开关电源原理设计及实例变压器隔离的DCDC变换器拓扑结构ppt课件
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开关电源原理设计及实例变压器隔离的DCDC变换器拓扑结构ppt课件
4.2.3 电路关键节点波形
精品课件
4.2 单端正激式结构
变压器的磁心复位：开关 S 导通后，变压器的励磁电流由零开始，随着时
间的增加而线性的增长，直到 S 关断。为防止变压器的励磁电感饱和，必须设
法使励磁电流在 S 关断后到下一次再开通的一段时间内降回零，这一过程称为
变压器的磁心复位。
变压器的磁心复位时间为：
式。式中， N1为变压器初级线圈绕组的最少匝数， S 为变压器铁心的导磁 面积(单位：平方厘米)，Bm 为变压器铁心的最大磁感应强度(单位：高斯)， Br 为变压器铁心的剩余磁感应强度(单位：高斯)，Br 一般简称剩磁， Ton ， 为控制开关的接通时间，简称脉冲宽度，或电源开关管导通时间的宽度(单
精品课件
4.2 单端正激式结构
当控制开关 S 接通的时候，直流输入电压Ui 首先对变压器 T 的初级线圈 N1 绕组供电，电流在变压器初级线圈 N1 绕组的两端会产生自感电动势 e1；同时， 通过互感 M 的作用，在变压器次级线圈 N2 绕组的两端也会产生感应电动势 e2 ； 当控制开关 S 由接通状态突然转为关断状态的时候，电流在变压器初级线圈 N1
于 2 倍控制开关的接通时间Ton ； U pp 为输出电压的纹波电压，纹波电压
U pp 一般取峰-峰值，所以纹波电压等于电容器充电或放电时的电压增量，
即： U p p 2UC 。
精品课件
4.2 单端正激式结构
2.变压器初级线圈匝数的计算
N1
S
Ui108
Bm Br
(4-8)
(4-8)式是计算单端正激式开关电源变压器初级线圈 N1 绕组匝数的公
输出电压：
N3 trst N1 ton
(4-2)
精品课件
4.2 单端正激式结构
变压器的磁心复位：开关 S 导通后，变压器的励磁电流由零开始，随着时
间的增加而线性的增长，直到 S 关断。为防止变压器的励磁电感饱和，必须设
法使励磁电流在 S 关断后到下一次再开通的一段时间内降回零，这一过程称为
变压器的磁心复位。
变压器的磁心复位时间为：
式。式中， N1为变压器初级线圈绕组的最少匝数， S 为变压器铁心的导磁 面积(单位：平方厘米)，Bm 为变压器铁心的最大磁感应强度(单位：高斯)， Br 为变压器铁心的剩余磁感应强度(单位：高斯)，Br 一般简称剩磁， Ton ， 为控制开关的接通时间，简称脉冲宽度，或电源开关管导通时间的宽度(单
精品课件
4.2 单端正激式结构
当控制开关 S 接通的时候，直流输入电压Ui 首先对变压器 T 的初级线圈 N1 绕组供电，电流在变压器初级线圈 N1 绕组的两端会产生自感电动势 e1；同时， 通过互感 M 的作用，在变压器次级线圈 N2 绕组的两端也会产生感应电动势 e2 ； 当控制开关 S 由接通状态突然转为关断状态的时候，电流在变压器初级线圈 N1
于 2 倍控制开关的接通时间Ton ； U pp 为输出电压的纹波电压，纹波电压
U pp 一般取峰-峰值，所以纹波电压等于电容器充电或放电时的电压增量，
即： U p p 2UC 。
精品课件
4.2 单端正激式结构
2.变压器初级线圈匝数的计算
N1
S
Ui108
Bm Br
(4-8)
(4-8)式是计算单端正激式开关电源变压器初级线圈 N1 绕组匝数的公
输出电压：
N3 trst N1 ton
(4-2)
《DCDC电源电路经验》课件
通信系统中的DCDC电源电路
应用背景：通信系统中需要稳定的电源供应 功能：为通信设备提供稳定的电源 特点：高效率、低噪声、高可靠性 应用实例：基站、路由器、交换机等通信设备中的DCDC电源电路
工业控制中的DCDC电源电路
应用领域：工业自 动化、机器人、数 控机床等
功能：提供稳定、 可靠的电源输出
线性DCDC电源电路：优 点是输出电压稳定，缺点 是效率低
开关DCDC电源电路：优 点是效率高，缺点是输出 电压可能不稳定
应用：广泛应用于各种电 子设备，如手机、电脑、 家电等
DCDC电源电路设计
输入输出电压范围
输入电压范围：通常为10-30V
