电力电子技术（第2版）课件第3章 直流直流变流电路

3.1DC-DC变换的基本控制方式3.2基本斩波电路3.3组合式斩波电路3.4隔离型直流变换电路本章小结第3章直流-直流变换技术预习检查直流斩波器有哪几种种基本控制方式？前课重点引言实现电能变换的电路称为变换电路或变流电路直流-直流变流电路（DC/DCConverter）包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。直接直流变流电路也称斩波电路（DCChopper）。功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。一般不隔离。间接直流变流电路增加了交流环节。在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称为直—交—直电路。23.1DC-DC变换的基本控制方式32、DC-DC变换的基本控制方式

两种基本控制方式：时间比和瞬时值控制。时间比控制方式脉冲频率调制（PFM）脉冲宽度调制（PulseWidthModulation-PWM）混合调制PWM基本原理内容为：冲量相等而形状不同的PWM波（或窄脉冲）加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。2个冲量相等输入时，输出的电流波形基本相同。电路图如图3-1a)图3-1面积等效示意图a）电路原理

3.1DC-DC变换的基本控制方式4波形如图3-1b)。仅在PWM输入时，电流有高频脉动。其输出电流基本上是平直的波形。约等同于直流输入。瞬时值控制方式

实时比较，使实际值向参考值逼近的一种控制方式。图3-1面积等效示意图b）输入波形

3.2基本斩波电路53.2.1降压斩波电路3.2.2升压斩波电路3.2.3升降压斩波电路3.2.4Cuk斩波电路3.2.5Speic和Zeta斩波电路3.2.1降压斩波电路图3-2降压斩波电路的原理图1．Buck电路结构与工作原理电路结构VT是开关器件IGBT。也可选用MOSFET、GTR等器件。L为能量传递电感设置了续流二极管VD。C为滤波电容R为模拟负载us为输入直流电压uO为输出电压。63.2.1降压斩波电路工作原理当VT导通时，二极管VD截止，us通过L向负载传递能量，此时iL增加；当VT关断时，iL将通过二极管VD续流，iL降低，L储能减少。iL不可能为负，

RL可获得单极性的直流电压。7开关器件VT周期性地开关，可控制输出电压平均值。图3-2降压斩波电路的原理图82．电感电流连续模式（CCM）下稳态特性分析等效电路假设：元器件均是理想的。负载电流IO为恒定。连续导电模式：即电感电流恒大于零情形。开关管VT导通时等效电路如图3-3a）；开关管VT截止时的等效电路如图3-3b）。uL正方向如图，实际电压为负。3.2.1降压斩波电路a）b）图3-3降压斩波等效电路：连续导电模式a）VT导通，VD截止b）VD导通，VT截止

