带隔离变压器的直流变换器

.,1,隔离DC-DC变换电路（DCACDC）,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nN1/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u1Ui/2，uQ2Ui副边：D1导通，电感储能，电容充电u2nUi/2，uD2nUi,.,16,工作模态2,Q1关断，Q2未导通时:(tof),原边：没有电流uQ1uQ2Ui/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，uQ1Ui副边：D2导通，电感储能，电容充电u3-nUi/2，uD1nUi,.,18,Q2关断，Q1未导通时:(tof),原边：没有电流uQ1uQ2Ui/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：u1Ui，uQ22Ui副边：D1导通，电感储能u2nUi，uD22nUi,.,24,工作模态2,Q1关断，Q2未导通时:(tof),原边：没有电流uQ1uQ2Ui副边：D1D2同时导通，电感释能,.,25,Q2导通时：（ton）,原边：u1Ui，uQ22Ui副边：D2导通，电感储能u2nUi，uD12nUi,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uQ1uQ2Ui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Uce2Ui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：u1Ui，uQ2、3Ui副边：D1、4导通，电感储能u2nUi，uD2、3nUi,.,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u20，iD1、2、3、4iL/2,.,34,工作模态3,Q2、3导通时：（ton）,原边：u1-Ui，uQ1、4Ui副边：D2、3导通，电感储能u2-nUi，uD1、4nUi,.,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u20，iD1、2、3、4iL/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