第九章晶體管功率電路

第九章晶體管功率電路第一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一

引言已學(xué)過的非隔離變換器是否已經(jīng)能夠滿足實際應(yīng)用的需要了呢？參考電位的不同、安全的需要等要求—輸入輸出電氣絕緣重點掌握：變壓器的工作特點、有變壓器電路的分析方法第二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一具有輸入和輸出隔離的單管變換器特點:輸入輸出隔離;可以多路輸出;可以升降壓.常用電路有:單端反激式和單端正激式兩種適合中小功率輸出第三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一反激變換器第四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一1.電路組成和和基本工作原理

①電路組成★

②電路工作原理★③數(shù)量關(guān)系★2.電路外特性①模態(tài)的劃分★②斷續(xù)外特性△③電路外特性△3.參數(shù)設(shè)計第五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一1.電路組成和和基本工作原理

①電路組成★

②電路工作原理★③數(shù)量關(guān)系

★2.電路外特性①模態(tài)的劃分★②斷續(xù)外特性△

③電路外特性△3.參數(shù)設(shè)計第六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一電路組成和工作原理①電路組成：由電感變壓器T，晶體管Q，二極管D和濾波電容C組成，與Buck等單管電路元件數(shù)相同★注意：

變壓器的同名端；輸出端的濾波方式：

電容濾波。第七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一單端反激式變換器-Q導(dǎo)通時QON時:晶體管導(dǎo)通時，D截止電感變壓器作電感運行電感儲能輸出負(fù)載由電容提供能量u2D管承受電壓？-UiN2/N1-Uo第八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一磁場能量不能突變，變壓器同名端變?yōu)樨?fù)，“D”O(jiān)N;原邊電流轉(zhuǎn)移到副邊u2單端反激flyback－關(guān)斷瞬時

轉(zhuǎn)換瞬間滿足：★磁勢不變,能量不變——安匝不變，電流相對同名端方向不變

QON—OFF瞬間第九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一單端反激式變換器-Q截止時QOFF時:晶體管截止感應(yīng)電動勢決定D導(dǎo)通電感儲存能量向電容和

負(fù)載提供u2Q管承受電壓？UON1/N2+Ui第十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一單端反激式變換器狀態(tài)分析在穩(wěn)態(tài)時，轉(zhuǎn)換瞬間磁勢連續(xù)：即此外，電感與匝數(shù)的平方成正比

(P306)代入前式第十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一③數(shù)量關(guān)系

電路特點及應(yīng)用適于寬輸入電壓或者要求寬輸出電壓范圍的應(yīng)用場合電路簡單，廣泛應(yīng)用于小功率的場合單端反激電路組成和工作原理第十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一③數(shù)量關(guān)系

u2B.電流脈動

單端反激電路組成和工作原理C.輸出電流Io

第十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一隔離變壓器與鐵芯磁通如圖的變壓器工作情況：變壓器的工作情況：

u1

→

Φ→u2電壓和磁通滿足：當(dāng)電壓為正時，磁通增長

當(dāng)電壓為負(fù)時，磁通減小變壓器的設(shè)計保證一周期

內(nèi)磁通變化量為零！第十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一單端反激式變換器狀態(tài)分析在Q導(dǎo)通時（承受正向電壓）：在Q關(guān)斷時：（承受反向電壓）Q導(dǎo)通時磁通增量等于Q關(guān)斷時

磁通減量：

即在一個周期內(nèi)，磁通變化量為零，

可以完成磁復(fù)位。第十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一單端反激式變換器的同名端變化對于反激式變換器，在一個周期

內(nèi)，可以自動完成磁復(fù)位。如果將反激式變換器的變壓器同

名端改為相同端，則不能完成磁

復(fù)位！第十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一1.電路組成和和基本工作原理 ①電路組成★②電路工作原理★③數(shù)量關(guān)系★2.電路外特性①模態(tài)的劃分★②斷續(xù)外特性△③電路外特性△3.參數(shù)設(shè)計第十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一單端反激式變換器反激式變換器中的電感變壓器起著電感和變壓器的雙重作用具有電感電流連續(xù)、臨界連續(xù)和斷續(xù)3種工作模式電流連續(xù)時電壓關(guān)系第十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一斷續(xù)模態(tài)分析第十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一u2（★圖9－20）單端反激式變換器－電路外特性Qon:Qoff,電流下降（Tr）Qoff,電流為零第二十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一②斷續(xù)外特性——波形分析TR內(nèi)，Q的耐壓為Toff－TR內(nèi)，Q的耐壓為Ui單端反激式變換器－電路外特性在三種電路狀態(tài)下，Q和D上的電壓波形？Qon時，D的耐壓為Toff－TR內(nèi)，D上電壓-Uo第二十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一電流斷續(xù)時工作分析－外特性推導(dǎo)輸出平均電流

