隔离型DCDC变换器
第3章 变压器隔离型DC-DC变换器
3.2 隔离型Buck－Boost变换器 －单端反激式变换器
电路经历了电感储能、电感 能量释放和电容供电三个阶段
3.2 隔离型Buck－Boost变换器 －单端反激式变换器
由于VT导通期间储存在变压器T中的能量为:
WL 1 2 L1 I1 P 2
每单位时间内电源供给的能量，即输入功率Pi为:
3.2 隔离型Buck－Boost变换器 －单端反激式变换器
电路经历了电感储能和电感能量 释放两个阶段
3.2 隔离型Buck－Boost变换器 －单端反激式变换器
变压器磁通不连续状态主要工 作波形如图3-19(c)所示
当VT截止时间toff比绕组N2中电 流i2衰减到零所需的时间更长， 即toff > trel时，副边电流i2及变压 器磁通在VT截止时间toff以前便 已经衰减到零。在下一个周期 VT重新导通时，电流i1从零开 始按(Ui /L1) t的规律线性上升
U o U i t on
RL 2 L1T
（3-61）
输出电压Uo与负载电阻RL有关，RL愈大则输出电压愈高反 之RL愈小，则输出电压愈低，这是反激变换器的一个特点。
3.2 隔离型Buck－Boost变换器 －单端反激式变换器
U o U i t on RL 2L1T
（3-61）
分析输出电压表达可得输出电压Uo与负载电阻RL的二次方 根成正比。在进行开环实验时，不应让负载开路（负载开 路相当于负载电阻无穷大，Uo会出现过电压）必须接入 一定的负载或者在电路中接入“死负载” 输出电压Uo随输入电压Ui的增大而增大 输出电压Uo随导通时间的增大而增大 输出电压Uo随N1绕组的电感量L1的减小而增大
若VT的导通时间为ton，则导通终了时，i1的幅值I1P为:
隔离型DCDC变换器课件
分布式电源系统中的应用
在分布式电源系统中，隔离型DCDC变 换器主要用于将多个分布式电源的输出
进行统一管理和调节。
分布式电源系统的电源可能来自不同的 能源，如太阳能、风能、燃料电池等， 其输出电压和电流各不相同，因此需要 使用隔离型DCDC变换器进行统一调节
。
隔离型DCDC变换器能够实现高效率的 能量转换，同时保证系统的稳定性和安
宽范围输入输出
优化控制策略，实现宽范 围输入输出电压的稳定控 制。
高效能量传输
优化控制策略，实现能量 的高效传输和利用。
元器件的优化选择
高频开关器件
选择高频开关器件，提高转换效 率，减小体积和重量。
高性能磁性元件
选择高性能磁性元件，减小磁芯损 耗和线圈损耗，提高效率。
高精度检测元件
选择高精度检测元件，提高输出电 压的精度和稳定性。
变换器的安全运行。
驱动电路设计
驱动芯片选择
根据开关元件的特性和控制信号的要 求，选择合适的驱动芯片。
隔离设计
根据主电路的拓扑结构和安全规范， 设计适当的隔离电路，以确保驱动信 号与主电路的电气隔离。
驱动信号处理
对控制电路输出的控制信号进行必要 的处理，以满足驱动芯片的输入要求 。
驱动信号调整
根据开关元件的特性和控制要求，调 整驱动信号的幅度、相位和频率等参 数。
PART 03
隔离型DCDC变换器的电 路设计
REPORTING
主电路设计
输入与输出电压范围
确定变换器的输入和输出电压 范围，以满足特定的应用需求
。
功率等级
根据负载需求，选择合适的功 率等级，并据此选择适当的元 件。
拓扑结构
选择合适的主电路拓扑结构， 如Bo分析
隔离型高增益有源开关电容DC-DC变换器
隔离型高增益有源开关电容DC-DC变换器：电力系统的微型“变形金刚”在现代电力系统的复杂舞台上，隔离型高增益有源开关电容DC-DC变换器如同一位微型的“变形金刚”，以其独特的结构和功能，为电能的高效转换和安全传输扮演着关键角色。
这种变换器的设计理念，就像是一场精心编排的交响乐，每个部分都精确地协同工作，以实现最佳的性能表现。
首先，让我们来揭开这位“变形金刚”的面纱。
它的心脏是由多个电容器组成的阵列，这些电容器通过精密的控制逻辑进行快速切换，就像一支训练有素的舞蹈队伍，在指挥家的棒下有序地变换队形。
这种切换不仅保证了电能的连续流动，还实现了电压的倍增，从而满足了特定应用对高电压的需求。
然而，这位“变形金刚”的真正魅力在于它的隔离功能。
它采用了高频变压器技术，这就好比是在电能的河流中建立了一座坚固的水坝，有效地将输入端与输出端隔离开来。
