隔离型DC-DC变换器.ppt

1,13隔离型的直直变换器,在实际应用中，基于电压等级的变换，安全，隔离，系统串、并联等原因，开关电源的输入与输出之间往往需要电气隔离，这时可在非隔离型的直直变换器电路中加入高频变压器，就可以得到隔离型的直直变换器。,按照工作时对变压器铁芯的不同励磁方式，隔离型的直直变换器可分为以下两中基本类型：（1）单向励磁方式。即只利用磁滞回线（B-H曲线）正的部分(第象限)，如单端正激型变换器、单端反激型变换器等。（2）双向励磁方式。即交替利用磁滞回线的正、负部分（第、象限），如推挽型变换器、半桥型变换器、全桥型变换器等。,2,13隔离型的直直变换器,1.3.1正激变换器（或称前馈型换流器，ON-ON方式）-ForwardConverter1基本电路-开关导通期间向外送出能量，由BUCK电路派生。,3,13隔离型的直直变换器,原理及数量关系：（输出电流连续时）S导通时，付边D1通，D2断，L储能，左+右-，大小：，上升。S关断时，通过D2续流，线性下降，左-右+，大小：进入稳态后，电感电压在一个周期内的积分为0，即整理得：，式中N=N1/N2缺点：S容易击穿;变压器存在直流分量，容易饱和。,4,13隔离型的直直变换器,2.改进型电路之一：增加去磁绕组N3,原理：设N1=N3。S导通期间，D3截止，N3不起作用。S关断时，原边电压反向，当反向电压达到Ud时，导通，并将反相电压限制在Ud,这样S截止时反压是2Ud。,5,13隔离型的直直变换器,磁心复位：开关S开通后，变压器的励磁电流im由零开始，随着时间的增加而线性的增长，直到S关断。S关断后到下一次再开通的一段时间内，必须设法使励磁电流降回零，否则下一个开关周期中，励磁电流将在本周期结束时的剩余值基础上继续增加，并在以后的开关周期中依次累积起来，变得越来越大，从而导致变压器的励磁电感饱和。励磁电感饱和后，励磁电流会更加迅速的增长，最终损坏电路中的开关元件。因此在S关断后使励磁电流降回零是非常重要的，这一过程称为变压器的磁心复位。过程：开关S关断后，变压器励磁电流通过3绕组和流回电源，并逐渐线性的下降为零。从S关断到3绕组的电流下降到零所需的时间trst由式给出。S处于断态的时间必须大于trst，以保证S下次开通前励磁电流能够降为零，使变压器磁心可靠复位。,6,图1.25磁芯复位原理,复位时间：,最大占空比：,7,图1-26实际正激变换器的波形图,8,13隔离型的直直变换器,3改进型电路之二：双正激电路特点：S和S同时导通和关断，和为嵌位二极管，它们在开关管关断时导通，从而把开关管的反向电压嵌位在Ud上;且励磁电流通过二极管回馈到电源，从而取消了去磁绕组。器件耐压:Ud适用场合:中小功率场合（几百W几kW）。,9,13隔离型的直直变换器,1.3.2单端反激（或称回馈型换流器，ON-OFF方式）-FlybackConverter基本电路-由升降压型电路派生(S截止时向外送出能量),10,1.3.2单端反激变换器,工作原理：S导通时，由于变压器付边感应的电压使D反偏截止，变压器原边绕组储能，C为负载提供能量。S截止时，变压器次级绕组向负载释放能量。数量关系：（输出电流连续CCM时）对于变压器原边，有：整理得：式中N=N1/N2器件耐压：缺点：S容易击穿;变压器存在直流分量，容易饱和。,11,1.3.2单端反激变换器,实用中注意的问题：1）不允许空载因，（式中RL是负载电阻，LP是高频变压器原边的励磁电感），空载时，有可能击穿开关器件。2）不能在C之前加电感来增强滤波作用原因：电感L具有阻止流过它的电流发生突变的性能，即它对突变电流呈现无限大的阻抗。因此，在T止、D通的瞬间，L相当于一个无限大的阻抗，它和RL串联接至高频变压器的付边，折算到高频变压器的原边，使原边电感的阻抗也趋向无限大，结果在高频变压器的原边产生一个很高的电势，从而可能导致在关断状态的开关管或高频变压器原边绕组的绝缘击穿。,12,1.3.2单端反激变换器,实用中注意的问题：3）采用双反激电路：减小开关器件承受电压并实现磁心复位采用多个Flyback并联：以提高输出功率,双反激电路,两个Flyback,13,1.3.3推挽型(Push-pull)变换器,电路结构：如图,特点：S1、S2交替导通，不能同时导通,每个开关的占空比不能超过50%。对L：数据关系：，N=N1/N2耐压(较高)：S1通、S2断时，US2=2Ud;S2通、S1断，US1=2Ud;优点：因S1、S2共地，驱动电路设计简单。,14,1.3.4半桥型(Half-bridge)变换器,电路结构：如图,特点：通过电容器C1、C2建立电压中点，S1、S2交替闭合，闭合的时间均为tON，不能同时导通。对L：数据关系：N=N1/N2耐压：Ud;缺点：因S1、S2不共地，驱动电路需要隔离。,15,1.3.5全桥型(Full-bridge)变换器,电路结构：如图,特点：隔离变压器原边的全桥中开关元件成对动作，（S1，S4）为一组，（S2，S3）为另一组。两开关对交替动作、且闭合的时间均为tON。对L：数据关系：N=N1/N2耐压：Ud;优点:输出功率最大。缺点：需要4个开关器件，需要4组彼此绝缘的驱动电路，电路最复杂。,16,表1-1各种隔离型