第三讲直流斩波电路2

第三讲直流斩波电路第一页，共33页。优选第三讲直流斩波电路第二页，共33页。1、概述直流—交流—直流的变换，也称间接直流变换电路，同基本的直流斩波电路相比，在电路中增加了交流环节，也称直交直电路，主要应用于开关电源等装置中。电路的典型结构如下图：高压（方波）低压高频整流低压大电流高压5.3间接直流变换电路第三页，共33页。2、采用这种结构的原因：大功率的转换；输入端和输出端需要电气隔离；某些应用中需要相互隔离的多路输出；输出电压和输入电压的比例远大于1或远小于1；交流环节采用较高的频率，可以减小变压器和滤波电感的体积和重量。通常工作频率高于20kHz——这一人耳听觉的极限，以避免变压器和电感产生刺耳的噪声。整流电路中，通常采用快恢复二极管或通态压降低的肖特基二极管。5.3间接直流变换电路第四页，共33页。5.3带隔离变压器的DC-DC变换器（1）单端变换器：变换器只需一个开关管，变换器中变压器的磁通只在单方向变化；（2）双端变换器：变换器需要两个以上开关管，变换器中变压器的磁通在双方向变化；（3）正激变换器：开关管导通时电源将能量直接传送至负载；（4）反激变换器：开关管导通时电源将电能转为磁能储存在电感中，当开关管阻断时再将磁能变为电能传送到负载；3、分类：第五页，共33页。

隔离型直流变换器的分类：隔离型电路单端电路双端电路正激型电路反激型电路半桥型电路全桥型电路推挽型电路

变压器中的电流是直流脉动的电流变压器中的电流是正负对称的交流5.3间接直流变换电路全波电路第六页，共33页。单端正激变换器单端正激DC/DC变换器ovOF***sVLi2i3i1iovLD3AN1N2N3D1D2DCsiTCHB第七页，共33页。单端正激变换器N2、D2导电；N3、D1、D3截止1、Ton=DTs期间T导通：***sVLi2i3i1iovLD3N1N2N3D1D2CsiTCBH

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AN1的感应电动势：N2的感应电动势：N3的感应电动势：第八页，共33页。单端正激变换器N2、D2导电；N3、D1、D3截止1、Ton=DTs期间T导通：***sVLi2i3i1iovLD3N1N2N3D1D2CsiTCBH

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A磁通量增加：输出电压：第九页，共33页。单端正激变换器N2、D2导电；N3、D1、D3截止1、Ton=DTs期间T导通：***sVLi2i3i1iovLD3N1N2N3D1D2CsiTCBH

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A电感L两端电压为第十页，共33页。单端正激变换器由于T关断，i1=0，磁通减小，三个绕组产生反向感应电动势。i3将N3感应电势经D3反送至电源，i3减小到零;iL

经D1续流。电感L两端电压为：2、Toff

=(1-D)Ts期间，T截止，D2截止：

Li***sV2i3iovLD3AN1N2N3D1D2CsiTCHB

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DO第十一页，共33页。单端正激变换器磁通减小量为：2、Toff

=(1-D)Ts期间，T截止，D2截止：

Li***sV2i3iovLD3AN1N2N3D1D2CsiTCHB

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DO第十二页，共33页。单端正激变换器

在整个周期中，如果磁通增加量大于磁通减小量，即：在每个周期结束时，铁芯磁通都将增加，很快铁芯饱和不能工作。因此，必须要求D<Dmax，使磁通复位。磁心复位过程第十三页，共33页。单端正激变换器根据电感L直的伏秒平衡原理，得到输出直流平均电压为：变压比为：在T阻断，D3导通器件，开关管T两端电压为：第十四页，共33页。双管正激变换器T1和T2具有相同的占空比；

T1、T2导通时，D1、D2反偏截止，电源通过变压器向负载输送能量

T1、T2截止时，iL经D续流，变压器激磁电流经D1、D2返回电源，起去磁作用。不需要专门的去磁绕组;多一个开关管；开关管上承受的电压仅为Vd，小于单管变换器。(c)双管正激变换器**T2T1D2D1CLDsVLiN1第十五页，共33页。单端反激变换器反激变换器——开关管导通时电源将电能转为磁能储存在电感（变压器）中，当开关管关断时再将磁能变为电能传送到负载单端变换器——变压器磁通仅在单方向变化(a)Buck－Boost变换器sV-+RCLTD第十六页，共33页。T导通时的关系式N1*为正，D1截止T导电结束时第十七页，共33页。T导通时的关系式T阻断后的最初瞬间，i1=0，但磁场储能不能发生突变，因此绕组N1的磁能转化为N2绕组的磁能：可得