这种隔离不仅保护了系统免受潜在的电气噪声影响，还确保了用户设备的安全，避免了可能的电流泄露风险。
在实际应用中，这种变换器的效率和稳定性是衡量其性能的关键指标。
它能够在极短的时间内响应负载的变化，就像是一位反应敏捷的运动员，在比赛中迅速做出调整以应对对手的挑战。
而且，由于其内部结构的优化设计，即使在极端的工作条件下，也能保持出色的热稳定性和长期可靠性。
然而，尽管这位“变形金刚”拥有诸多令人赞叹的特性，它的设计和制造过程却充满了挑战。
工程师们必须精确计算每个部件的参数，确保它们能够无缝协作，同时还要考虑到成本效益比，以确保最终产品的市场竞争力。
这是一个需要深厚专业知识和丰富经验的领域，每一位参与者都是这场科技盛宴的重要嘉宾。
总的来说，隔离型高增益有源开关电容DC-DC变换器是电力电子领域的一颗璀璨明珠。
它以其卓越的性能、灵活的应用和可靠的安全保障，成为了现代电力系统不可或缺的组成部分。
随着技术的不断进步和创新，我们有理由相信，这位微型的“变形金刚”将继续在电力转换的舞台上扮演着越来越重要的角色，为人类社会的可持续发展贡献自己的力量。
第四章隔离型DCDC变换器
• （2）VD1承受最大电压出现在VT导通时
UVD max U N 2 Ui / n
• （3）VD承受最大电压出现在VT截止时
UVD max Ui / n
12
隔离型Buck变换器——单端正激变换器
多路输出的正激变换器原理图
I L U N 2 UO U / n UO ton i ton L L U nU O i D nfL
• （2）当N1=N3时，开关管承受最大电压为2Ui
11
隔离型Buck变换器——单端正激变换器
• 整流二极管、续流二极管的选择
• （1）流过整流二极管和续流二极管中的电流峰值均为 电感电流峰值
S N
e感应电动势
t
d e dt
18
电磁感应定律
如果是多匝线圈
d d e N dt dt
式中：Ψ＝Nφ－磁链（Wb)韦伯
19
电路中的磁元件
1、自感 自感系数 即
Li
i
20
L
电感单位 L=伏.秒/安=欧秒=亨利 简称亨,代号H
电感的感应电势符号和单位
VT1、VT2同时导通：UNP－>UNS，iVD3 ↑，iVD4 关闭
I2P UO U toff O (1 D) L2 fL2
I2P
I 2 Ptoff
IO / T IO D 1 I2P
U O IO fL2
• 开关管的选择
I D max UO IO N2 I1P I2P 2 N1 n fL2
• 整流二级管的选择
I D max I 2 P U O IO n 2 fL2
隔离型DCDC变换器
公司背景：某知名电子设备制造商
产品特点：高效、低噪声、高可靠性
设计原理：采用高频变压器进行隔离，提高效率
应用领域：广泛应用于通信、医疗、工业等领域
案例二：某航空航天器的电源系统设计
航空航天器的电源系统需求：高可靠性、高稳定性、低噪声
隔离型DCDC变换器的应用：为航空航天器的电子设备提供稳定、可靠的电源
正确选择变压器匝数比，保证输出功率
合理设计滤波器，提高输出质量
采用合适的控制策略，提高系统稳定性
注意散热设计，保证设备长期稳定运行
常见故障分析和排除方法
排除方法：调整输入电压、稳定负载、重新设置电路参数
故障现象：输出电流过大
原因分析：元器件老化、散热不良
原因分析：输入电压波动、负载变化、电路参数设置不当
航空航天和军事领域
航空航天领域：用于卫星、航天器等设备的电源系统
隔离型DCDC变换器在航空航天和军事领域中，需要满足高可靠性、高稳定性、高功率密度等要求
隔离型DCDC变换器在这些领域中的应用，有助于提高设备的性能和可靠性，保障设备的正常运行。
军事领域：用于军事装备、通信设备等的电源系统
电动汽车和智能交通系统
04
磁性元件的设计和优化
磁性元件的作用：在隔离型DCDC变换器中，磁性元件起着关键作用，如变压器、电感等。
磁性元件的设计原则：根据隔离型DCDC变换器的工作原理和性能要求，设计出合适的磁性元件。
磁性元件的优化方法：通过优化磁性元件的尺寸、材料、结构等参数，提高隔离型DCDC变换器的性能和可靠性。
磁性元件的设计和优化实例：列举一些成功的磁性元件设计和优化案例，说明其对隔离型DCDC变换器性能的影响。
隔离型DCDC变换器通常用于电子设备中，如笔记本电脑、手机等，以提供稳定的电源电压。
隔离型DC-DC变换器控制系统的研究
