DCDC變換基礎(chǔ)與新技術(shù)課件

1、DC/DC變換器基礎(chǔ)與新技術(shù)主講人：陶翔電工理論與新技術(shù)DC/DC變換器基礎(chǔ)與新技術(shù)主講人：陶翔DC/DC變換的意義何在？電源按其一次能源的不同可以分為1.產(chǎn)生電能的電源（電池、光伏電板、發(fā)電機等）2.變換電能的電源（相控整流、DCDC、逆變等）產(chǎn)生電能從無到有變換電能從一種形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形態(tài)兩者擁有同等重要的地位DC/DC變換的意義何在？電源按其一次能源的不同可以分為DC/DC變換的意義何在？DCDC變換電源是一個將質(zhì)量較低的電能變?yōu)橘|(zhì)量較高電能的過程 粗電 精電DC/DC變換的意義何在？DCDC變換電源是一個將質(zhì)量較低的DC/DC變換的途徑有哪些？串聯(lián)式穩(wěn)壓電源開關(guān)式穩(wěn)壓電源DC/DC變

2、換的途徑有哪些？串聯(lián)式穩(wěn)壓電源串聯(lián)式穩(wěn)壓電源串聯(lián)型穩(wěn)壓電源因其在主電路中總串聯(lián)一只調(diào)整管而得名。由于調(diào)整管工作于線性區(qū)故又稱為線性穩(wěn)壓電源。其工作原理可以看做是一個受反饋回路控制的滑線變阻器。串聯(lián)式穩(wěn)壓電源串聯(lián)型穩(wěn)壓電源因其在主電路中總串聯(lián)一只調(diào)整管而開關(guān)電源開關(guān)電源因電路中的半導(dǎo)體器件均工作于開關(guān)狀態(tài)而得名。三極管或MOSFET工作于飽和導(dǎo)通時，電流大但管壓降很小；工作于截止區(qū)時，管子上壓降很大，但幾乎不流過電流。這樣就避免了不必要的熱損耗。開關(guān)電源的原理可以簡單理解為：將輸入的總能量分割成若干個小的能量包，這些小能量包經(jīng)過輸出側(cè)大時滯環(huán)節(jié)的積分作用，重新展開為連續(xù)不斷的能量。開關(guān)電源開關(guān)電

3、源因電路中的半導(dǎo)體器件均工作于開關(guān)狀態(tài)而得名。串聯(lián)穩(wěn)壓VS開關(guān)電源串聯(lián)穩(wěn)壓電源優(yōu)點：1.輸出電壓穩(wěn)定，脈動極小（小于10mV）2.不存在電磁兼容問題缺點：1.只能降壓2.效率很低（低于50%）3.一個電路只有一種電壓等級4.大功率應(yīng)用需要很大的工頻變壓器和散熱器開關(guān)電源優(yōu)點：1.電路靈活，既能升壓也能降壓2.效率很高（75%-98%）3.可以通過高頻變壓器耦合獲得不共地的若干種輸出電壓。4.無需工頻變壓器，重量輕、體積小5.管耗很小，散熱器小缺點：1.輸出電壓紋波較大（10mV-100mV）2.劇烈的開關(guān)動作造成嚴(yán)重的電磁兼容問題串聯(lián)穩(wěn)壓VS開關(guān)電源串聯(lián)穩(wěn)壓電源開關(guān)電源開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)輸入整

4、流濾波 功率變換 輸出整流濾波 輔助電源 驅(qū)動電路 過壓過流保護(hù) 控制電路 時鐘振蕩電路 反饋補償 開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)輸入整流濾波 功率變換 開關(guān)電源的基本拓?fù)湓诰€式拓?fù)洌篵uck、boost、buck-boost最常用，無高頻變壓器磁耦合，電路構(gòu)成簡單，器件使用較少。優(yōu)勢遠(yuǎn)小于劣勢，實際應(yīng)用很少。離線式拓?fù)洌簡喂芊醇ぃ╢lyback）、單管正激（forward）、推挽（push-pull）、半橋（half-bridge）、全橋（full-bridge）、雙管正激（dual switch forward）。開關(guān)電源的基本拓?fù)湓诰€式拓?fù)洌篵uck、boost、buck反激式拓?fù)溆捎诜醇る娐份敵鰝?cè)

