带隔离变压器的直流变换器ppt课件

1 隔离DC DC变换电路 DC AC DC 特点 输入输出隔离 可以多路输出 可以升降压 远大于1或远小于1 分类 单管正激 反激双管推挽 半桥四管全桥 按输出来分单端 正激 反激双端 推挽 半桥 全桥 2 单端反激式变换器 Flyback 1 电路构成 T Q D C QON时 D截止 电感储能 QOFF时 D导通 电感释能 2 工作过程 能量不能突变 磁通不能突变电感电流不能突变 3 单端反激式变换器 QON时 同名端为 D截止电感变压器作电感运行电感储能 输出负载由电容提供能量 若电感L1是线性的 则 4 单端反激式变换器 QOFF时 同名端为 D导通 电感储存能量向电容和负载提供 若电感L2是线性的 则 5 磁通 垂直于某一面积所通过的磁力线总数 磁物理量 定义 磁场强度H 描述磁场的力的性质的物理量 完全只是反映磁场来源的属性 与磁介质没有关系 磁感应强度B 是描述磁场的力的性质的物理量 反映磁场来源的属性 与磁介质的属性 磁导率 表征磁介质磁性的物理量 关系式 在变压器中 而 6 单端反激式变换器状态分析 在稳态时 转换瞬间磁通连续 此外 电感与匝数的平方成正比 代入前式 7 单端反激式变换器的同名端变化 对于反激式变换器 在一个周期内 可以自动完成磁复位 如果将反激式变换器的变压器同名端改为相同端 则不能完成磁复位 8 变压器的磁复位 在晶体管导通时 输入电流包含负载电流折射分量i2 和磁化电流分量im 磁化电流im将能量储存在变压器磁芯中 问题 当晶体管关断时 没有磁场泄放回路 会造成过大的电压应力 并且导致铁心饱和 危害功率器件 解决方法 变压器额外加上复位绕组N3和二极管 2 9 正激式变换器的电路变化 BUCK变换器 带变压器隔离BUCK变换器 带磁复位正激式变换器 输入输出间无法隔离 变压器无法实现磁复位 10 正激式变换器 1 电路构成 T Q LC D1 D2 D3 11 正激式变换器 QON时 D1导通 传递能量 QOFF时 D1截止 磁复位 D3续流 实际上和降压变压器工作方式类似 变压器次级 输出端 2 工作过程 输入输出关系 式中 变比n N1 N2 12 13 特点 变压器双向磁化 利用率高 输出交流脉冲常用电路有 推挽 半桥 桥式适合DC AC DC DC 中大功率应用 交流电机调速 UPS DC DC电源等 多晶体管功率变换器 14 电路结构 原边 两桥臂 C1Q1 C2Q2C1C2是两个大容量电容 半桥电路 副边 N2N3匝数相等全波整流电路 两桥臂 D1 D2 用LC滤波电路输出 假设 由于C1 C2容量较大 可近似认为电容中点电位为Ui 2 15 工作模态1 Q1导通时 ton 原边 C1放电 C2充电u1 Ui 2 uQ2 Ui副边 D1导通 电感储能 电容充电u2 nUi 2 uD2 nUi 16 工作模态2 Q1关断 Q2未导通时 tof 原边 没有电流uQ1 uQ2 Ui 2副边 D1D2同时导通 各自承担电感电流的一半 电感释能 17 工作模态3 Q2导通时 ton 原边 C2放电 C1充电u1 Ui 2 uQ1 Ui副边 D2导通 电感储能 电容充电u3 nUi 2 uD1 nUi 18 Q2关断 Q1未导通时 tof 原边 没有电流uQ1 uQ2 Ui 2副边 D1D2同时导通 电感释能 工作模态4 19 当电路稳态工作时 副边回路应满足 即 整理得 数量关系 结论 通过调节占空度 可以调节输出电压的大小 20 半桥电路工作状态小结 原边 Q1 Q2交替导通 在u1侧得到幅值为Ui 2的交流电压C1 C2充放电时间各为T 2副边是一个全波电路 用LC滤波电路输出D1 D2轮流工作 当Q1和Q2都关断时 D1D2各自承担电感电流的一半晶体管承受的最高电压为Ui 二极管承受的最高电压为nUiQ1Q2各自的ton不能超过周期的50 21 变压器不存在直流磁化问题 