隔离型DC-DC变换器控制系统的探究摘要：隔离型DC/DC变换器广泛应用于各种电子设备中，控制系统的性能对变换器的工作稳定性和电路效率具有重要影响。
本文探究了几种常见的隔离型DC/DC变换器的控制方法，包括开环控制、反馈控制、猜测控制和混合控制等，对各种控制方法的优劣进行了比较和分析，从而为DC/DC变换器控制系统的设计提供参考。
本文还对隔离型DC/DC变换器的电路拓扑进行了介绍，包括基础的Boost、Buck、Buck-Boost和拓扑变换器等，以及多电平谐振变换器和多电平逆变器等高级拓扑。
最后，本文还介绍了DC/DC变换器的应用场景和将来进步趋势。
关键词：隔离型DC/DC变换器、控制系统、开环控制、反馈控制、猜测控制、拓扑变换器、多电平谐振变换器、多电平逆变器。
引言隔离型DC/DC变换器是一种将电源电压转换为适合特定负载的电压的重要电子器件，广泛应用于通信、计算机、汽车、军事等领域。
DC/DC变换器在电路设计中具有很高的使用率和灵活性。
变换器的功率转换效率和稳定性直接取决于其控制系统的设计和实现。
因此，DC/DC变换器的控制系统已成为电路设计和探究的一个重要领域。
本文将介绍DC/DC变换器的基本观点和原理，并比较分析几种常见的控制方法，探讨它们的优缺点。
本文还将介绍几种典型的DC/DC变换器拓扑，并评估它们在不同应用场景中的优缺点。
最后，本文将谈论将来DC/DC变换器的进步方向。
DC/DC变换器的基本观点和原理DC/DC变换器是将一个DC电压变为另一个DC电压的一种电路。
它通常由变换器控制电路和电源电路组成。
变换器控制电路可以通过改变开关通断时间来改变输出电压和电流。
基于不同的工作条件，DC/DC变换器可以接受多种电路拓扑，如Boost、Buck、Buck-Boost和拓扑变换器等。
这些不同的电路拓扑在工作原理和效率方面有所不同。
对于不同用途的应用场景，需要选择不同拓扑的DC/DC变换器。
DC/DC变换器控制方法（1）开环控制开环控制是一种基础控制方法，通常用于变换器的低功率应用。
高频隔离三电平双向DCDC变换器的研究
高频隔离三电平双向DCDC变换器的研究1. 本文概述随着现代电力电子技术的发展，高频隔离三电平双向DCDC变换器因其高效率、高功率密度以及良好的隔离性能，在可再生能源系统、电动汽车、不间断电源（UPS）等领域得到了广泛应用。
本文旨在深入研究和分析高频隔离三电平双向DCDC变换器的工作原理、控制策略、性能优化及其在实际应用中的挑战和解决方案。
本文将详细阐述高频隔离三电平双向DCDC变换器的基本结构和工作原理，包括其主要组成部分的功能和相互关系。
接着，将探讨变换器在不同工作模式下的性能特点，以及影响其性能的关键因素。
在控制策略方面，本文将重点分析各种控制算法，如相移控制、频率控制等，并评估它们在实际应用中的效果。
同时，还将探讨变换器在不同工况下的动态响应和稳定性问题。
性能优化是本文的另一个研究重点。
通过对变换器的设计参数进行优化，如开关频率、电感值、电容值等，旨在提高变换器的整体效率和功率密度。
本文还将研究变换器的热管理和电磁兼容性（EMC）问题，以期为实际应用提供参考。
本文将讨论高频隔离三电平双向DCDC变换器在实际应用中面临的挑战，如器件选择、成本控制、系统集成等，并提出相应的解决方案。
通过这些研究，本文旨在为高频隔离三电平双向DCDC变换器的设计和应用提供理论指导和实践参考。
2. 三电平双向变换器的基本原理三电平双向DCDC变换器，作为一种高效的电力电子装置，其主要工作原理基于电平的控制和能量转换。
该变换器通过控制开关元件的通断，实现输入端与输出端之间的能量传递和电压转换。
三电平变换器的核心是其独特的输出波形，它能够在输出端产生三个不同的电平，即高电平、低电平和零电平，从而有效减少电压和电流的谐波含量，提高变换效率。
双向变换器的一个重要特性是能够实现能量的双向流动。
这意味着它不仅可以将能量从输入端传递到输出端（正向工作模式），还可以在需要时将能量从输出端传递回输入端（反向工作模式）。
这种双向能量流动机制使得变换器在多种应用场景中具有极高的灵活性和效率，例如在可再生能源系统中，可以根据能量需求调整能量的流向。
电力电子技术-带隔离变压器的DC-DC变换器
Vs T1
D2
D1
+
N*1
*
D
-
T2
(c) 双管正激变换器
L
iL C