电压精度：一般要求达到±2%或更 高
添加标题
添加标题
DCDC电源电路的控制策略
电压控制模式
优点：简单易行，易于实现
电压控制模式：通过控制输 出电压来调节电源输出
缺点：输出电压可能不稳定， 需要额外的稳压措施
应用：适用于对输出电压要 求不高的场合
电流控制模式
电流模式：通过 控制电流来调节 输出电压
电压模式：通过 控制电压来调节 输出电流
混合模式：结合 电流模式和电压 模式，实现更精 确的控制
法规要求：满足日 益严格的环保和能 效法规要求
应用领域：拓展新 的应用领域，如电 动汽车、可再生能 源等
THANK YOU
汇报人：
减小体积：宽禁带半导体材料可以减小电源电路的体积，提高便携性
提高可靠性：宽禁带半导体材料可以提高电源电路的可靠性，延长使用寿命
降低成本：随着技术的发展，宽禁带半导体材料的成本有望降低，进一步推动其在电源 电路中的应用
未来挑战与展望
技术挑战：提高转 换效率、降低功耗、 提高稳定性等
4-开关电源-隔离型DC-DC变换器PPT课件
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
开关管的选择
VT
VD
uB
当开关管导通时，开关管最 Ui 大电压
N1
N2
C0
UO
UVT max U1 nUo
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
VD
L
Ui VD2
VD1
VT uB
C0
UO RL
当VT截止时，初级绕组和次级绕组下正上负VD反偏截 止。去磁绕组上正下负，VD2导通，释放磁芯的能量。 输出回路有电感L供应电能。
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
工作原理
当VT截止
uVD1
0
VD
L
uN1
t
0
Ui
VD1
UVT
Ui
N1 N2
Uo
Ui
N N
1 2
U
iton
RL 2L1T
uVD1
0
t
uN1 0
VT
VD
t
uB
Ui
N1
N2
C0
UO
VT承受的电压与负载有关，注意负载的选择，否则会 电烧源掉技术二极管和开关管。
隔离型DC/DC变换器
隔离型Buck-Boost变换器-单端反激型变换器
变压器磁通连续状态
uVD1
C0
UO
RL
t
VD2 VT
uB
iVD 0 t
电源技术
隔离型DC/DC变换器
隔离型DCDC变换器课件
特点
隔离型DCDC变换器具有高效率 、高可靠性、高安全性等优点， 广泛应用于各种需要直流电源供 电的设备和系统中。
应用领域
通信电源
在通信领域，隔离型DCDC变 换器常用于为基站、交换机等 设备提供稳定可靠的直流电源
。
工业控制
在工业控制领域，隔离型 DCDC变换器可用于为各种控 制器、传感器等设备提供直流 电源。
新能源系统
在新能源系统中，隔离型 DCDC变换器可用于太阳能逆 变器、风能逆变器等设备的直 流电源转换。
电动汽车与充电桩
在电动汽车及充电设施中，隔 离型DCDC变换器用于实现车 载电池的高效充电和直流电压
的稳定输出。
02
CATALOGUE
隔离型DCDC变换器的工作模 式
连续导通模式
总结词
在连续导通模式下，DCDC变换器始终保持一个或多个开关处于导通状态，输 入电流连续不断地流经电感。
THANKS
感谢观看
输出滤波器设计
根据输出电压和电流的纹波要求，设 计适当的输出滤波器。
控制电路设计
01
02
03
04
控制环路
设计一个控制环路来调节输出 电压或电流，使其稳定在设定
值。
反馈信号获取
确定如何从主电路获取反馈信 号，并将其传递给控制电路。
控制算法
选择适当的控制算法，如PID 控制或模糊逻辑控制，以实现
稳定的输出。
脉冲宽度调制模式
总结词
在脉冲宽度调制模式下，DCDC变换器的开关周期和占空比可调，通过改变占空比来调节输出电压。
Hale Waihona Puke 详细描述在脉冲宽度调制模式下，DCDC变换器的输入电流和电感电流的波形类似于正弦波或三角波。通过调 节占空比，可以精确地控制输出电压，实现宽范围、高精度的电压输出。这种模式广泛应用于各种电 子设备和电源供应器中。
隔离型DCDC变换器具有高效率 、高可靠性、高安全性等优点， 广泛应用于各种需要直流电源供 电的设备和系统中。