93.2.1降压斩波电路波形分析uG为高时，VT导通，L上电压为US-UO

波形如图3-4。iL增加，VT的iS与iL

相同，VD无电流，时间ton

；图3-4电感电流连续时工作波形USUO103.2.1降压斩波电路uG为低时，VT关断，L承受电压为-UO，iL减小。VT无电流，iD与iL

相同，时间toff。波形如图3-4。周期TS，记导通比或占空比：图3-4电感电流连续时工作波形0UO11基本的数量关系输入输出电压关系uG为高时，A点电压为

USuG为低时，

A点电压为0A点电压平均值为：稳态时电感元件满足伏秒平衡律，则关于电感元件的伏秒平衡律进一步推导如下uG为高电平时，L上承受电压为US-UO；（0≤t≤ton）(3-1)(3-2)3.2.1降压斩波电路12(3-6)(3-7)即（0≤t≤ton）(3-3)（0≤t≤ton）(3-4)在开通期间，电流增大。在ton≤t<TS期间，L承受电压为-UO（ton≤t≤TS）(3-5)3.2.1降压斩波电路133.2.1降压斩波电路即电感元件满足伏秒平衡律，即电感电压在一周期中的平均值为零。(3-8)整理得（0≤t≤ton）(3-4)(3-7)稳态时，故有iL(0)=iL(TS)。143.2.1降压斩波电路记由于ρ≤1，稳态电压比值小于等于1，故称为降压变换器。(3-10)(3-8)M称为稳态电压变换比(3-9)(3-1)153.2.1降压斩波电路电感电流纹波iL(ton)为电感电流最大值，iL(0)为其最小值。电感电流纹波（峰-峰值）为：(3-11)临界电流连续时，电流三角波，峰值是平均值2倍。据上面，可求临界电流连续时的电感量163.2.1降压斩波电路16输出电压纹波即得电压纹波ΔUO：iC电容电流iC=iL(t)-IOt1t2（据三角形关系，t1=ton/2，t2=ton/2+TS/2）173.2.1降压斩波电路17(3-12)ton/2到ton/2+TS/2的TS/2区间内，iC平均值为1/4的ΔIL。ton/2ton/2+TS/2(3-11)讨论提纲时间比控制有哪三种控制方式？PWM基本原理中“冲量相等”是什么意思？)。BUCK电路电感电流连续时输入与输出电压什么关系？降压斩波电路临界电感电流时的电感量计算。(电流变化与输出电流什么关系？)深度问题：18降压斩波电路输出电压纹波与电感电流纹波有必然的联系吗？总结直流-直流变换电路包括直接直流变换电路和间接直流变换电路直流斩波器有时间比控制和瞬时值控制两种基本控制方式。CCM下，输出电压与输入电压的关系与占空比有关。CCM下，电感电流纹波、输出电压纹波是很重要的参量。临界连续时，电流变化量是输出平均电流的2倍。19例题3-1：某Buck变换电路，斩波频率40kHz，滤波元件参数为L=0.8mH，C=330µF。若电源电压US=16V，希望输出电压UO=9V，输出平均电流IO=1A，已知电感电流处于连续状态；试计算：1）电感上电流纹波ΔIL；2）输出电压纹波比ΔUO/UO；3）若输入电压、开关周期不变，占空比ρ改变为0.1，要求电感电流连续、输出电压纹波小于1%，计算滤波电感L和电容C的参数。

203.2.1降压斩波电路预习检查升压斩波电路中开关管一直断开时，输出电压与输入电压关系？前课重点解：21负载电阻1）电流连续，占空比3.2.1降压斩波电路223.2.1降压斩波电路2）输出电压纹波比3）由于占空比要求电流连续，至少处于临界电流连续状态，临界电流连续时(3-11)23电容C>70µF选取电容C为100µF，额定电压应取实际承受最大电压的1.1～1.5倍。根据3.2.1降压斩波电路3.2.2升压斩波电路241．Boost电路结构与工作原理电路结构又称Boost斩波电路（BoostChopper），图3-7所示，图3-7升压斩波电路工作原理设VT由uG控制；当uG为高电平时，VT导通，iL增加，电感L储能增加，同时负载由C供电；当uG为低电平时，VT关断，iL通过VD向电容、负载供电，UO=US-uL，iL减少，L感应电势uL＜0，故UO＞US。3.2.2升压斩波电路2．电感电流连续模式（CCM）下稳态特性分析等效电路当VT导通时，相当于短路，等效电路如图3-8a）所示。VT关断时，相当于断开，VD导通，如图3-8b）所示。uL两端的正负号表示正方向规定，实际电压为负。图3-7升压斩波电路a）b）图3-8连续导电模式的升压斩波等效电路a）VT导通，VD截止b）VT关断，VD导通3.2.2升压斩波电路26波形分析如图3-9a）当uG为高电平时，VT导通，uT=0

uL=uS

，iT=iL增加，iD=0；图3-9升压斩波电路主要工作波形a）连续导电模式US03.2.2升压斩波电路27当uG为低电平时，VT断开，uL=Us-uOiT=0uT=uO