工作原理： T1和T2具有相同的通断控制信号； 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；
直流－直流变换器(6)
Vs T1
D2
D1
-
N*1
*
D
+
T2
(c) 双管正激变换器
L
iL C
电力电子技术 第14讲
3 直流－直流变换器（6）
直流－直流变换器(6)
本讲是 第3章 直流－直流变换器 的第6讲，上5讲的主要内容是： 3.1 降压斩波电路 3.2 升压斩波电路 基本斩波电路的仿真实验 3.3 复合斩波电路和多相多重斩波电路 3.4 直流可逆PWM系统
前面的斩波电路的输入和输出在电气上是不隔离的，本讲将学习 3.5 带隔离变压器的DC-DC变换器
电能通过变压器从电源传递到负载侧
直流－直流变换器(6)
D3
Vs
i i s
*N1+
T
B
1
i3 +
N3*-
D2 o-L + vo
-* H
+
i2
N2
iL
D1
C
单端正激DC/DC变换器（T截止）
T截止时： i1 = 0, i2 减小；磁通减小，感应电动势反向
N2上的感应电动势使D2截止；变压器激磁电流突变为零，
Vs
+
eBA
= Vs
+
N1 N3
eco
隔离型DC DC变换器
I1max
t
t
I 2 max
Uo L2
t
O
图1-29 反激电路的有 t
关波形
9
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 U 0 U d tON
RL 2LpTs
，（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，RL ，U0 ，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
Ud
iL L
uL
DC （a ）
Uo
io
uo Uo R（负
1
1．3 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 ，uL 左 + 右 - ， 大
小：
uL
N2 N1
U
d
U0
， iL 上升。
S关断时，通过D2续流，iL线性下降，uL左-右+， 大小：uL U0
器件耐压: Ud
适用场合:中小功率场合（几百W—几kW）。
7
1．3 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）---
Flyback Converter 基本电路------由升降压型电路派生(S截止时向外送出
能量)
iS
S
Ud
uL iL
L
（a）
i1
C
R Uo
Ud
N1 N2 D2
T
S2
（a）
N2 N1
U
d
O tON
N1 N3 N2
Ud i1
i3
第四章隔离型DCDC变换器详解
UVDmax U N 2 Ui / n • （3）VD承受最大电压出现在VT截止时
UVDmax Ui / n
12
隔离型Buck变换器——单端正激变换器
多路输出的正激变换器原理图
参考 电压 13
隔离型Buck变换器——单端正激变换器
例1 前页所示正激变换器，输入电源电压60V， 二次主输出的平均输出电压为5V,开关频率为 1kHz，输出电感电流纹波最大值为0.1A，原边 边绕组匝数60，匝比Nr/Np等于1。求： （1）副边主绕组匝数最小值Nsm； （2）输出滤波电感Lom的值。
如果磁场强度H与闭合路径方向一致,闭合
路径的积分为 Hl I
在MKS制中磁场强度单位为安/米.而在CGS 制中为奥斯特,简称奥,代号Oe.它们之间的 变换关系为
1A / m 0.4 10 2 Oe
1A / cm 0.4Oe
17
电磁感应定律
楞次定律
S
运动方向
e感应电动势
N
t
e d
dt
)U
i
10
隔离型Buck变换器——单端正激变换器
正激变换器的设计
• 开关管的选择
• （1）开关管的漏极额定电流必须大于流过IGBT漏极
实际电流IDmax。
I D max
I L max
N2 N1
I L max n
ILmax IL IL IO IL
I L
UN2 UO L
ton
Ui
/ n UO L
14
回顾 ：右手定则
磁场方向 电流方向
磁场方向
11
电流方向
安培环路定律
矢量H沿任意闭合曲线 I3 I1 的积分等于此闭合曲线
隔离型DC-DC变换器
故 ＤＣ—ＤＣ变换 器逆变端输 出电压为 ：