应用领域
通信电源
在通信领域，隔离型DCDC变 换器常用于为基站、交换机等 设备提供稳定可靠的直流电源
。
工业控制
在工业控制领域，隔离型 DCDC变换器可用于为各种控 制器、传感器等设备提供直流 电源。
新能源系统
在新能源系统中，隔离型 DCDC变换器可用于太阳能逆 变器、风能逆变器等设备的直 流电源转换。
电动汽车与充电桩
在电动汽车及充电设施中，隔 离型DCDC变换器用于实现车 载电池的高效充电和直流电压
的稳定输出。
02
CATALOGUE
隔离型DCDC变换器的工作模 式
连续导通模式
总结词
在连续导通模式下，DCDC变换器始终保持一个或多个开关处于导通状态，输 入电流连续不断地流经电感。
THANKS
感谢观看
输出滤波器设计
根据输出电压和电流的纹波要求，设 计适当的输出滤波器。
控制电路设计
01
02
03
04
控制环路
设计一个控制环路来调节输出 电压或电流，使其稳定在设定
值。
反馈信号获取
确定如何从主电路获取反馈信 号，并将其传递给控制电路。
控制算法
选择适当的控制算法，如PID 控制或模糊逻辑控制，以实现
稳定的输出。
脉冲宽度调制模式
总结词
在脉冲宽度调制模式下，DCDC变换器的开关周期和占空比可调，通过改变占空比来调节输出电压。
Hale Waihona Puke 详细描述在脉冲宽度调制模式下，DCDC变换器的输入电流和电感电流的波形类似于正弦波或三角波。通过调 节占空比，可以精确地控制输出电压，实现宽范围、高精度的电压输出。这种模式广泛应用于各种电 子设备和电源供应器中。
《DCDC变换器》课件
提高电源系统的稳定性和 可靠性
降低电源系统的成本和维 护费用
提高电源系统的效率和性 能
提高电源系统的灵活性和 适应性
卫星电源系统：为 卫星提供稳定的电 源
航天器电源系统： 为航天器提供稳定 的电源
航空电子设备：为 航空电子设备提供 稳定的电源
导弹武器系统：为 导弹武器系统提供 稳定的电源
用于控制系统的电源供应 电机驱动和控制 传感器信号处理 工厂自动化设备的能源管理
数字化控制技术在DCDC变 换器中的应用
数字化控制技术的发展趋 势和挑战
软开关技术的概念：通过控制开关的导通和关断时间，实现开关的软切换，降低开关损耗。 软开关技术的分类：包括零电压开关（ZVS）、零电流开关（ZCS）和零电压零电流开关 （ZVZCS）。
软开关技术的应用：在DCDC变换器中，软开关技术可以提高变换器的效率和稳定性。
DCDC变换器广泛应用于各种 电子设备和电源系统中
它具有效率高、体积小、重 量轻等优点
实现直流电压的转换
为负载提供稳定的直流电压
添加标题
添加标题
用于分布式电源系统
添加标题
添加标题
提高电源利用效率和可靠性
按工作原理分类： 升压型、降压型 和升降压型
按输入输出电压 关系分类：隔离 式和非隔离式
按控制方式分类： 脉宽调制（PWM） 和脉冲频率调制 （PFM）
DCDC变换器的技 术发展
提高转换 效率：采 用新型拓 扑结构、 控制策略 等
降低损耗： 优化电路 设计、材 料选择等
提高稳定 性：采用 先进的控 制算法、 保护措施 等
提高可靠 性：采用 冗余设计、 故障诊断 等
提高集成 度：采用 模块化设 计、集成 电路等
开关电源的拓扑结构
开关电源的拓扑结构开关电源的拓扑结构是指功率变换电路的结构，也就是DC/DC变换器的结构。
拓扑结构不同，与之配套的PWM控制器类型和输出整流/滤波电路也有差异。
拓扑结构也基本决定了开关电源的工作原理及输出特性。
本章将对开关电源常用的拓扑结构及工作原理进行详细介绍，以便读者在设计、制作开关电源时选用。
第一节降压式变换器降压式变换器亦称Buck变换器，是最常用的DC/DC变换器之一。
降压式DC/DC变换器能将一种直流电压变换成更低的直流电压。
例如它可将+24V电源变换成+15V、+12V或+5V 电源，并且在变换过程中的电源损耗很小，在分布式电源系统中经常会用到。
1、降压式DC/DC变换器的拓扑结构降压式DC/DC变换器的拓扑结构如图2-1-1所示。
图中的开关S用来等效功率开关管，U1为直流输入电压，U o为直流输出电压，VD为续流二极管，L为输出滤波电感(也称储电感)，C为输出滤波电容。