晶體管關(guān)斷電流下降時電路關(guān)系式：代入化簡式中TR為電流下降時間第二十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一電流斷續(xù)時工作分析在Q導(dǎo)通時有Δi1的電路方程所以輸出平均電流如果以輸出電壓作為變量：第二十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一電流斷續(xù)時工作分析電流斷續(xù)時，輸出電壓：當(dāng)負(fù)載電阻加大，Io減小時，輸出電壓升高當(dāng)輸出開路時，輸出無窮大，將損壞電路所以，反激電路不能開路輸出第二十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一

臨界連續(xù)模態(tài)分析第二十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一③變換器外特性—IG隨著負(fù)載Io↓i1、i2下移連續(xù)臨界連續(xù)斷續(xù)IG是連續(xù)和斷續(xù)的分界單端反激式變換器－電路外特性第二十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一電流臨界連續(xù)時工作分析臨界電流當(dāng)D=0.5時，有最大臨界電流所以，臨界電流也等于第二十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一③變換器外特性——標(biāo)幺外特性依據(jù)：連續(xù)和斷續(xù)時的輸入輸出關(guān)系，分界線為IG單端反激式變換器－電路外特性

中間為臨界模態(tài)，右邊為連續(xù)，左邊為斷續(xù)電流斷續(xù)時，Vo不變時，Io變化，D變化較大，調(diào)節(jié)困難空載，輸出趨于無窮大第二十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一1.電路組成和和基本工作原理 ①電路組成★②電路工作原理★③數(shù)量關(guān)系★2.電路外特性①模態(tài)的劃分★②斷續(xù)外特性△

③電路外特性△3.參數(shù)設(shè)計第二十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一參數(shù)選擇(3)參數(shù)選擇功率管Q,D電感L:由臨界連續(xù)負(fù)載電流定第三十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一3)電路參數(shù)設(shè)計A.晶體管峰值電流:（兩部分）耐壓：第三十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一3)電路參數(shù)設(shè)計B.二極管峰值電流：耐壓：第三十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一3)電路參數(shù)設(shè)計C.變壓器原邊電感值（根據(jù)IG設(shè)計）連續(xù)模式斷續(xù)模式第三十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一連續(xù)模式和斷續(xù)模式的比較(Pg191)

連續(xù)模式

晶體管峰值電流小，同樣電流容量的晶體管可以輸出更大功率

二極管有反向恢復(fù)

變壓器體積較大斷續(xù)模式

晶體管峰值電流大

調(diào)節(jié)困難

二極管無反向恢復(fù)

變壓器體積較小

通常：小電流斷續(xù)，大電流連續(xù)第三十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一作業(yè)：

P225頁，9-2第三十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一第九章晶體管功率電路(4)

正激變換器南航電力電子課程組第三十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一

引言輸入輸出要求電氣絕緣－－帶隔離的直流變換器重點掌握：變壓器的工作特點、有變壓器電路的分析方法特點:輸入輸出隔離;可以多路輸出;可以升降壓.常用電路有:單端反激式和單端正激式兩種第三十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一隔離變壓器與鐵芯磁通如圖的變壓器工作情況：當(dāng)電壓為正時，磁通增長

當(dāng)電壓為負(fù)時，磁通減小變壓器的設(shè)計保證一周期

內(nèi)磁通變化量為零！當(dāng)滿足磁通變化量為零條件，

稱之磁復(fù)位即要求變壓器正負(fù)伏秒平衡！第三十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一單端反激式變換器的同名端變化對于反激式變換器，在一個周期