『６１田瑞 飞．三相 大功 率 ＤＣ／ＤＣ 变换 器 的研 究ｆＪ１．哈 尔滨 工业 大学，
（ｎ－２Ｎ ） ＵＡＢ ＝ Ｍ们 。 ＝
２０１ ｌ，５（１）：１－２． 『７】郭 家虎，廖其艳．基 于 ＭＭＣ的轻型 高压 直流输 电统的建模 与仿 真
２ 子 模 块 控 制 器 设 计
『Ｊ１．工 矿 自动化 ，２０１ １（１０）：３４—３８．
本文介绍 的 ＭＭＣ的子模块控制器 以 ＦＰＧＡ为核心 ，开关 电源 ｆ８１汤广福．基于 电压源换流器的高压直流输电技 术［Ｍ］．北京 ：中国电
作为供电系统 ，将子模块电容 电压模拟信号经 电压采集模块 中的预 力 出版 利 ．２０１０．
成 两 路 互 补 脉 冲 ，形 成 用 来驱 动 ＩＧＢＴ的 ＰＷＭ 波 。
２－３驱 动 模 块 ＩＧＢＴ驱动接收 ＦＰＧＡ核心模块产生的两路 ＰＷＭ波 ，从 而输 出
两路 ＰＷＭ脉 冲驱动子模块上 的两个 ＩＧＢＴ导通或者关断 ，使得 子
模块处于投入 或者切除状态 。
ＩＧＢＴ导通 ， １５Ｖ ；输 出低 电平时 ，１ＧＢＴ关 断，己 一 。
子模 块电容电压相等 ，令 为 Ｕ ，则
１ ／＂／Ａ１ ＵｉＩｌ ／＇／＇ＡＯ
『３】赵成勇，李路遥，翟晓萌等．新型模块化 高压 大功率 Ｄｃ—Ｄｃ变化 器 『Ｊ］．电力 系统 自动 化 ，２０１４． ｆ４１庄凯 ，阮新 波．输入 串联输 出并联 变换 器的输入均压稳 定性分 析
１ ｒ ｒ
科 技 论 坛
·ｌ３５·
隔离型 ＤＣ－ＤＣ变换 器
张冬雷 郭家虎
（安徽理 工大学电气与信息工程 学院，安徽 淮南 ２３２００１）
隔离型双向全桥DCDC变换器研究
隔离型双向全桥DCDC变换器研究一、概述随着现代电力电子技术的飞速发展，双向全桥DCDC变换器在可再生能源系统、电动汽车、储能系统等领域得到了广泛的应用。
隔离型双向全桥DCDC变换器作为一种高效率、高功率密度的电力电子设备，具有结构简单、控制灵活、能量可双向流动等优点，成为了电力电子领域的研究热点。
本文旨在对隔离型双向全桥DCDC变换器进行深入研究，首先介绍了隔离型双向全桥DCDC变换器的工作原理和基本结构，然后分析了其控制策略和调制方法，接着讨论了变换器的效率优化和热管理问题，最后通过仿真和实验验证了所提出方法的有效性和可行性。
通过对隔离型双向全桥DCDC变换器的深入研究，本文旨在为其在实际应用中的设计和优化提供理论指导和参考，进一步推动隔离型双向全桥DCDC变换器在电力电子领域的发展。
1. 研究背景及意义随着全球能源危机和环境问题的日益严重，可再生能源和电动汽车等领域对高效、高功率密度和高可靠性的电源变换器需求日益增长。
隔离型双向全桥DCDC变换器作为一种重要的电力电子设备，具有结构简单、效率高、功率密度大、控制灵活等优点，被广泛应用于可再生能源发电系统、电动汽车、航空航天、数据中心等领域。
隔离型双向全桥DCDC变换器在实际应用中面临着一些挑战，如开关器件的损耗、电磁干扰、电压和电流的应力、热管理等问题。
研究隔离型双向全桥DCDC变换器的工作原理、设计方法、控制策略和性能优化等方面具有重要的理论和实际意义。
本文旨在对隔离型双向全桥DCDC变换器进行深入研究，分析其工作原理和特性，探讨其设计方法和控制策略，并通过仿真和实验验证所提出的方法和策略的有效性和可行性。
研究成果将为隔离型双向全桥DCDC变换器的优化设计和应用提供理论依据和技术支持，促进可再生能源和电动汽车等领域的发展。
2. 国内外研究现状隔离型双向全桥DCDC变换器作为一种高效、可靠的电力电子变换装置，在新能源发电、电动汽车、数据中心等领域具有广泛的应用前景。
电容隔离dcdc
电容隔离dcdc
首先，我们来分析这个短语：“电容隔离dcdc”。
这个短语可能是描述一种电源转换技术。
其中，“dcdc”指的是“直流到直流转换器”。
这是一种电子设备，用于将一个直流电压转换为另一个直流电压。
“电容隔离”则可能是描述这种转换器的隔离方法，通过电容来实现。
在电源转换中，隔离是为了保护转换器输入和输出之间的电路，避免直接的电气连接。
通过使用电容，可以允许直流电流通过，同时阻止交流电流或噪声。
电容隔离的DCDC转换器通常用于需要高电压或高功率的应用，例如医疗设备、工业控制系统等。
最后总结：电容隔离dcdc是一种电源转换技术，通过电容来实现输入和输出之间的隔离，以保护电路并提高电源转换的效率和可靠性。
这种技术在需要高电压或高功率的场合中应用广泛。