当S闭合时除向负载供电之外，还有一部分电能储存于电感L和电容C 中，L上的电压为U L，其极性是左端为正、右端为负，此时续流二极管VD截止。
当S断开时，L上产生极性为左端负、右端正的反向电动势，使得VD导通，L中的电能继续传送给负载和电容C。
降压式DC/DC变换器在功率开关管导通时向负载传输能量，属于正激式DC/DC 变换器。
图2-1-1 降压式DC/DC变换器的拓扑结构2、降压式DC/DC变换器的工作原理降压式DC/DC变换器可用一只NPN型功率开关管VT（或N沟道功率场效应管MOSFET）作为开关器件S，在脉宽调制(PWM)信号的控制下，使输入电压交替地接通、断开储能电感L。
降压式变换器的简化电路如图2-1-2(a)所示，脉宽调制信号控制功率开关管VT的导通与截止。
图2-1-2(b)、(c)显示出了开关闭合、断开时的电流路径。
图2-1-2 降压式DC/DC变换器的工作原理简化电路；(b)开关闭合时的电流路径；(c)开关断开时的电流路径当开关闭合时续流二极管VD截止，由于输入电压U1与储能电感L接通，因此输入---输出压差(U1---U o)就加在电感L上，使通过L的电流I L线性地增加。
隔离型DCDC变换器 ppt课件
隔离型Buck变换器——单端正激变换器
电路的构成
基本buck变换电路拓扑
Buck变换器工作波形
7
PPT课件
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
PPT课件
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
强制磁芯去磁各种方法
33
PPT课件
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
34
PPT课件
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
双开关、单端去磁线路
35
PPT课件
双管正激式DC/DC变换器
VT1和VT2导通时，从A点充电或取电 在半周期中，2个电容器补充电荷损失
电容器上电压变化
U
I P t C总
＝
(Ui
/
PO 2)(C1
C2
)
1 2f
PO 2Ui fCF
电容器上直流电压变化的百分数与整流输出电压变化的百分数是相同的
输出电压纹波百分数
Ur
100U Ui / 2
变压器磁通连续状态
VT截止时间较小，toff <(L2/UO)I2P ，即I2min>0
25
DCDC变换器拓扑结构分析
DCDC变换器拓扑结构分析⼀、正激变换电路由于正激DC/DC变换器具有电路拓扑简单，输⼈输出电⽓隔离，电压升、降范围宽，易于多路输出等优点，因此被⼴泛应⽤于中⼩功率电源变换场合。
然⽽，正激变换器的⼀个固有缺点是需要附加电路实现变压器磁复位。
采⽤磁复位绕组正激变换器川的优点是技术成熟可靠，磁化能量⽆损地回馈到直流电⽹中去。
但附加的磁复位绕组使变压器结构复杂化，变压器漏感引起的关断电压尖峰需要RC缓冲电路来抑制，占空⽐d<0.5，功率开关承受的电压应⼒与输⼈电源电压成正⽐。
RCD钳拉正激变换器图的优点是磁复位电路简单，占空⽐d可以⼤于0.5，功率开关承受电压应⼒较低此电路只是在原有的双管正激电路上添加了2个Lr、Cr谐振⽹络实现软开关。
图4中,L2为缓冲电感,Lm为变压器的励磁电感,C1和C2分别是开关管VS1和VS2的寄⽣电容。
电路拓扑在1个开关周期中可分为7个时间段描述。
下⾯将对每个时间段分别描述。
先假定在t0时刻之前,VS1和VS2关断,谐振电感Lr上的电流iLr为0,电容Cr上的电压UCr为-Uin,VD5关断,VD6正在续流。
为了使分析过程简化,在对电路分析之前,作如下⼏点假设:滤波电感L1⾜够⼤,在1个开关周期中可近似⽤恒流源I0等效代替;变压器漏感远⼩于励磁电感,在电路分析中忽略漏感的影响。
⼀个开关周期中电路的主要电量波形：1 t0~t1时间段在t0时刻,主功率开关管VS1和VS2同时导通,由于电感L2的作⽤,电流上升缓慢,VS1和VS2可以看成ZCS(零电流)导通。
在这⼀阶段,Lr、Cr开始谐振,VD5和VD6开始电流交换。
Cr上的电压从-Uin向Uin变化,电感Lr上的电流也从零上升。