半桥电路工作状态小结 若Q1 Q2导通关断时间对称 若Q1 Q2导通关断时间不对称C1 C2的隔直作用 能自动平衡不对称直流分量 22 推挽功率电路 电路结构 原边 具有中间抽头的变压器 副边 全波整流电路 两桥臂 D1 D2 用LC滤波电路输出 23 工作模态1 Q1导通时 ton 原边 u1 Ui uQ2 2Ui副边 D1导通 电感储能u2 nUi uD2 2nUi 24 工作模态2 Q1关断 Q2未导通时 tof 原边 没有电流uQ1 uQ2 Ui副边 D1D2同时导通 电感释能 25 Q2导通时 ton 原边 u1 Ui uQ2 2Ui副边 D2导通 电感储能u2 nUi uD1 2nUi 工作模态3 26 工作模态4 Q2关断 Q1未导通时 tof 原边 没有电流uQ1 uQ2 Ui副边 D1D2同时导通 电感释能 27 当电路稳态工作时 副边回路应满足 即 整理得 数量关系 结论 通过调节占空度 可以调节输出电压的大小 28 原边 Q1 Q2交替导通 在u1侧得到幅值为Ui的交流电压副边是一个全波电路 用LC滤波电路输出D1 D2轮流工作 当Q1和Q2都关断时 D1D2各自承担电感电流的一半晶体管承受的最高电压为2Ui 二极管承受的最高电压为2nUiQ1Q2各自的ton不能超过周期的50 推挽电路工作小结 29 在理想情况下 元器件和导通时间是完全对称的 那么变压器中正负电流也是完全对称的 变压器没有直流磁化问题 在实际情况中 导通时间和元器件不可能完全对称 那么变压器中的正负电流也不可能完全对称 因此会存在直流分量 造成磁路饱和 解决办法 可以在原边回路中串联一个电容 以阻断直流电流 推挽电路工作小结 30 推挽电路对变压器的要求 2 原边除了与副边良好耦合外 N1与N1 之间也必须紧耦合 否则因存在漏感 就会产生很高的尖峰电压 使晶体管损坏 3 实际中N1与N1 不可能完全耦合 总有一些漏感 在转换时引起电压尖峰 实际选取晶体管的U BR ces比Uce 2Ui决定值要大 因此推挽电路一般适用于低输入电压场合 1 推挽电路必须良好的对称 如果正负脉冲宽度或幅值稍有不对称 或初级线圈不对称 就会产生直流磁化分流 偏磁而导致铁心饱和 31 电路结构 原边 变压器接在两个桥臂的中点 副边 单相桥式电路 用LC滤波电路输出 全桥功率电路 Q1 Q4一组 Q2 Q3一组交替导通 两个桥臂晶体管的驱动信号相差180 工作原理 32 工作模态1 Q1 4导通时 ton 原边 u1 Ui uQ2 3 Ui副边 D1 4导通 电感储能u2 nUi uD2 3 nUi 33 工作模态2 Q1 2 3 4都关断时 tof 原边 没有电流副边 D1 2 3 4导通 电感释能u2 0 iD1 2 3 4 iL 2 34 工作模态3 Q2 3导通时 ton 原边 u1 Ui uQ1 4 Ui副边 D2 3导通 电感储能u2 nUi uD1 4 nUi 35 工作模态4 Q1 2 3 4都关断时 tof 原边 没有电流副边 D1 2 3 4导通 电感释能u2 0 iD1 2 3 4 iL 2 36 数量关系 当电路稳态工作时 副边回路应满足 整理得 结论 通过调节占空度 可以调节输出电压的大小 37 全桥功率电路工作小结 原边 Q1 Q2交替导通 在u1侧得到幅值为Ui的交流电压副边是一个全波电路 用LC滤波电路输出D1 D2轮流工作 当Q1和Q2都关断时 D1D2各自承担电感电流的一半晶体管承受的最高电压为Ui 二极管承受的最高电压为nUiQ1Q2各自的ton不能超过周期的50 38 在理想情况下 元器件和导通时间是完全对称的 那么变压器中正负电流也是完全对称的 变压器没有直流磁化问题 在实际情况中 导通时间和元器件不可能完全对称 那么变压器中的正负电流也不可能完全对称 因此会存在直流分量 造成磁路饱和 解决办法 可以在原边回路中串联一个电容 以阻