iD=iL图3-9升压斩波电路主要工作波形a）连续导电模式USUO3.2.2升压斩波电路28基本的数量关系电感元件的伏秒平衡规律得(3-36)记电压变换比

，导通占空比设

，则

，可得(3-37)，证明升压斩波电路输出电压高于输入电压。3.2.2升压斩波电路29理想时，故电源输入功率和负载消能功率相同，故有：(3-38)整理得电源平均电流表达式为：(3-39)电源电流纹波：临界电流连续时，输入电源平均电流303.2.2升压斩波电路二极管VD在toff期间流过电流，在开通期间无电流设在toff内的平均值为IdbD，—周期中平均电流为(TS-ton)IdbD/TSIO=UO/RL，得到IdbD=TSIO/(TS-ton)在toff内，用平均电流IdbD代替电流瞬时值，IdbD>IO，对电容是充电的，iC=IdbD-IO，电容电压上升。313.2.2升压斩波电路(3-40)输出电压纹波ΔUO可表示为电压纹波随导通占空比增大而增加，IdbD=TSIO/(TS-ton)IdbD-IO=tonIO/(TS-ton)tonIO/C32例题3-2：某Boost变换器，输出端电容很大，开关频率设为40kHz，输入电压在16～32V较宽范围内变化。要求通过调整导通占空比使输出电压等于48V，最大输出功率为144W。如果滤波电容为1000µF，试求：1）导通占空比范围；2）变换器工作在电流连续状态下，可能使用的最小电感；3）输出最大电压纹波。3.2.2升压斩波电路解：1）当输入电压在16～32V较宽范围内变化时，根据则导通占空比332），μs3.2.2升压斩波电路根据临界电流连续时则34对ρ求导，L极值出现在ρ=1/3处，然后随着ρ增大L值减小，要保证电流连续，则3）ρ最大时，输出最大电压纹波3.2.2升压斩波电路讨论提纲降压斩波电路电感电流临界连续时的与输出电压、电感量、占空比之间的关系升压斩波电路电感电流连续时的输入与输出电压什么关系？升压斩波电路输出电压、电感量、占空比之间关系?升压斩波电路开关管一直导通可以吗？深度问题：35试将降压斩波电路、升压斩波电路组合成一个电路，使输入、输出具备升降压功能。总结降压斩波电路的计算中，电感量、电压电流纹波是重点升压斩波电路、波形、计算要结合起来分析，融会贯通升压斩波电路的计算中，电感量、电压电流纹波是重点全面熟练掌握降压斩波电路与升压斩波电路的各项内容的分析。36373.2.3升降压斩波电路1．升降压斩波电路结构与工作原理电路结构又称Buck-Boost斩波电路（Buck-BoostChopper）。既可升压，也可降压的斩波电路。如图3-11所示。图3-11升降压斩波电路工作原理当VT导通时，VD截止时，电感从电源US获取能量，C维持输出电压；当VT截止时，L中储能传递给电容及负载RL，输出电压极性为下正上负。预习检查升降压斩波电路输出电压与输入电压极性相同吗？前课重点382．电感电流连续模式（CCM）下稳态特性分析等效电路连续导电模式下，等效电路如图3-12所示。图3-12a）为VT导通、VD截止时等效电路。图3-12b）为VT截止、VD导通时等效电路。uL实际电压为负。图3-12升降压斩波等效电路：连续导电模式a）VT导通，VD截止b）VT截止，VD导通3.2.3升降压斩波电路393.2.3升降压斩波电路波形分析波形如图3-13所示。当uG为高时，VT导通，uT=0

，uL=uS

，iT=iL增加，VD截止iD=0；图3-13升降压斩波电路工作波形a）连续导电模式403.2.3升降压斩波电路当uG为低时，VT断开，uT=Us+uO

，uL=-uO，iL减小iD=iL减小。iT=0图3-13升降压斩波电路工作波形a）连续导电模式41基本的数量关系由电感元件稳态时伏秒平衡规律：(3-51)即(3-53)其中ρ=ton/TS，可使M在0~∞之间变化，既可升压，也可降压。3.2.3升降压斩波电路图3-13升降压斩波电路工作波形(3-52)有两个导电回路。一是电源US正端、L1、VT、US负端；另一个是电容C1、开关管VT、负载RL//C2、L2

、C1另一端。3.2.4Cuk斩波电路421．Cuk斩波电路结构与工作原理电路结构如图3-15所示。它既可升压,也可降压。L1C1为能量传递的元件，L2C2为滤波元件。工作原理当VT导通，VD截止,

US向L1输送能量，iL1上升，L1储能增加。图3-15库克变换电路当VT截止，VD导通，L1中电流流经C1、电源，L1储能同时向C1传递能量。此间UO靠C2与L2基本维持不变。也有两个导电回路。一是电源US正端、L1、C1、VD、US负端；另一个是L2、VD、RL并联C2、L2另一端。3.2.4Cuk斩波电路43图3-15库克变换电路VT关断期间二极管VD是否全程导通分为第一模式和第二模式两种工作模式。3.2.4Cuk斩波电路442.第一模式下稳态特性分析等效电路根据前面分析，第一模式的等效电路如图3-16所示。图3-16a）为VT导通，VD截止时的等效电路；图3-16b）为VT截止，VD导通时的等效电路图3-16第一模式的库克斩波等效电路a）T导通，D截止b）T截止，D导通3.2.4.CUK斩波电路45工作波形如图3-17所示。当VT导通，uT=0