当续流⼆极管VD6上的电流为零并且阻断时,这⼀时间段结束(这个时间段很短)。
此时,原边电流上升到I0/N(N=N1/N2,N1为原边匝数,N2为副边匝数)。
2 t1~t2时间段在t1~t2时间段,Lr和Cr继续谐振。
DCDC工作原理介绍课件PPT模板
1.两种开关状态
VG>0, T管导通,D阻断 To n DTS
1.两种开关状态 VG=0, T管阻断
T of f T ST on (1D )T S
Thank you.
演讲结速，谢谢观赏！
PPT常用编辑图使用方法
1.取消组合
2.填充颜色
3.调整大小
选择您要用到的图标单击右键选择“ 取消组 合”
（1）开关管T和二极管D从导通变为阻断，或从阻断变为导通的 过渡过程时间均为零；
（2）开关器件的通态电阻为零，电压降为零。断态电阻为无限 大，漏电流为零；
（3）电路中的电感和电容均为无损耗的理想储能元件； （4）线路阻抗为零。电源输出到变换器的功率等于变换器的输
出功率。
VSIS VOIO
2. 降压原理 对开关管T加驱动信号VG ,开关周期为TS
输出电压的直流平均值
V O C o 2 10 2 v E d ( O t) 2 1 V S 2 1 V S 2 D D s (V -2 3
变压比为M
V O M S D V S V V S/2(-3)
将（3-2），（3-4）代入到（3-1）中
V E(O t) D S V n 12 n V SsinnD )(co nts )((-3 5)
VO2VS
TToofnfVS
DSV
EO V S iD 0 iL iS
VG>0, T管导通 To n DTS
EO 0 iD iL
VG=0, T管阻断
T of f T ST on (1D )T S
输出电压
E(O t)C 0 ancon st)((3 -1) n 1
n次谐波幅值 a n2 n V Ssin n 2 ) (2 n V Ssin nD )((-3 4)
开关电源原理设计及实例ppt课件
2
4.1 概述
一般电力(如市电)要经过转换才能符合使用的需要。转换方式有交流转 换成直流，高电压变成低电压，大功率中取小功率等。按电力电子的习 惯称谓，AC-DC(AC表示交流电，DC表示直流电)称为整流，DC-AC称 为逆变，AC-AC称为交流-交流直接变频(同时也变压)，DC-DC称为直流 -直流变换。开关电源主要组成部分是DC-DC变换器，涉及频率变换，其 实把直流电压变换为另一种直流电压最简单办法是串一个电阻，这样不 涉及变频的问题，显得很简单，但是效率低。用一个半导体功率器件作 为开关，使带有滤波器的负载线路与直流电压一会相接，一会断开，则 负载上也得到另一个直流电压。这就是DC-DC的基本手段，类似于“斩 波”(Chop)作用。
全桥
变压器双向激磁，容易达到大功率结构 几百W~几百kW 大功率工业用电 复杂，成本高，有直通问题，可靠性低， 源、焊接电源、 需要复杂的多组隔离驱动电路 电解电源等 变压器双向激磁，没有变压器偏磁问题， 几百W~几kW 开关较少，成本低有直通问题，可靠性 低，需要复杂的隔离驱动电路 变压器双向激磁，变压器一次侧电流回 路中只有一个开关，通态损耗较小，驱 动简单有偏磁问题 几百W~几kW 各种工业用电源， 计算机电源等 低输入电压的电 源
3
4.1 概述
单管 正激 单端 反激 DC-DC变换器 推挽 双端 半桥 全桥 双管
4
4.1 概述
带变压隔离器的变换器是从第3章基本变换器派生、组合、演变而来的。它 们从哪个基本变换器变来，就带有哪个基本变换器的本质特征。所谓派生， 是指变压隔离器插入到各基本变换器各不同的点上而形成的电路。由于变压 隔离器有单端式、并联式、半桥式和全桥式四种，因此，可得到很多电路。 所谓组合是指变换器的串联形式引起的变化。例如降压与升压变换器相串， 或者升压与降压变换器相串等等。这与第3章讨论的角度不同，本章是有意 识地往隔离方向引导，并加以讨论，从而得到一些有应用价值、使用较广的 电路。图4-1给出了隔离DC-DC变换器功能示意图。
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精品课件
4.2 单端正激式结构
