隔離型DCDC變換器

隔離型DCDC變換器第一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二參考文獻(xiàn)[1]張占松，蔡宣三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計，電子工業(yè)出版社3.1變壓隔離器的理想結(jié)構(gòu)[2]SIOMNANG,ALEJANDROOLIVA.開關(guān)功率變換器——開關(guān)電源的原理、仿真和設(shè)計，機(jī)械工業(yè)出版社4.2正激變換器第二頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二概述非隔離的DC/DC變換器的局限性輸入輸出不隔離，形成地線上的環(huán)流輸入輸出電壓比或電流比不能太大無法實(shí)現(xiàn)多路輸出解決方法采用變壓隔離器第三頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二概述

理想變壓隔離器的特征從輸入到輸出能夠通過所有的信號頻率，即從理想的直流到交流都能變換；變換時可不考慮能量損耗；變換中能提供任何選定的電壓和電流變比能使輸入和輸出之間完全隔離變換時，無論從原邊到副邊，或副邊到原邊，都是一樣方便有效理想的變壓隔離器符號第四頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二概述常見的變壓隔離器電路單端變壓隔離電路雙端變壓隔離電路主要應(yīng)用于中小功率電路優(yōu)點(diǎn)：線路簡單缺點(diǎn)：（1）輸入電流脈動（2）S1關(guān)斷時承受高壓（3）閉路峰值電流大第五頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二概述常見的變壓隔離器電路半橋變壓隔離電路全橋變壓隔離電路第六頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二隔離型Buck變換器——單端正激變換器電路的構(gòu)成基本buck變換電路拓?fù)銪uck變換器工作波形第七頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二隔離型Buck變換器——單端正激變換器電路的構(gòu)成隔離型buck（正激Forward）變換器第八頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二隔離型Buck變換器——單端正激變換器工作原理N3+VD2：將殘存的能量饋送到輸入端，即進(jìn)行磁復(fù)位。由于磁芯的磁滯效應(yīng)，當(dāng)具有非零直流平均電壓的單向脈沖加到變壓器初級繞組上，線圈電壓或電流回到零時，磁芯中磁通并不回到零，這就是剩磁通。剩磁通的累加可能導(dǎo)致磁芯飽和，因此需要采用磁復(fù)位（去磁技術(shù)）第九頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二（2）電感L儲能，電流直線上升隔離型Buck變換器——單端正激變換器工作原理能量傳遞階段VT導(dǎo)通UN2UO（1）經(jīng)變壓器耦合和二極管VD向負(fù)載傳輸能量。第十頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二工作原理隔離型Buck變換器——單端正激變換器磁復(fù)位階段VT截止（2）副邊：VD截止，VD1導(dǎo)通，L向負(fù)載釋放能量，電流直線下降。（1）原邊：磁芯中的剩磁能量通過VD2和N3向輸入電源饋送。第十一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二工作原理隔離型Buck變換器——單端正激變換器續(xù)流階段VD2截止磁芯中的能量釋放完畢。VD1導(dǎo)通或截止（1）如果電感儲能能夠維持電流連續(xù)至下個周期開始，VD1始終導(dǎo)通。（2）如果電感電流斷續(xù)，則VD1截止。第十二頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二工作原理隔離型Buck變換器——單端正激變換器uVD1Uo輸出電壓平均值VT截止時第十三頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二隔離型Buck變換器——單端正激變換器

正激變換器的設(shè)計開關(guān)管的選擇（1）開關(guān)管的漏極額定電流必須大于流過IGBT漏極實(shí)際電流IDmax。（2）當(dāng)N1=N3時，開關(guān)管承受最大電壓為2Ui第十四頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二隔離型Buck變換器——單端正激變換器整流二極管、續(xù)流二極管的選擇（1）流過整流二極管和續(xù)流二極管中的電流峰值均為電感電流峰值（2）VD1承受最大電壓出現(xiàn)在VT導(dǎo)通時（3）VD承受最大電壓出現(xiàn)在VT截止時第十五頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二隔離型Buck變換器——單端正激變換器多路輸出的正激變換器原理圖第十六頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二隔離型Buck變換器——單端正激變換器例前頁所示正激變換器，輸入電源電壓60V，二次主輸出的平均輸出電壓為5V,開關(guān)頻率為1kHz，輸出電感電流紋波最大值為0.1A，原邊邊繞組匝數(shù)60，匝比Nr/Np等于1。求：

（1）副邊主繞組匝數(shù)最小值Nsm；（2）輸出濾波電感Lom的值。第十七頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二隔離型Buck-Boost變換器——單端反激變換器

電路的構(gòu)成基本Buck-Boost變換器隔離型Buck-Boost變換器電感—>隔離變換器第十八頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二隔離型Buck-Boost變換器——單端反激變換器電路的構(gòu)成單端反激式（Flyback）變換器VT導(dǎo)通時，VD截止VT截止時，VD導(dǎo)通電感儲能型變換器第十九頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二導(dǎo)通終了時，i1的幅值隔離型Buck-Boost變換器——單端反激變換器

工作原理VT導(dǎo)通時，VD截止i1i2流過N1的電流VT截止時，VD導(dǎo)通I2p為VT截止時i2的幅值流過N2的電流第二十頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二隔離型Buck-Boost變換器——單端反激變換器3種工作狀態(tài)變壓器磁通臨界連續(xù)狀態(tài)VT截止時間toff和繞組N2中電流i2衰減到零所需的時間相等第二十一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二隔離型Buck-Boost變換器——單端反激變換器變壓器磁通不連續(xù)狀態(tài)VT截止時間toff比繞組N2中電流i2衰減到零所需的時間更長即toff>(L2/UO)I2P第二十二頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二隔離型Buck-Boost變換器——單端反激變換器輸入輸出電壓關(guān)系即輸入功率為VT導(dǎo)通期間，變壓器T儲能輸出功率為假定電路無損結(jié)論：（1）Uo與負(fù)載RL有關(guān)，RL↑→Uo↑（2）Uo與導(dǎo)通時間成正比（3）與電感量L1成反比第二十三頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二隔離型Buck-Boost變換器——單端反激變換器