，uL1=US

，iT=iL1增加，

uL2=UC1-UO=US

，iL2在UC1的作用下增加图3-17库克变换器主要工作波形3.2.4.CUK斩波电路46工作波形当VT断开，iT=0，uT=UC1，

uL1=US

-UC1=-UO，

iL1减小，uL2=-UO，

iL2减小，

iD=iL1

+iL2减小，其中UC1=US+UO图3-17库克变换器主要工作波形3.2.4.CUK斩波电路47基本的数量关系对于L1：US

ton+（US-UC1)×(TS-ton)=0对于L2：（UC1-UO)ton-UO×(TS-ton)=0得到：UC1=US+UO，其中UL1满足(3-55)即USton-UO×(TS-ton)=0，则：(3-56)图3-17库克变换器主要工作波形3.2.4.CUK斩波电路48特点优点：其输入电源电流和输出负载电流都是连续的。脉动小有利于对输入、输出进行滤波。缺点：其输入输出电压极性相反。图3-18a）第二模式的库克变换器等效电路a）VT导通，VD截止b）VT截止，VD导通

c）VT、VD均截止3.2.5Speic和Zeta斩波电路49当VT断态时，US、L1、C1、VD、负载构成一个回路。L2、VD、负载也构成一个回路。此阶段US通过L1既向负载供电，同时也向C1充电。1．Speic电路原理（自学为主）工作原理图3-19是Sepic斩波电路；当VT通态时，US、L1、VT构成一个回路。C1、VT、L2也构成一个回路，L1和L2的电流上升。

图3-19Sepic斩波电路(3-58)50基本的数量关系C1的电流在一周期内的平均值应为零，即当电感电流连续时(3-59)(3-60)忽略电路损耗，输入输出关系：(3-61)3.2.5Speic和Zeta斩波电路512．Zeta斩波电路原理（自学为主）工作原理图3-20是Zeta斩波电路在VT通态US经1VT向L1贮能。US和C共同向负载R供电，并向C2充电。VT关断后L1、C1、VD构成振荡回路，L1的能量转移至C1。C2向负载供电，L2的电流则经负载并通过VD续流。图3-20Zeta斩波电路3.2.5Speic和Zeta斩波电路(3-62)52基本的数量关系当电感电流都连续时忽略电路损耗，输入输出关系：(3-63)Zata斩波电路和Sepic斩波电路具有相同的输入输出关系。Sepic电路中，电源电流连续，反之，Zeta电路的负载电流连续；两种电路输出电压为正极性的。Zata和Sepic斩波电路较复杂，限制了其应用范围。3.2.5Speic和Zeta斩波电路讨论提纲升降压斩波电路输出电压与输入电压与占空比关系（电流连续时）？Cuk斩波电路输入电源电流、输出端二极管电流是跳变的还是平缓变化的？理论上第一模式下Cuk斩波电路输出电压的范围是多少？深度问题：53实现高效率升降压，为什么很少采用Speic和Zeta斩波电路？总结升降压斩波电路输入输出电压极性相反库克斩波电路输入输出电压极性相反库克斩波电路中输入输出电流纹波均很小，电路结构较佳。但电容有较大充放电电流。Sepic斩波电路和Zeta斩波电路输出电压与输入电压极性相同，使用起来比较方便，但电路较复杂。以上四（六）种DC/DC斩波电路的输入输出之间存在直接电连接。543.3组合式斩波电路553.3.1电流可逆斩波电路3.3.2桥式可逆斩波电路3.3.3多相多重斩波电路预习检查电流可逆斩波电路由哪2种基本斩波电路组成？前课重点563.3.1

电流可逆斩波电路电路结构VT1和VD1构成降压斩波电路，电动机电动运行，工作于第一象限。VT2和VD2构成升压斩波电路，电动机再生制动，工作于第二象限。必须防止VT1和VT2同时导通而导致电源短路。图3-21电流可逆斩波电路及其波形a）电路图b）波形