当控制开关 S 接通的时候，直流输入电压Ui 首先对变压器 T 的初级线圈 N1 绕组供电，电流在变压器初级线圈 N1 绕组的两端会产生自感电动势 e1；同时， 通过互感 M 的作用，在变压器次级线圈 N2 绕组的两端也会产生感应电动势 e2 ； 当控制开关 S 由接通状态突然转为关断状态的时候，电流在变压器初级线圈 N1
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4.1 概述
直流
逆变 电路
交流
变压器
交流
整流 电路
脉动
直流
直流
滤波器
图 4-1 隔离DC-DC变换器功能示意图
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4.1 概述
升压和降压等变换器可以完成直流电压的变换。但实际上存在着转换功能上 的局限性，例如，输入输出不隔离，输入输出电压比或电流比不能过大以及无法实现 多路输出等。这种局限性只能用另一种开关变换器中的重要组件—变压隔离器来克服。 下面列出采用变压器隔离结构的原因： 输出端与输入端之间需要隔离； 变压器可以同时输出多组不同数值的电压，改变输出电压和输出电流很容易，只需 改变变压器的匝数比和漆包线截面积的大小即可； 变压器初、次级互相隔离，不需共用同一个地。因此，变压器开关电源也有人把它 称为离线式开关电源。这里的离线并不是不需要输入电源，而是输入电源与输出电源 之间没有导线连接，完全是通过磁场偶合传输能量； 变压器开关电源采用变压器把输入输出进行电器隔离的最大好处是，提高设备的绝 缘强度，降低安全风险，同时还可以减轻EMI干扰，并且还容易进行功率匹配； 交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重 量；工作频率高于20kHz这一人耳的听觉极限，又可以避免变压器和电感产生噪音。
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4.1 概述
表 4-1 各种不精品同课件的间接直流变流电路的比较
4.2 单端正激式结构
4.2.1 简介
单端正激变换器是一个隔离开关变换器，隔离型变换器的一个根本特点是有一 个用于隔离的高频变压器，所以可以用于高电压的场合。由于引入了高频变压器极大 的增加了变换器的种类，丰富了变换器的功能，也有效的扩大了变换器的使用范围。 单端正激变换器拓扑以其结构简单、工作可靠、成本低廉而被广泛应用于独立的离线 式中小功率电源设计中。在计算机、通信、工业控制、仪器仪表、医疗设备等领域， 这类电源具有广阔的市场需求。
第4章 变压器隔离的DC-DC变换器拓扑结构
4.1 概述 4.2 单端正激式结构 4.3 单端反激式结构 4.4 半桥式电路结构 4.5 全桥式电路结构 4.6 推挽式电路结构
精品课件
本章简介
本章首先对DC-DC变换、实现方法行了概述，介绍了DC-DC变换 中变压器所起的作用，重点对5种DC-DC电路拓扑结构、工作原 理、关键节点的波形图进行了论述，包括：单端正激式、单端 反激式、半桥式、全桥式和推挽式电路。最后概括地介绍了上 述5种结构电路中电路元器件及输入、输出参数的计算方法。 本章要求了解DC-DC电路技术的内涵，重点掌握DC-DC电路拓扑 结构特点、原理及工作过程，从而使后续各章的学习目标更加 明确。
绕组中存储的能量(磁能)也会产生反电动势 e1；同时，通过互感 M 的作用，在 变压器次级线圈 N2 绕组中也会产生感应电动势 e2 。因此，在控制开关 S 接通之 前和接通之后，在变压器初、次级线圈中感应产生的电动势方向是不一样的。
开关 S 导通后，变压器绕组 N1 两端的电压为上正下负，与其耦合的 N2 绕
精品Байду номын сангаас件
4.1 概述
一般电力(如市电)要经过转换才能符合使用的需要。转换方式有交流转 换成直流，高电压变成低电压，大功率中取小功率等。按电力电子的习 惯称谓，AC-DC(AC表示交流电，DC表示直流电)称为整流，DC-AC称为逆 变，AC-AC称为交流-交流直接变频(同时也变压)，DC-DC称为直流-直流 变换。开关电源主要组成部分是DC-DC变换器，涉及频率变换，其实把直 流电压变换为另一种直流电压最简单办法是串一个电阻，这样不涉及变 频的问题，显得很简单，但是效率低。用一个半导体功率器件作为开关， 使带有滤波器的负载线路与直流电压一会相接，一会断开，则负载上也 得到另一个直流电压。这就是DC-DC的基本手段，类似于“斩波”(Chop) 作用。