4 开关电源 隔离型DC DC变换器
VT输Βιβλιοθήκη 关管承受的电压：UaN1 U i( 1) N3
电源技术
隔离型DC/DC变换器
隔离型Buck变换器-单端正激变换器 开关管的选择
Ui N3 VD2 uB N1 N2
VD
L
VD1
C0
RL
UO
VT
(U i n U o ) D(U i nU o ) T on 输出回路电感L电流变化量： L nLf D(U i nU o ) I I L max o 输出回路电感L峰值电流： 2nLf nU (U nU o ) Uo D o I L max I o i Ui 2LfU i 电源技术 I L
U VD max U 1 n
Uo
Ui VT uB N1 N2 UO C0
VD
额定电压一般取此最大电压的2~3倍。
电源技术
隔离型DC/DC变换器
隔离型Buck-Boost变换器-单端反激型变换器 二极管的选择 当开关管截止时，二极管导 通VD承受的电流 I 2p
Ui VT uB N1 N2 UO C0
VT
uB Ui VD
N1
N2
UO
C0
初级绕组最大电流：
Ui i 1p ton L1
电源技术
隔离型DC/DC变换器
隔离型Buck-Boost变换器-单端反激型变换器 Buck-boost 反激型变换器工作原理 当VT截止时，N1 不通，N2通，
i 2 i2p
i 2p
VT
uB VD
Ui
隔离型DC/DC变换器
隔离型Buck变换器-单端正激变换器 开关管的选择
Ui N3 VD2 uB N1 N2
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VT导通时，VD截止 VT截止时，VD导通
电感储能型变换器
21
隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
工作原理
i1 i2
VT截止时，VD导通
VT导通时，VD截止
流过N1的电流 流过N2的电流 i2 I 2 P
i1
Ui t L1
UO t L2
导通终了时，i1的幅值 U I1P i ton L1
WL 1 Pi L1 I12P T 2T
输出功率为
PO
2 UO
RL
结论： （1）Uo与负载RL有关， RL ↑ → Uo ↑ （2） Uo与导通时间成正比 （3）与电感量L1成反比
25
隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
• 开关管承受电压
VT截止时，N1上的感应电势
U N1 N1 UO N2
IVD max IVD1max I O U i nU O D 2nfL
• （2）VD1承受最大电压出现在VT导通时
UVD max U N 2 Ui / n
• （3）VD承受最大电压出现在VT截止时
UVD max Ui / n
16
隔离型Buck变换器——单端正激变换器
多路输出的正激变换器原理图
45
半桥变换器
工作原理
t0~t1: uG1=1，VT1 导通，UNP =(1/2)Ui ； iVD5 ↑，iVD6↓－>VD5导通，VD6关断
t1~t2: uG1=uG2=0，VT1、VT2关断，UNP =0； uVT1=uVT2=(1/2)Ui ； t2~t3: uG2=1， VT2 导通，UNP =-(1/2)Ui ； VD5、VD6均导通为L提供续流回路 iVD6 ↑，iVD5↓－>VD6导通，VD5关断
• 变压器磁通不连续状态
VT截止时间toff比绕组N2中电流i2衰减到零所需的时间更长 即 toff>(L2/UO)I2P
24
隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
• 输入输出电压关系
VT导通期间，变压器T储能
WL
1 L1 I12P 2
U O U i ton
即输入功率为
RL 2 L1T
电路的构成
基本Buck变换电路拓扑 Buck变换器工作波形
7
隔离型Buck变换器——单端正激变换器
电路的构成
隔离型Buck（正激 Forward）变换器
8
隔离型Buck变换器——单端正激变换器
工作原理
由于磁芯的磁滞效应，当具有非零直流 平均电压的单向脉冲加到变压器初级绕 组上，线圈电压或电流回到零时，磁芯 中磁通并不回到零，这就是剩磁通。剩 磁通的累加可能导致磁芯饱和，因此需 要采用磁复位（去磁技术）