57工作过程两种工作情况：降压或升压。US向EM降压，EM向US升压。第3种工作方式：交替降压和升压工作。电流断续时，使另一个斩波电路工作，电流反向。图3-21电流可逆斩波电路及其波形a）电路图b）波形

3.3.1

电流可逆斩波电路一个周期内，电流不断，响应很快。

58桥式可逆斩波电路将两个电流可逆斩波电路组合起来，四象限运行。

工作过程VT4导通时，等效为图3-17a)所示的电流可逆斩波电路，提供正电压，可使电动机工作于第一、二象限。VT2导通时，VT3、VD3和VT4、VD4等效为又一组电流可逆斩波电路，提供负电压，可工作于第三、四象限。图3-22桥式可逆斩波电路3.3.2

桥式可逆斩波电路593.3.2桥式可逆斩波电路图3-22桥式可逆斩波电路当VT4通VT3断时，VT1与VT2互补PWM调制，uO电压的瞬时值大于等于零。

VT2通、VT1断时，VT3与VT4互补PWM调制，uO电压的瞬时值小于等于零。uO这两种情况下称为单极性脉宽调制。603.3.2桥式可逆斩波电路图3-22桥式可逆斩波电路当控制信号为高电平使VT1与VT4导通时，则输出电压uO为正。当控制信号使VT2与VT3导通时，则输出电压uO为负。输出电压uO有两个极性，称为双极性脉宽调制。单极性脉宽调制与双极性脉宽调制也可以用于逆变电路和PWM整流电路。613.3.3多相多重斩波电路多相多重斩波电路是在电源和负载之间接入多个结构相同的基本斩波电路而构成的。相数:一个控制周期中电源侧的电流脉波数。重数：负载电流脉波数。3相3重降压斩波电路相当于由3个降压斩波电路单元并联而成。

电路如图3-23a）。图3-23多相多重斩波电路及其波形a）电路图623.3.3多相多重斩波电路每个单元控制信号周期相同,但相位互差三分之一周期，波形如图3-23。总输出电流为3个单元之和，其平均值为单元3倍，脉动频率也3倍。总脉动幅值变得很小，所需平波电抗器总重量大为减轻。图3-23多相多重斩波电路及其波形b）波形

633.3.3多相多重斩波电路多相多重斩波电路特点输出电流最大脉动率与相数平方成反比，脉动率降低；总输出电流脉动幅值降低，电源侧电流谐波显著减小；所需平波电抗器总重量大为减轻；多相多重斩波电路还具有备用功能，总体可靠性提高。缺点是所需的器件较多，结构复杂。当电源1个而负载为3个时，则为3相1重斩波电路，当电源为3个、负载1个时，则为1相3重斩波电路。讨论提纲电流可逆斩波电路—电动机系统，电动机可以工作在机械特性哪几个象限？单极性脉宽调制与双极性脉宽调制输出电压有何区别？多相多重斩波电路所用电感数量多，总的重量有没有增加？深度问题：64电流可逆斩波电路，结合图3-21b波形，讨论各个阶段电流流通的路径并标明电流方向。总结电流可逆斩波电路，其开关管电路结构就是半桥。电流可逆斩波电路，能量可以双向流动。桥式可逆斩波电路可以4个象限工作。桥式可逆斩波电路可以工作于单极性PWM模式，也可以工作于双极性PWM模式。多相多重斩波电路具有很多优点，但电路结构复杂。直接DCDC变换电路还可以通过组合构成新的电路。65663.4隔离型斩波电路3.4.1隔离型正激斩波电路3.4.2隔离型反激斩波电路3.4.3隔离型半桥电路3.4.4隔离型全桥电路3.4.5隔离型推挽电路预习检查正激斩波电路开关管可以一直导通吗？前课重点673.4.1隔离型正激电路正激电路(Forward)工作原理变压器有3个绕组，

N1

N2N3分别为绕组W1W2W3匝数，同名端及连线如图3-25；图3-25正激电路VT开通后，W1

(W2W3)电压上正下负，uT=0

。+-+-图3-26正激电路的理想化波形

683.4.1隔离型正激电路图3-25正激电路VD1处于通态，VD2与VD3为断态。电感L电流iL逐渐增长。+-+-图3-26正激电路的理想化波形

（3-64）设L电流变化量为ΔIL：iT

/iL等于匝数反比。输出能量693.4.1隔离型正激电路VT关断后，储能减少，各绕组异名端电位高；磁能经W3和VD3流回电源；W1异名端电位高，uT电压US加W1反电势；图3-25正激电路+-+-+-图3-26正激电路的理想化波形