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4.2 单端正激式结构
4.2.2电路结构及工作原理
为使变换器结构简单，提高可靠性，减少成本和重量，图4-2示出了 单端变压隔离器与降压变换器结合的线路。这是一个原边、副边同时工作 的线路，称为正激变换器（Forward Converter），它广泛地应用在小功率 电源小。由于原边绕组通过的是单向脉动电流，一个实用的单端变压隔离 器电路必须采取措施，使变压器铁芯磁性复位，如图4-2所示。
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4.1 概述
DC-DC变换器
单端
正激 反激
单管 双管
推挽
双端 半桥 全桥
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4.1 概述
带变压隔离器的变换器是从第3章基本变换器派生、组合、演变而来的。它 们从哪个基本变换器变来，就带有哪个基本变换器的本质特征。所谓派生， 是指变压隔离器插入到各基本变换器各不同的点上而形成的电路。由于变压 隔离器有单端式、并联式、半桥式和全桥式四种，因此，可得到很多电路。 所谓组合是指变换器的串联形式引起的变化。例如降压与升压变换器相串， 或者升压与降压变换器相串等等。这与第3章讨论的角度不同，本章是有意 识地往隔离方向引导，并加以讨论，从而得到一些有应用价值、使用较广的 电路。图4-1给出了隔离DC-DC变换器功能示意图。
所谓单激式变压器开关电源，是指开关电源在一个工作周期之内，变压器的初 级线圈只被直流电压激励一次。一般单激式变压器开关电源在一个工作周期之内，只 有半个周期向负载提供功率(或电压)输出。当变压器的初级线圈正好被直流电压激励 时，变压器的次级线圈也正好向负载提供功率输出，这种变压器开关电源称为正激式 开关电源；当变压器的初级线圈正好被直流电压激励时，变压器的次级线圈没有向负 载提供功率输出，而仅在变压器初级线圈的激励电压被关断后才向负载提供功率输出， 这种变压器开关电源称为反激式开关电源，这种结构将在4.3节中详细介绍。
4.2 单端正激式结构
当控制开关 S 接通的时候，直流输入电压Ui 首先对变压器 T 的初级线圈 N1 绕组供电，电流在变压器初级线圈 N1 绕组的两端会产生自感电动势 e1；同时， 通过互感 M 的作用，在变压器次级线圈 N2 绕组的两端也会产生感应电动势 e2 ； 当控制开关 S 由接通状态突然转为关断状态的时候，电流在变压器初级线圈 N1
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4.1 概述
直流
逆变 电路
交流
变压器
交流
整流 电路
脉动
直流
直流
滤波器
图 4-1 隔离DC-DC变换器功能示意图
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4.1 概述
升压和降压等变换器可以完成直流电压的变换。但实际上存在着转换功能上 的局限性，例如，输入输出不隔离，输入输出电压比或电流比不能过大以及无法实现 多路输出等。这种局限性只能用另一种开关变换器中的重要组件—变压隔离器来克服。 下面列出采用变压器隔离结构的原因： 输出端与输入端之间需要隔离； 变压器可以同时输出多组不同数值的电压，改变输出电压和输出电流很容易，只需 改变变压器的匝数比和漆包线截面积的大小即可； 变压器初、次级互相隔离，不需共用同一个地。因此，变压器开关电源也有人把它 称为离线式开关电源。这里的离线并不是不需要输入电源，而是输入电源与输出电源 之间没有导线连接，完全是通过磁场偶合传输能量； 变压器开关电源采用变压器把输入输出进行电器隔离的最大好处是，提高设备的绝 缘强度，降低安全风险，同时还可以减轻EMI干扰，并且还容易进行功率匹配； 交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重 量；工作频率高于20kHz这一人耳的听觉极限，又可以避免变压器和电感产生噪音。
