正激变换器工作原理及基本及基本设计

(1 D)(VD Vout ) iS Ts 2I out L f min
(26)
正激变换器
22
NR
NP
NS
D1
Lf
Vout
七. 元器件的选择 4. 滤波电感Lf的设计 A, Lf电感量的确定(续)
Vin
UP Q
US
D2 Cf
(1 D)(VD Vout ) L f min 2 I out f s
I S ( ave) DIout
I S ( rms ) D I out
(6)
正激变换器
9
五. 磁通复位的关系
Vin DTs iMP LP
Vin DTs iMP LP NP ()
同理，可得
BS B = Bmax - Br Br
(6‘)
Vin DRTs iMR LR NR ( )
1 Ts iS q idt C f Vopp 2 2 2
(24)
正激变换器
20
NR
NP
NS
D1
Lf
Vout
七. 元器件的选择 3.滤波电容Cf
Vin
UP Q
US
D2 Cf
把(9)式 iLf Iout
Vopp
(U S VD ) Vout (1 D)(VD Vout ) iS DTs Ts Lf Lf
VQ Vin
正激变换器
7
三. 输入端电流电压关系
P in Vin I in U P ( rms ) I P ( rms )
U P Vin U P ( rms ) DU P DVin U P( ave) DUP DVin
UP,IP
(1)
(2)
I P ( rms ) D I P
E
正激变换器
去磁能量在磁场中而不是在 去磁线圈的电流里
关断时的电流与关断时去磁回路的电流不等，因为能量相等而匝数不一样
1 2 I L 2
2
二, 基本工作原理
Q turned ON
BS B = Bmax - Br Br
Im Im(max)
正激变换器
3
二, 基本工作原理(续) [0, Ton]
Where DR = (Tr-Ton) / Ts
正激变换器
6
二, 基本工作原理(续) [ Tr, Ts ]
Q off, & reset Q turned OFF
励磁电流iM从W1转移到W3上后, 减小到零:
iW3 K13[
Vin V Ton in (t Ton ) LP LP
到Tr时刻后, 所有绕组中电流为零, 电压也为零. Q上的电压:
D1
Lf
Vout 七. 元器件的选择
Vin
UP Q
US
D2 Cf
2.整流二极管D1, D2, DR
D1所承受的电压为
U D1R
NS Vin(max) NR
(17)
D1所流过的最大电流为
I D1 iS (max)
I out (1 D)(Vout VD ) Ts 2L f
(18)
代入(24), 有
Vout
(1 D)(Vout VD ) Cf 8L f Vopp f s2
(25)
正激变换器
21
NR
NP
NS
D1
Lf
Vout
七. 元器件的选择 4. 滤波电感Lf的设计 A, Lf电感量的确定
Vin
UP Q
US
D2 Cf
电感量大,对平滑输出电流电压有好处,同时减小 了变压器的铜耗;但电感器体积和重量增加,且Q, 和D1的开通损耗, D2的反向恢复损耗增大. 电感量小, 输出电流电压的纹波增加,变压器的铜耗增加些;但电感器体积和重 量减小,且Q, 和D1的开通损耗, D2的反向恢复损耗也降低了. 为此,一般取电感量Lf为额定电流临界连续的电感量Lfmin的1.3倍. iLf
(20)
正激变换器
18
NR
NP
NS
D1
Lf
Vout 七. 元器件的选择
Vin
UP Q
US
D2 Cf
2.二极管D1, D2, DR
DR所承受的电压为
U DRR
NR Vin(max) NP
(21)
DR所流过的最大电流为
I DR
NP N P Vin DTs iMR (max) iMP NR N R LP
iS (max) I out iS (min) I out
(1 D)(Vout VD ) Ts 2L f (1 D)(Vout VD ) Ts 2L f
(10)
(11)
正激变换器
13
NR
NP
NS
Lf Cf
Vout
六,原副边电流的关系 2,原边电流
2
Vin
UP
US
NS (1 D) DTsVin N S iPL(max) I out NP 2L f N P
因为磁通复位，有
(6“)
Im Im(max)
( ) ( )
where
D DR NP NR
正激变换器
(7)
DR 1 D
10
NR
NP
NS
Lf Cf
Vout
五. 磁通复位的关系(续)
Vin
UP Q
US
Q关断时,开关管上的耐压为
DR
U Q Vin U P Vin NP Vin NR
(30)
kW Bm j
正激变换器
25
NR
NP
NS
D1
Lf
Vout
七. 元器件的选择 4. 滤波电感Lf的设计
Vin
UP Q
US
D2 Cf
D. 根据电流大小和选定磁芯确定电 感线圈匝数NL 由磁链公式
N LI max
, 可得
NL
2 L f I out Ae Bm
(31)
正激变换器
26
Vin
UP
US
I Lf I out
同理，可得
BS
iS (max) iS (min) 2
(8)
(U S VD ) Vout iS iS (max) iS (min) DTs Lf B = Bmax - Br
由(8),(9)和(5)可得到 Im(max) Im
(9)
Br
正激变换器的工作原理
正激变换器
1
Forward converter (正激变换器)
一, 基本电路
Forward converter 是在Buck converter 中插入一个transformer 得到的.
特点:
电感不能省
1.电路比较简单,铜耗较低; 2.输出电压电流纹波较小; 3.变压器磁芯单边磁化; 4.开关管峰值电流较低; 5.变压器是个纯粹的变压器; 6.变压器铁芯不必加气隙; 但 在有的铁芯中为了减少Br,需 加很小的气隙.
U S (Vout VD ) / D U S ( rms ) DU S (Vout VD ) / D U S ( ave) DUS Vout VD
US,IS 由(4)得
(4)
(5)
I S ( rms ) D I S , I S ( ave) DIS
I S I out
NR
NP
NS
D1
Lf
Vout
七. 元器件的选择 4. 滤波电感Lf的设计
Vin
UP Q
US
D2 Cf
E. 根据电流大小确定气隙长度lg
F I max N
lFe U m Rm ( k A A ) 0 l e Fe e
由kirchhoff 磁压定律:
lg
U
m
F 得
iLf
(27)
(1 D)(VD Vout ) L f 1.3L f min 1.3 2 I out f s
(28)
正激变换器
23
此页之后的内容在讲完变压器电抗器设计之后才细讲。
NR NP NS
D1
Lf
Vout
七. 元器件的选择 4. 滤波电感Lf的设计
Vin
UP Q
US
D2 Cf
B.选定磁芯材料和型式---B,Bm 根据工作频率,磁化形式,传输功率,线圈绕组的绕制等要求, 以及磁芯的磁化曲线,供货情况等来确定磁芯材料. C.确定磁芯型材的大小---Ae,AW,lm 由电流密度参数法,有 iLf
BS B = Bmax - Br Br
(12)
iPL(min)
NS (1 D) DTsVin N S I out NP 2L f N P
2
(13)
Im Im(max)
由(6‘)和(12)可得原边电流最大值
iP(max) iPL(max) iMP (14)
(16)
Im Im(max)
正激变换器
15
NR
NP
NS
Lf Cf
Vout
七. 元器件的选择 1.开关器件Q
Vin
UP Q
US
(1 D) DTsVin N S iPL(max) iPL(min) Lf N P
iPL IPL iM
2
正激变换器
16
NR
NP
NS
Where K13 = W1/W3, K23 = W2/W3
正激变换器
5
二, 基本工作原理(续)[Ton, Tr]
Q turned OFF
Q上的电压:
VQ Vin K13Vin
Vin反向加在复位绕组W3上, 故磁通减小:
d Vin dt V ( ) in DRTS W3 W3
正激变换器
14
NR
NP
NS
Lf Cf
Vout
七. 元器件的选择 1.开关器件Q Q所承受的电压为
Vin
UP Q
US
U Q Vin(max)
BS B = Bmax - Br Br
NP Vin(max) NR
(15)
Q所流过的最大电流为
I Q iP(max)
iPL(max) iMP
I P( ave) DI P
由(1)得
1 I P ( rms ) I in D I P ( ave) I in 1 I P I in D
8
(3)
正激变换器
四. 输出端电流电压关系
P out Vout I out U S ( rms ) I S ( rms ) I SVD
(32)
lFe I max N ( ) 0 kl Ae Fe Ae
正激变换器
lg
27
NR
NP
NS
D1
Lf
Vout
七. 元器件的选择 4. 滤波电感Lf的设计
Vin
UP Q
US
D2 Cf
E. 根据电流大小确定气隙长度lg(续) 由磁链公式
N LI max
, 可得
lg I max lFe LI max ( ) , 0 kl Ae Fe Ae
进而, 有
Fe
lFe

