N1端流過(guò)，電流線性增大，同時(shí)向副邊傳遞能量。當(dāng)截止時(shí)，Np兩端電壓為-Ui，Nr端同名端變副大小為，同時(shí)通過(guò)二級(jí)管向輸入電源回饋電能。2 三路輸出正激變換器 原理圖如圖（b1）所示圖（c1）由三路輸出正激變換器的拓?fù)淇傻茫涓边呁負(fù)渲皇窃趩味苏ぷ儞Q器的基礎(chǔ)上再加了兩個(gè)輔輸出部分，所以它的工作原理和單端正激變換器相似。其原端和回饋式單端正激變換器一樣。3 雙端正激變換器圖（c1）工作原理：開(kāi)

4、關(guān)管Q1和Q2同時(shí)開(kāi)通或截止，如圖（c2）所示。圖（c2）當(dāng)Q1和Q2同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，二極管D1和D2反偏截止，輸入U(xiǎn)i通過(guò)變壓器T向副邊傳輸能量，副邊二極管D3和D4導(dǎo)通，副邊電感L1和L2上電壓線性上升，電感開(kāi)始儲(chǔ)能。當(dāng)Q1和Q2同時(shí)截止時(shí)，如圖（c3）變壓器原邊上通過(guò)鐵芯感應(yīng)的電壓通過(guò)二級(jí)管D1和D2向輸入電源Ui反饋能量。圖（c3）4 交錯(cuò)正激變換器電路原理圖如圖（d1）所示：圖（d1）其工作狀態(tài)如圖（d2）所示圖（d2）工作原理：Q1和Q2分別開(kāi)通在電路運(yùn)行的上半周期和下班周期，并分別留有一定時(shí)間的死區(qū)。例如上半周期Q1開(kāi)通，Q2截止。下半周期，Q2開(kāi)通Q1截止。工作原理和回饋式單端正激

5、變換器相同，只是在每個(gè)周期內(nèi)有兩個(gè)能量脈沖。二 各種正激變換器的優(yōu)缺點(diǎn) 1 單端正激變換器和非隔離開(kāi)關(guān)電路拓?fù)湎啾仍黾恿艘粋€(gè)隔離變壓器。優(yōu)點(diǎn)：1 可以通過(guò)改變次級(jí)繞組和初級(jí)繞組的線圈匝數(shù)比來(lái)決定輸出電壓是降壓還是升壓，或者增大了電壓的輸出范圍。2 改變輸出電壓極性是非常方便的，只要將次級(jí)繞組線圈的兩端對(duì)調(diào)，再將次級(jí)整流二極管和濾波電容的方向?qū)φ{(diào)就可以。3 輸出和輸入隔離，加大了電路抗干擾的能力。缺點(diǎn)：1 由于變壓器漏感的存在，當(dāng)Q1截止時(shí)，其兩端將承受非常高的電壓應(yīng)力，易將開(kāi)關(guān)管Q1損壞。2 磁芯利用率不高，單位周期內(nèi)只有一個(gè)功率脈沖。3 變壓器的磁芯由于一直工作于被置位狀態(tài)，容易飽和。回饋式

6、單端正激變換器回饋式單管正激變換器在原來(lái)基礎(chǔ)上增加了回饋環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了能量的回饋，而且為變壓器提供了磁芯復(fù)位回路。但是當(dāng)磁芯工作于復(fù)位狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)管同樣要承受很大的電壓應(yīng)力。由此可以得出，單端正激變換器只能用于輸出功率不是很大的情況下。2 三路輸出正激變換器三路輸出正激變換器和單端正激變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相似，其優(yōu)缺點(diǎn)也一樣。和單端正激變換器一樣，三路輸出正激變換器也只能用于輸出功率不是很大的情況下。3 雙端正激變換器雙管正激變換器使用兩個(gè)開(kāi)關(guān)管，這樣做有顯著地優(yōu)勢(shì)。1 關(guān)斷時(shí)每個(gè)開(kāi)關(guān)管僅承受一倍的直流輸入電壓電壓，這樣就可以使輸出的功率加大。2 關(guān)斷時(shí)不會(huì)出現(xiàn)漏感尖峰。由此可以得出，和單端正激變換器