输出侧，iL经VD2续流，iL

下降;

VT关断，iT

=0。703.4.1隔离型正激电路图3-26正激电路的理想化波形

VT关断且激磁电流下降为零后，uT电压为US；iL

下降；

iT=0；

uE波形。图3-25正激电路71(3-65)基本的数量关系绕组W3被钳位，开关管VT承受最高电压为：3.4.1隔离型正激电路滤波电感电流连续时，

电压变换比为：(3-67)空载时，输出电压为：(3-66)+-723.4.1隔离型正激电路变压器等效电路双绕组：激磁电流im决定磁场；三绕组：同样im决定磁场：正激时，im与i1不是正比关系；理想时，im由电压的时间积分决定，用任一电压分析计算均可。733.4.1隔离型正激电路变压器的磁芯复位如图3-27所示。VT开通后，

uW1为正，变压器im增长，磁场也增加。图3-27磁芯复位过程743.4.1隔离型正激电路限制开关管持续导通时间VT关断后设法使im降回零此时uW1为负。W3使im降低、uW1为负。图3-27磁心复位过程+-+-753.4.1隔离型正激电路这一过程称为变压器的铁芯磁场复位；避免磁场逐渐增加（累积效应）。图3-27磁心复位过程763.4.1隔离型正激电路在ton时间内增加的磁通变化量为在VT关断时W3电势被钳位，在trst时间内减小的磁通为图3-27磁心复位过程（3-68）（3-69）trst小于关断时间toff磁场复位。小结后引出问题。773.4.2隔离型反激电路反激电路(Flyback)工作过程N1N2

分别为绕组W1W2

的匝数，电路如图3-28；当VT导通，US加到W1线圈，储存能量，

iT线性增长。W2感应电动势为下正上负，VD截止，iD=0。当VT截止时，W2的电位上正下负，iD减小，iT=0。继续iT=0，iD=0图3-

28

反激式变换电路与工作波形a）电路图b）电流断续模式的波形+-+--+783.4.2隔离型反激电路iD没有降到零时的波形。等效电路当VT导通，im=iT;当VT截止，im=iD的折算值;图3-

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反激式变换电路与工作波形a）电路图c）电流连续模式的波形79基本的数量关系当VT开通时，原边电流增长3.4.2隔离型反激电路(3-70)L1为原边电感量，ΔI1为原边电流i1=iT的变化量。

i1越大，变压器储能越大，但要防止磁饱和。VT关断时，有(3-71)式子中L2为副边电感量，ΔI2为副边电流i2的变化量。803.4.2隔离型反激电路在VT开通磁通增加量在VT关断磁通减小量减少磁通等于增加磁通，所以(3-72)一般情况下，反激式变换器的工作占空比小于0.5。深度问题：反激电路如何实现磁芯复位的？813.4.2隔离型反激电路关断后，磁场能向输出端释放，原边感应电势为N1UO/N2。开关管承受电压为(3-73)在负载为零时，理论上输出电压可达无穷大，应该避免，或者采用闭环控制，使输出电压可控。应用于几百瓦以下的电源，可以多路稳压输出。小结，并引出问题：激磁电流单方向，变压器有偏磁问题，有其它克服偏磁的电路吗？+-讨论提纲正激斩波电路工作原理，为什么叫“正激”为什么正激斩波电路需要磁场复位？反激斩波电路工作原理，为什么叫“反激”。正激斩波电路输入输出电压与占空比的关系。反激斩波电路输入输出电压与占空比的关系。深度问题：82隔离型正激斩波电路还有其它形式吗？请示例说明。总结正激斩波电路可以从降压斩波电路加变压器演变而来。正激斩波电路与反激斩波电路都是单向激励，在磁化曲线单边工作，注意磁饱和正激斩波电路需要磁复位，防止磁场强度“累积”反激斩波电路可以不需要磁场复位到零，但最大磁场需限制。掌握电路工作原理分析与数值分析。83843.4.2隔离型反激斩波电路例题3-3：某变换器，输入直流电压US=15V，开关频率fS=50kHz，导通占空比ρ=0.45，输出电压为30V恒定，负载电流为1A，忽略开关管与二极管的通态压降，要求变换器工作在电流连续状态，试计算：解：1）根据题意，忽略开关管与二极管的通态压降，预习检查正激电路电感电流临界连续时的平均电流与IO关系？1）如果该变换器为正激变换器，钳位绕组匝数N3=N1，那么变压器变比N2/N1、最小滤波电感L、开关管承受的最大电压为多少？2）如果该变换器为反激变换器，当开关管关断期间，变压器副边电流变化量ΔI2=2A时，其变压器变比N2/N1、原边电感L、开关管承受的最大电压为多少？前课重点85开关周期由于ΔI2=2A，则开关管关断时，绕组W3反电势钳位在15V，开关管承受的最大电压uT为3.4.2隔离型反激斩波电路862）如果该变换电路为反激电路根据由于ΔI2=2A，则开关管承受的最大电压3.4.2隔离型反激斩波电路87若考虑开关管与二极管通的态压降各为1V，则开关管开通时，一次绕组只承受了15-1=14V的电压。而输出相当于需要30+1=31V电压，经过二极管1V的压降，才能实际输出30V。因此，可以将UO=31V，US=14V代入前面的计算但在计算开关管承受的最大电压时，应根据实际输入电压15V计算。3.4.2隔离型反激斩波电路883.4.3