故N2绕组的初值电流为：第十八页，共33页。T阻断时的关系式

电流i2、磁通Ф减小，电流i2从i20线性减小到i2min，则：磁通Ф减小量为：在T再次开通时，N2绕组的电流i2min转到N1绕组的电流初值i10：第十九页，共33页。综合通、断两种情况的关系式稳态运行时在一个周期TS中变压器增加的磁通应等于减少的磁通量，所以得到输出直流电压平均值：变压比：电流i1的初值为：N1绕组的最大电流：第二十页，共33页。关系式N2绕组的最小电流：电流i2不断流的条件i2min≥0，所以有：第二十一页，共33页。关系式开关管阻断、D1导通时承受的正向电压++第二十二页，共33页。双管反激变换器T1、T2同时导通、同时阻断；导通时将电源能量储存在变压器中，阻断时储存的能量送给负载，原方绕组电流通过D1、D2和电源续流、去磁。T1、T2所承受的最高电压仅为电源电压Vs

(c)双管反激变换器**T2T1D2D1CsVD第二十三页，共33页。半桥电路典型半桥型直流变换器：S1与S2交替导通，使变压器一次侧形成幅值为Ui/2的交流电压。改变开关的占空比，就可以改变二次侧整流电压ud的平均值，也就改变了输出电压Uo。

电容分压：C1、C2每个电容上分压为Ui/2

“双端”：变压器流过的是正负相等的交流。工作过程分析：S1导通时，二极管VD1处于通态，S2导通时，二极管VD2处于通态;第二十四页，共33页。当两个开关都关断时，变压器绕组N1中的电流为零，VD1和VD2都处于通态，各分担一半的电流。S1或S2导通时电感L的电流逐渐上升，两个开关都关断时，电感L的电流逐渐下降。S1和S2断态时承受的峰值电压均为Ui。半桥电路也是Buck电路的拓扑。半桥电路uG1uG2uS1uS2iS1iS2iD1iD2tTttttttttonUiUiiLiLOOOOOOOO第二十五页，共33页。输入输出电压关系：电感电流连续时，负载电流极限为零：电感电流不连续时：

输出电压将高于上式，在负载为零的极限下

为了避免上下两个开关在换流过程中发生短暂的同时导通现象而损坏开关，每个开关管各自的占空比小于0.5。半桥电路第二十六页，共33页。典型全桥型直流变换器：

全桥电路也是Buck电路的拓扑。全桥电路全桥电路中，互为对角的两个开关同时导通，同一侧半桥上下两开关导通，使变压器一次侧形成幅值为Ui的交流电压，改变占空比就可以改变输出电压。第二十七页，共33页。全桥电路工作原理：当S1与S4开通后，VD1和VD4处于通态，电感L的电流逐渐上升；S2与S3开通后，二极管VD2和VD3处于通态，电感L的电流也上升。当4个开关都关断时，4个二极管都处于通态，各分担一半的电感电流，电感L的电流逐渐下降。S1和S2断态时承受的峰值电压均为Ui。全桥电路uG1uG2uS1uS2iS1iS2iD1iD2tonTttttttttUiUiiLiLOOOOOOOO第二十八页，共33页。输出输入电压的关系：

电感电流连续时

电感电流断续时，输出电压高于上式，并随负载减小而升高，在负载为零的极限下，有全桥电路第二十九页，共33页。推挽电路S1导通时，二极管VD1处于通态，电感L电流逐渐上升。S2导通时，二极管VD2处于通态，电感L电流也逐渐上升。当两个开关都关断时，VD1和VD2都处于通态，各分担一半的电流。S1和S2断态时承受的峰值电压均为2倍Ui。推挽电路也是Buck电路的拓扑。典型推挽直流变换器：推挽电路中两个开关S1和S2交替导通，在绕组N1和N'1两端分别形成相位相反的交流电压。第三十页，共33页。输出输入电压间的关系：电感电流连续时：电感电流不连续时：并随负载减小而升高，在负载为零的极限下，有推挽电路uG1uG2uS1uS2iS1iS2iD1iD2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO第三十一页，共33页。各种不同的间接直流变流电路的比较电路优点缺点功率范围应用领域正激电路较简单，成本低，可靠性高，驱动电路简单变压器单向激磁，利用率低几百W~几kW各种中、小功率电源反激电路非常简单，成本很低，可靠性高，驱动电路简单难以达到较大的功率，变压器单向激磁，利用率低几W~几百W小功率电子设备、计算机设备、消费电子设备电源。全桥变压器