內(nèi)，可以自動完成磁復(fù)位。如果將反激式變換器的變壓器同

名端改為相同端，則不能完成磁

復(fù)位！第三十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一變壓器的磁復(fù)位的必要性在晶體管導(dǎo)通時，輸入電流包含負(fù)載電流折射分量i2’和磁化電流分量im磁化電流將能量儲存在變壓器磁芯中問題：當(dāng)晶體管關(guān)斷時，沒有磁場泄放回路，會造成過大的電壓應(yīng)力，危害功率器件;僅有單方向磁通變化，無法去磁，磁通會飽和解決方法：變壓器額外加上復(fù)位繞組N3和二極管Ｄ2第四十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一正激式變換器的電路變化BUCK變換器帶變壓器隔離BUCK變換器帶磁復(fù)位正激式變換器輸入輸出間無法隔離變壓器的無法實現(xiàn)磁復(fù)位第四十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一正激式變換器(1)電路構(gòu)成及工作原理它是由變壓器T，晶體管Q，二極管D1，濾波電感，濾波電容C，電感續(xù)流二極管D3組成此外還有磁復(fù)位繞組，磁復(fù)位二極管D2第四十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)分析1當(dāng)Q導(dǎo)通時：變壓器星號為正端，副邊形成功率通路u2=n*ui(n=N2/N1為變比)D2反壓截止D3反壓截止第四十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)分析2當(dāng)Q截止時：變壓器星號為負(fù)端D2導(dǎo)通，完成磁復(fù)位D3導(dǎo)通，為電感電流續(xù)流第四十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一正激式變換器的輸出電壓（伏秒平衡）TON時:D1導(dǎo)通，電源向副邊提供能量，電感L磁通增長：TOFF時:D1截止，電感L磁通減?。簡沃芷诖磐ㄆ胶猓杭矗旱谒氖屙?，共六十五頁，編輯于2023年，星期一正激式變換器的輸出電壓TON時:D1導(dǎo)通，傳遞能量TOFF時:D1截止，磁復(fù)位，D3續(xù)流實際上和降壓變壓器工作方式類似設(shè)那么輸出電壓：第四十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一復(fù)位繞組工作分析當(dāng)Q導(dǎo)通時，D2截止，N3不參與能量傳輸當(dāng)Q截止時，N3上感應(yīng)電勢反號，迫使二極管D2導(dǎo)通。將存儲在鐵心中的能量返回電源，使鐵心復(fù)位，磁復(fù)位時，N１上的感應(yīng)電勢箝位于第四十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一正激式變換器第四十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一on---1)變壓器正向磁化;

2)D1通磁通狀態(tài)分析

off---1)變壓器反向去磁;

2)D3續(xù)流

Ui第四十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一1)

變壓器:磁化與去磁要求單周期磁通變化回零：即：TR<TOFF磁通狀態(tài)分析第五十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一TOFF否則變壓器飽和磁通狀態(tài)分析若N1＝N3，TR=?若N1＝N3，TR=Ton=DT第五十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一Ｎ3繞組的工程設(shè)計由于：

所以：當(dāng)N3<N1時，D可以大于0.5，但晶體管耐壓提高通常N3＝N1時，D<0.5，以保證磁心復(fù)位為了使從將導(dǎo)通期間存儲于磁場中的能量全部返回電源，N1必須與N3緊密耦合，通常采用并繞第五十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一電應(yīng)力分析（Q）Q管何時出現(xiàn)最大電壓？晶體管關(guān)斷磁復(fù)位時，Q上承受最大電壓為第五十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一電應(yīng)力分析（D1）D1何時出現(xiàn)最大反壓？晶體管關(guān)斷磁復(fù)位時，D1上承受最大反壓：第五十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一電應(yīng)力分析（D2）D2何時出現(xiàn)最大反壓？晶體管導(dǎo)通時，D2上承受最大反壓：第五十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一電應(yīng)力分析（D3）D3何時出現(xiàn)最大反壓？晶體管導(dǎo)通時，D3承受最大電反壓第五十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一課堂習(xí)題：工作條件：電流連續(xù)根據(jù)Q的開關(guān)控制波形

做出磁通,uQ,uD1,uD2,

uD3波形設(shè)Ui=100V,N1:N2:N3

=10:1:10,標(biāo)注各數(shù)值

大小第五十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一課堂習(xí)題答案：工作條件：電流連續(xù)根據(jù)Q的開關(guān)控制波形

做出磁通,uQ,uD1,uD2,

uD3,uN1波形設(shè)Ui=100V,N1:N2:N3

=10:1:10,標(biāo)注各的數(shù)

值大小uN1第五十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一工作波形與應(yīng)