7、相比，雙管正激變換器能用于相對(duì)比較大的輸出功率地情況下。4 交錯(cuò)正激變換器這種拓?fù)渲皇菍蓚€(gè)單端正激變換器交替工作（各占半個(gè)周期），其次級(jí)電流通過(guò)二極管相加。所以，在每個(gè)周期內(nèi)有兩個(gè)功率脈沖，每個(gè)變換器只提供總輸出功率的一半。由于在每個(gè)周期內(nèi)有兩個(gè)功率脈沖，交錯(cuò)正激變換器也可以由于相對(duì)比較的輸出功率的情況下。三 原器件的選擇準(zhǔn)則變壓器的選擇1 磁心選擇 正激變換器的變壓器磁心有效功率和峰值磁密、磁心面積、窗口面積、頻率及繞組電流密度有關(guān)。2 初級(jí)匝數(shù)的計(jì)算由法拉第定律確定初級(jí)匝數(shù)表達(dá)式為為最小直流輸入電壓，為工作周期，為磁心面積，為磁通密度變化量。此處計(jì)算的基礎(chǔ)如下：考慮到磁心的完全復(fù)位，開(kāi)關(guān)

8、管導(dǎo)通時(shí)間選擇為，在輸入最小電壓情況下，其導(dǎo)通半周期的80%（因?yàn)槿绻麑?dǎo)通時(shí)間占滿整個(gè)半周期，若導(dǎo)通時(shí)間稍有改變而增加，就會(huì)使磁心不能完全復(fù)位），即0.4。開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，初級(jí)線圈兩端電壓為輸入電壓減去開(kāi)關(guān)管得導(dǎo)通電壓（此處假設(shè)為1V）。3 次級(jí)匝數(shù)的計(jì)算 次級(jí)繞組匝數(shù)可由電壓輸出要求輸出來(lái)。開(kāi)關(guān)管、續(xù)流二極管、整流二極管的選擇1開(kāi)關(guān)管的選擇 開(kāi)關(guān)管的選擇關(guān)鍵在其所能承受的關(guān)斷電壓應(yīng)力和工作頻率。而回饋式單端正激變換器的關(guān)斷電壓還得從變壓器的繞組匝數(shù)看起：如圖所示：Q1關(guān)斷時(shí)，和的極性反向，同名端變負(fù)，且被二極管D鉗位至地電位，此時(shí)變壓器是一個(gè)自耦變壓器，上壓降為，而上為。導(dǎo)通時(shí)間，磁心被伏秒數(shù)

9、置位，關(guān)斷時(shí)必須施加相等的伏秒數(shù)才能使它復(fù)位到磁滯回線的起始位置。當(dāng)和相等時(shí)，開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力為兩倍的. 而交錯(cuò)正激變換器得開(kāi)關(guān)管關(guān)斷電壓應(yīng)力僅為一倍的 所以，開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷電壓應(yīng)力，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的電路拓?fù)涠?，然后選擇開(kāi)關(guān)管的規(guī)格。2 續(xù)流二級(jí)滾和整流二極管的選擇 由于次級(jí)有輸出電感，所以次級(jí)電流波形為階梯斜波。當(dāng)直流輸入最小電壓時(shí)，階梯斜波的寬度為，將次級(jí)電流折算到初級(jí)，初級(jí)電流也為階梯斜波的寬度為的電流脈沖。將階梯斜波電流等效為平頂電流，其幅值為其中點(diǎn)值，則電流平均值為，因此有，即：就是選擇器件的重要依據(jù)。濾波器的選擇1 電感的選擇 電感的選擇應(yīng)該保證直流輸出電流最小規(guī)定電流（ ）時(shí)，電感電流也保持連續(xù)，電感電流斜坡電流峰-峰值為，因?yàn)楫?dāng)直流電流等于電感斜坡峰-峰值一半時(shí)，進(jìn)入連續(xù)工作狀態(tài)，即：即： 2 電容的選擇一般的電容并非理想電容，其可等效為寄生電阻和電感與理想電容的串聯(lián)。一般的，總希望大部分紋波電流分量進(jìn)入電容。輸出電壓的紋波由輸、一同決