5、無需接入輸出濾波電感，這在低成本的多輸出電源中對減小體積，縮減成本很重要，在低于100W的應(yīng)用場合很常見。但反激電路與一般正激式電路有著迥異的工作原理，所以設(shè)計過程也很不一樣。其次反激電源有著名的右半面零點問題，反饋電路設(shè)計很有講究。反激式拓?fù)溆捎诜醇る娐份敵鰝?cè)無需接入輸出濾波電感，這在低成本正激式拓?fù)湔る娐窂V泛用于100W-400W的中功率變換器中。正常工作時變壓器工作于單向勵磁狀態(tài)，故其顯著特點是具有復(fù)位繞組。正激式拓?fù)湔る娐窂V泛用于100W-400W的中功率變換器中推挽式拓?fù)渫仆焓诫娐烦Ｓ糜诘洼斎腚妷?，中大功率場合。推挽式拓?fù)浯判竟ぷ饔陔p向勵磁狀態(tài)，但常常會因為兩只開關(guān)管參數(shù)失配，或

6、者繞組寄生參數(shù)的影響而產(chǎn)生偏磁飽和，從而燒毀開關(guān)管。推挽式拓?fù)渫仆焓诫娐烦Ｓ糜诘洼斎腚妷?，中大功率場合。半橋拓?fù)潆娔X電源中一度用的最火熱的一種拓?fù)?，適用于300W-2000W的應(yīng)用場合。同樣會因為兩開關(guān)管或輸入電容參數(shù)失配而造成偏磁飽和，但很容易改良電路以避免。半橋拓?fù)潆娔X電源中一度用的最火熱的一種拓?fù)?，適用于300W-雙管正激拓?fù)淠壳霸?00W以上電源中很常用的一種拓?fù)?，逐漸替代了半橋。許多分析的文章中給出的原因是穩(wěn)定可靠，自己尚未琢磨出緣由。雙管正激拓?fù)淠壳霸?00W以上電源中很常用的一種拓?fù)?，逐漸替全橋拓?fù)涔β史矫嬉呀?jīng)達(dá)到開關(guān)電源的極限，應(yīng)用于大功率場合。全橋拓?fù)涔β史矫嬉呀?jīng)達(dá)到開關(guān)電源

7、的極限，應(yīng)用于大功率場合。DC/DC變換器新技術(shù)節(jié)能是一臺電源永恒的追求，所以DC/DC變換新技術(shù)絕大多數(shù)都是圍繞著降低開關(guān)損耗提出的。常見的新技術(shù)包括：有源鉗位同步整流軟開關(guān)多重化技術(shù)DC/DC變換器新技術(shù)節(jié)能是一臺電源永恒的追求，所以DC/D有源鉗位和同步整流兩者其實并無本質(zhì)區(qū)別，均是使用全控器件來替代原本電路中的一些不可控器件（二極管）。在原本二極管應(yīng)該導(dǎo)通的時刻驅(qū)動開關(guān)管，選用通態(tài)電阻極小的開關(guān)管替代二極管導(dǎo)通，以達(dá)到減少損耗的目的有源鉗位和同步整流兩者其實并無本質(zhì)區(qū)別，均是使用全控器件來替軟開關(guān)技術(shù)軟開關(guān)技術(shù)其本質(zhì)就是使用電容和電感營造諧振電路，使得開關(guān)管開關(guān)狀態(tài)切換時，電壓與電流不產(chǎn)生交疊部分，減小開關(guān)損耗。但諧振電路需仔細(xì)規(guī)劃，諧振效果易受分布參數(shù)影響。軟開關(guān)技術(shù)軟開關(guān)技術(shù)其本質(zhì)就是使用電容和電感營造諧振電路，使多重化技術(shù)多重化技術(shù)在對開關(guān)