lg kl 0

2 4L f I out
B Ae
2 m
(33) 最后可得 l
g
正激变换器
28
NR
NP
NS
D1
Lf
Vout
七. 元器件的选择 4. 滤波电感Lf的设计
Vin
UP Q
US
D2 Cf
E. 根据电流大小确定气隙长度lg(续) 或直接由(32)式计算 , 可得
2 I out N L lFe l g 0 kl ( ) Bm Fe
Ae AW
L f I max I rms kW Bm j
(29)
一般取0.4
正激变换器 24
NR
NP
NS
D1
Lf
Vout
七. 元器件的选择 4. 滤波电感Lf的设计
Vin
UP Q
US
D2 Cf
iLf
I max iS (max) 2I out
2 6 L f I out
Ae AW
复位线圈箝位二极管的反向承压为
BS B = Bmax - Br Br
U DRR
NR Vin NP
Im(max)
Im
考虑Q的耐压和变压器窗口的利用率,因此,一 般复位绕组NR取NP一样. 即
NP NS
正激变换器 11
最大占空比限制
正激变换器
12
NR
NP
NS
Lf Cf
Vout
六,原副边电流的关系 1,副边电流 电感Lf上的电流平均值为输出电流Iout.即
Q turned ON
W1
d Vin dt
( )
Vin D Ts W1
iMP
Vin t LP
4
正激变换器
二, 基本工作原理(续) [Ton, Tr]
Q turned OFF
复位绕组的电压为:
VW 3 Vin
原副边绕组上的电压为:
VW 1 K13Vin VW 2 K 23Vin
正激变换器
17
NR
NP
NSD1LfVout 七. 元器件的选择
Vin
UP Q
US
D2 Cf
2.二极管D1, D2, DR
D2所承受的电压为
U D2R
NS Vin(max) NP
(19)
注意：N的下标
D2所流过的最大电流为
I D2 iS (max)
I out (1 D)(Vout VD ) Ts 2L f
(22)
正激变换器
19
NR
NP
NS
D1
Lf
Vout
七. 元器件的选择 3.滤波电容Cf C所承受的电压为
Vin
UP Q
US
D2 Cf
iLf Iout
Vopp
1 U C Vout Vopp (23) 2
Cf的容量
假定电感上的电流连续. 事实上,在设计 电感时必须满足电流连续这一条件.
Vout