半桥电路电路分析半桥（Half-Bridge）电路原理如图3-29所示。C1和C2容量相同。驱动信号uG1和uG2反相。图3-29半桥电路原理图副边绕组能量通过VD3~VD6构成的单相桥式整流电路并经电感电容滤波后输出直流电压。波形分析开关管VT1和VT2反相、对称开关时，C1和C2的中点A的点位UA有波动，基本上处在输入电压US的一半。893.5.1隔离型半桥电路VT1导通VT2截止；W2上正下负，VD3

VD6导通；uDD电压约为

电感L上的电流iL上升:图3-29半桥电路原理图图3-30半桥电路的理想化波形（3-74）+-903.5.1隔离型半桥电路图3-29半桥电路原理图在VT1导通，VT2截止期间,iD3=iL；iT1=iLN2/N1；uT1=0。图3-30半桥电路的理想化波形913.5.1隔离型半桥电路在VT1和VT2共同截止期间，波形见图3-30。在此期间，uDD=0；iL下降；

uT1是US的一半；iD3=iD5=iL

/2下降；iT1=0。图3-29半桥电路原理图图3-30半桥电路的理想化波形923.5.1隔离型半桥电路VT2导通，VT1截止；W2电压下正上负，二极管VD4VD5导通。uDD电压约为

电感L上的电流iL上升。图3-29半桥电路原理图图3-30半桥电路的理想化波形933.5.1隔离型半桥电路在此期间,iD5=iL

,iD3=0；iT2=iLN2/N1，

iT1=0；uT1=US

，uT2=0。VT1和VT2共同截止波形见图；深度问题：半桥电路电容C1C2有抗磁不平衡能力吗？图3-29半桥电路原理图图3-30半桥电路的理想化波形943.5.1隔离型半桥电路3.基本的数量关系在负载为零的极限情况下，输出电压为(3-75)考虑uDD有两个波头，输入输出电压的关系为(3-76)半桥电路小结：引出问题。讨论提纲反激电路二次侧电感量与电流变化量及UO关系?半桥电路开关管占空比可以大于0.5吗？半桥电路CCM模式下，输出输入电压关系?半桥电路CCM模式下，输出电感电流波形分析深度问题：95半桥电路不容易发生变压器偏磁和直流磁饱和的原因是什么？总结反激电路变压器变比N2/N1、原副边电感L的计算，利用变压器知识。半桥电路CCM模式下与空载时，输出电压不一样。半桥电路、波形、数值分析要结合起来分析。半桥电路中的电容C1C2具有抗不平衡能力，抑制铁芯偏磁。半桥电路中的输出整流用了单相全桥整流，还有其它形式。96971.电路分析全桥（Bridge）电路原理如图3-31所示。开关管VT1~VT4，驱动信号分别为uG1~uG4