開關(guān)管承受電壓VT截止時，N1上的感應(yīng)電勢VT截止時，漏-源承受的電壓第二十四頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二隔離型Buck-Boost變換器——單端反激變換器

變壓器磁通連續(xù)狀態(tài)VT截止時間較小，toff<(L2/UO)I2P，即I2min>0第二十五頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二隔離型Buck-Boost變換器——單端反激變換器電壓傳輸比VT導(dǎo)通VT截止伏秒平衡第二十六頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二隔離型Buck-Boost變換器——單端反激變換器

變換器的設(shè)計變壓器磁通不連續(xù)開關(guān)管的選擇整流二級管的選擇第二十七頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù)使用單端變壓隔離器遇到的問題如何使變壓器磁芯在每個脈動工作磁通之后都能回復(fù)到磁通起始值去磁復(fù)位問題開關(guān)導(dǎo)通時，電流很大開關(guān)段開始，過電壓很高如果每個周期不去磁，剩余磁通的累加可能導(dǎo)致磁芯飽和第二十八頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù)磁芯復(fù)位線路種類把磁芯殘存能量自然地轉(zhuǎn)移，在為了復(fù)位所加的元件上消耗掉，或者把殘存能量反饋到輸入端或輸出端方法一

通過外加能量的方法強(qiáng)迫磁芯的磁狀態(tài)復(fù)位方法二采用哪種方法取決于功率P的大小和所使用的磁芯磁滯特性而定第二十九頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù)2種典型的磁芯磁滯特性曲線低Br鐵氧體、鐵粉磁芯、非晶合金磁芯復(fù)位常用轉(zhuǎn)移損耗法，線路簡單可靠高Br無氣隙的晶粒取向鎳－鐵合金磁芯復(fù)位常用強(qiáng)迫法，線路較復(fù)雜第三十頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù)

低Br的去磁方法轉(zhuǎn)移損耗法磁芯去磁線路（a）與原邊繞組連接（b）與副邊繞組連接第三十一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù)低Br的去磁方法再生式磁芯去磁線路（a）能量－>電源（b）能量－>負(fù)載第三十二頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù)高Br的去磁方法強(qiáng)制磁芯去磁各種方法（a）加恒流源和變壓器附加繞組（b）外部加永久磁鐵第三十三頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù)高Br的去磁方法強(qiáng)制磁芯去磁各種方法（c）利用濾波電感作為恒流源第三十四頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二單端變壓隔離器的磁通復(fù)位技術(shù)

高電壓源變換器中去磁電路雙開關(guān)、單端去磁線路（a）利用原邊繞組本身（b）利用部分原邊繞組第三十五頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二雙管正激式DC/DC變換器

電路結(jié)構(gòu)

工作原理VT2VT1、VT2同時動作VT1、VT2同時導(dǎo)通：UNP－>UNS，iVD3↑，iVD4↓IP=IS/n（n=NP/NS）VT1、VT2同時關(guān)斷：VD1，VD2能量反饋回Ui，并嵌位；VD3關(guān)斷，VD4

續(xù)流導(dǎo)通注意點(diǎn)：D≤0.5VD4反向恢復(fù)時間漏感值第三十六頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二全橋變換器

全橋變換器的構(gòu)成全橋變換器電路拓?fù)溲葑冞^程優(yōu)點(diǎn)：UVT1max＝UVT2max≈Ui缺點(diǎn)：變壓器利用率較低1.大功率場合常用電路2.VT1和VT2

或VT3和VT4同時導(dǎo)通3.變壓器得到充分利用第三十七頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二全橋變換器

工作原理t0~t1:uG1,4=1，VT1,VT4導(dǎo)通，UNP=Ui

；iVD5↑，iVD6↓－>VD5導(dǎo)通，VD6關(guān)斷t1~t2:uG1,4=uG2,3=0，VT1～VT4關(guān)斷；uVT1=uVT2=uVT3=uVT4=(1/2)Ui

t2~t3:uG2,3=1，VT2,VT3導(dǎo)通，UNP=-Ui

；iVD6↑，iVD5↓－>VD6導(dǎo)通，VD5關(guān)斷t3~t4:uG1,4=uG2,3=0，VT1～VT4關(guān)斷；uVT1=uVT2=uVT3=uVT4=(1/2)Ui

第三十八頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二全橋變換器緩沖器的組成及作用第三十九頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二全橋變換器

緩沖器的組成及作用兩種運(yùn)行方式的B-H范圍第四十頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二半橋變換器

半橋變換器的構(gòu)成半橋式變換器的電路拓?fù)?.用2個相同的電容器代替2個晶體管2.降低成本，增大電路體積3.常用于低功率變換器4.初級電壓峰值為全橋電路一半，電流為全橋的2倍第四十一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二半橋變換器

工作原理t0~t1:uG1=1，VT1導(dǎo)通，UNP=(1/2)Ui

；iVD5↑，iVD6↓－>VD5導(dǎo)通，VD6關(guān)斷t1~t2:uG1=uG2=0，VT1、VT2關(guān)斷，UNP=0；uVT1=uVT2=(1/2)Ui

；

VD5、VD6均導(dǎo)通為L提供續(xù)流回路t2~t3:uG2=1，VT2導(dǎo)通，UNP=-(1/2)Ui

；iVD