理想的变压隔离器符号
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概述
常见的变压隔离器电路
单端变压隔离电路
主要应用于中小功率电路 优点：线路简单 缺点： （1）输入电流脉动 （2）S1关断时承受高压 （3）闭路峰值电流大
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双端变压隔离电路
概述
常见的变压隔离器电路
半桥变压隔离电路
全桥变压隔离电路
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隔离型Buck变换器——单端正激变换器
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UO
2U i D 2U i ton NS n N PT
全桥变换器
全桥变换器
缓冲器的组成及作用
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半桥变换器
半桥变换器的构成
半桥式变换器的电路拓扑
1. 用2个相同的电容器代替2个晶体管 2. 降低成本，增大电路体积 3. 常用于低功率变换器
4. 初级电压峰值为全桥电路一半，电流为全桥的2倍
磁芯复位线路种类
方法一
把磁芯残存能量 自然地转移，在为了 复位所加的元件上消 耗掉，或者把残存能 量反馈到输入端或输 出端
方法二
通过外加能量的 方法强迫磁芯的磁状 态复位
采用哪种方法取决于功率P的大小和所使用的磁芯磁滞特性而定
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单端变压隔离器的磁通复位技术
2种典型的磁芯磁滞特性曲线
低Br 铁氧体、铁粉磁芯、非晶合金磁芯 复位常用转移损耗法，线路简单可靠
U DS max Ui nUO
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UVD max Ui / n UO
隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
连续工作模式下的反激变换器，输入电压为 50V，平均 输出电压为 100 V，一次绕组励磁电感 Lp 为 1 mH， 匝比 Ns/Np =4。当开关频率 fs =1 kHz 时，求： （1）占空比； ； （2）二次绕组的励磁电感。 Ns: NP: N2 N1
双开关、单端去磁线路
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双管正激式DC/DC变换器
电路结构
注意点： D ≤ 0.5 VD4反向恢复时间 漏感值
工作原理
VT1、VT2 同时动作
VT1、VT2同时导通：UNP－>UNS，iVD3 ↑，iVD4 ↓ IP=IS/n（n=NP/NS）
VT1、VT2同时关断：VD1，VD2能量反馈回Ui，并钳 位；VD3关断，VD4 续流导通
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隔离型Buck变换器——单端正激变换器
例 如下图所示正激变换器，输入电源电压 60V， 二次主输出的平均输出电压为 5V,开关频率为 1kHz，输出电感电流纹波最大值为 0.1A ，原 边绕组匝数 60，匝比 N3/N1= 1。求： （1）二次主绕组匝数最小值 N2； （2）输出滤波电感 L 的值。
VT截止时，漏-源承受的电压
U DS U i U N 1 U i N1 UO N2
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隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
变压器磁通连续状态
VT截止时间较小，toff <(L2/UO)I2P ，即I2min>0
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隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
单端变压隔离器的磁通复位技术
使用单端 变压隔离器 遇到的问题
如果每个周期不去磁， 剩余磁通的累加可能 导致磁芯饱和