，uG1uG4同相，uG2uG3同相，但两组相差180度。VD5~VD8构成的单相桥式整流电路输出直流电压。图3-31全桥电路原理图3.5.2隔离型全桥电路线上预习检查2“全桥”是什么意思？982.波形分析当uG1与uG4为高电平，uG2和uG3为低电平时，开关管VT1和VT4导通、VT2和VT3截止。uT2=uT3=US，副边W2绕组感应电势上正下负，二极管VD5VD8导通。图3-31全桥电路原理图3.5.2隔离型全桥电路99uT1=0；uDD电压约为N2US/N1；电感L上的电流iL上升；开关管VT1、VT4通过的电流为

N2iL/N1；iD5=iL；（3-77）3.5.2隔离型全桥电路图3-32全桥电路的理想化波形图3-31全桥电路原理图100当4个IGBT都关断；一次、二次绕组上电压为0，各开关管承受电压为US/2；变压器绕组W1中的电流为零，iT1=0

。图3-32全桥电路的理想化波形3.5.2隔离型全桥电路101uDD电压为0，电感L的电流iL逐渐下降；VD5~VD8各分担一半电感电流即iL/2，波形见图3-32。图3-32全桥电路的理想化波形3.5.2隔离型全桥电路0102当uG1与uG4为低电平，uG2和uG3为高电平时，开关管VT2和VT3导通，VT1和VT4截止。铁芯工作在B-H磁滞回线中的磁通密度减小然后反向增加。匝数为N2的副边W2绕组感应电势下正上负。图3-31全桥电路原理图3.5.2隔离型全桥电路+-103在此期间，uT1=US；二极管VD6VD7导通，uDD电压约为N2US/N1；电感L上的电流iL上升；开关管VT1断开，iT1=0，iD5=0。图3-32全桥电路的理想化波形图3-31全桥电路原理图3.5.2隔离型全桥电路+-104当IGBT都关断；参考左边红色区域波形，相同。深度问题：如何克服全桥电路偏磁问题？图3-32全桥电路的理想化波形3.5.2隔离型全桥电路输入输出电压的关系为全桥变换电路适合用于数百瓦至数千瓦开关电源。小结，并引出下一节课线上预习内容：推挽，各隔离型电路的比较。1053.基本的数量关系输出最大电压为(3-78)(3-79)3.5.2隔离型全桥电路1063.4.5

推挽电路电路分析推挽（Push-Pull）电路原理如图3-32。由两个正激电路组成，一个铁芯磁场交替激励、方向相反。图3-33推挽电路原理图原边两绕组顺向绕制，中心抽头接电源一端，绕组另两端分别接开关管；W3的匝数为N2

，通过VD1~VD4输出直流电压；开关管VT1VT2，驱动信号分别为uG1uG2

反相。1073.4.5

推挽电路2.波形分析

VT1导通VT2截止原边情况二次侧使VD2VD3导通，将能量传给负载，uDD电压约为N2US/N1，电感L上电流iL上升，图3-33推挽电路原理图图3-34推挽式变换电路的理想化波形（3-80）+-iL1083.4.5

推挽电路开关管VT1通过的电流为iT1=N2iL/N1;

iT2=0。假设忽略开关管的饱和压降，在VT1导通，VT2截止期间，uT1=0;图3-33推挽电路原理图图3-34推挽式变换电路的理想化波形1093.4.5

推挽电路在W2上感应出的电势也是US，其极性为上负下正VT2承受的电压为2US。整流二极管VD2电流iD2=iL图3-33推挽电路原理图图3-34推挽式变换电路的理想化波形+-+-1103.4.5

推挽电路当uG1为低电平，uG2为高电平时，VT1截止，VT2导通;W3上的感应电势同名端电位高，使VD1VD4导通；图3-33推挽电路原理图图3-34推挽式变换电路的理想化波形+-1113.4.5

推挽电路uDD电压约为N2US/N1，电感L上的电流iL上升，开关管VT2通过的电流为N2iL/N1，iT1=0VT1承受的电压为2US。uT2=0；iD1=iL；iT2=0；iD2=

0

图3-34推挽式变换电路的理想化波形+-iL+-1123.4.5

推挽电路VT1VT2均截止时，无输入能量绕组无感应电势，uDD电压为0电流iL下降iL通过4二极管续流，iD2=iL/2VT1承受的电压为US

iT1=iT2=0。图3-33推挽电路原理图图3-34推挽式变换电路的理想化波形0iL1133.4.5

推挽电路3.基本的数量关系输入输出电压的关系为(3-81)输