如何使变压器 磁芯在每个脉 动工作磁通之 后都能回复到 磁通起始值
开关导通时，电流很大 开关断开时，过电压很高
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单端变压隔离器的磁通复位技术
t1~t2: uG1,4=uG2,3=0，VT1～VT4关断； uVT1=uVT2=uVT3=uVT4=(1/2)Ui
t2~t3: uG2,3=1， VT2 , VT3导通，UNP =-Ui ； iVD6 ↑，iVD5↓－>VD6导通，VD5关断 t3~t4: uG1,4=uG2,3=0，VT1～VT4关断； uVT1=uVT2=uVT3=uVT4=(1/2)Ui
工作原理
VT截止
（1）原边：磁芯中的 剩磁能量通过VD2和N3 向输入电源馈送。
磁复位阶段
（2）副边：VD截止， VD1导通，L向负载释放 能量，电流直线下降。
N1 N3 trst N1 ton N3 Dmax 0.5
diL uL uo L dt
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隔离型Buck变换器——单端正激变换器
I2P UO U toff O (1 D) L2 fL2
I2P
I 2 Ptoff IO / T IO D 1 I2P
U O IO fL2
• 开关管的选择
I D max I1P UO IO N2 I2P N1 n 2 fL2
• 整流二级管的选择
I D max I 2 P U O IO n2 fL2
隔 离 型 DC/ DC 变换器
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参考文献
[1] 张占松，蔡宣三 .开关电源的原理与设计，电子工业出版社
3.1 变压隔离器的理想结构
[2] SIOMN ANG, ALEJANDRO OLIVA. 开关功率变换 器——开关电源的原理、仿真和设计，机械工业出版社 4.2 正激变换器
概述
非隔离的DC/DC变换器的局限性
高Br的去磁方法
（a）加恒流源和变压器附加绕组
（b）外部加永久磁铁
强制磁芯去磁各种方法
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单端变压隔离器的磁通复位技术
高Br的去磁方法
（c）利用滤波电感作为恒流源
强制磁芯去磁各种方法
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单端变压隔离器的磁通复位技术
高电压源变换器中去磁电路
（a）利用 原边绕组本身
（b）利用部分原边绕组
UO
UN2
Hale Waihona Puke 18隔离型Buck变换器——单端正激变换器
隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
电路的构成
电感 —> 隔离变换器
基本Buck-Boost变换器
隔离型Buck-Boost变换器
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隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
电路的构成
单端反激式（Flyback）变换器
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I2p为VT截止时i2的幅值 N1 I2P I1P N2
隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
3种工作状态
• 变压器磁通临界连续状态
VT截止时间 toff 和绕组N2中电流 i2 衰减到零所需的时间相等 toff = (L2/UO)I2P
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隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
N1绕组满足伏秒平衡：
trst
N1 N3
U i tonU i trst ton
N3 N1
为确保磁芯在下个开关周期之前完全复位，则：
T ton trst
trst 1 1 D D T 1 N3 / N1