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4.1 概述
表 4-1 各种不精品同课件的间接直流变流电路的比较
4.2 单端正激式结构
4.2.1 简介
单端正激变换器是一个隔离开关变换器，隔离型变换器的一个根本特点是有一 个用于隔离的高频变压器，所以可以用于高电压的场合。由于引入了高频变压器极大 的增加了变换器的种类，丰富了变换器的功能，也有效的扩大了变换器的使用范围。 单端正激变换器拓扑以其结构简单、工作可靠、成本低廉而被广泛应用于独立的离线 式中小功率电源设计中。在计算机、通信、工业控制、仪器仪表、医疗设备等领域， 这类电源具有广阔的市场需求。
第4章 变压器隔离的DC-DC变换器拓扑结构
4.1 概述 4.2 单端正激式结构 4.3 单端反激式结构 4.4 半桥式电路结构 4.5 全桥式电路结构 4.6 推挽式电路结构
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本章简介
本章首先对DC-DC变换、实现方法行了概述，介绍了DC-DC变换 中变压器所起的作用，重点对5种DC-DC电路拓扑结构、工作原 理、关键节点的波形图进行了论述，包括：单端正激式、单端 反激式、半桥式、全桥式和推挽式电路。最后概括地介绍了上 述5种结构电路中电路元器件及输入、输出参数的计算方法。 本章要求了解DC-DC电路技术的内涵，重点掌握DC-DC电路拓扑 结构特点、原理及工作过程，从而使后续各章的学习目标更加 明确。
绕组中存储的能量(磁能)也会产生反电动势 e1；同时，通过互感 M 的作用，在 变压器次级线圈 N2 绕组中也会产生感应电动势 e2 。因此，在控制开关 S 接通之 前和接通之后，在变压器初、次级线圈中感应产生的电动势方向是不一样的。
开关 S 导通后，变压器绕组 N1 两端的电压为上正下负，与其耦合的 N2 绕
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一般电力(如市电)要经过转换才能符合使用的需要。转换方式有交流转 换成直流，高电压变成低电压，大功率中取小功率等。按电力电子的习 惯称谓，AC-DC(AC表示交流电，DC表示直流电)称为整流，DC-AC称为逆 变，AC-AC称为交流-交流直接变频(同时也变压)，DC-DC称为直流-直流 变换。开关电源主要组成部分是DC-DC变换器，涉及频率变换，其实把直 流电压变换为另一种直流电压最简单办法是串一个电阻，这样不涉及变 频的问题，显得很简单，但是效率低。用一个半导体功率器件作为开关， 使带有滤波器的负载线路与直流电压一会相接，一会断开，则负载上也 得到另一个直流电压。这就是DC-DC的基本手段，类似于“斩波”(Chop) 作用。
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4.2 单端正激式结构
4.2.2电路结构及工作原理
为使变换器结构简单，提高可靠性，减少成本和重量，图4-2示出了 单端变压隔离器与降压变换器结合的线路。这是一个原边、副边同时工作 的线路，称为正激变换器（Forward Converter），它广泛地应用在小功率 电源小。由于原边绕组通过的是单向脉动电流，一个实用的单端变压隔离 器电路必须采取措施，使变压器铁芯磁性复位，如图4-2所示。
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DC-DC变换器
单端
正激 反激
单管 双管
推挽
双端 半桥 全桥
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带变压隔离器的变换器是从第3章基本变换器派生、组合、演变而来的。它 们从哪个基本变换器变来，就带有哪个基本变换器的本质特征。所谓派生， 是指变压隔离器插入到各基本变换器各不同的点上而形成的电路。由于变压 隔离器有单端式、并联式、半桥式和全桥式四种，因此，可得到很多电路。 所谓组合是指变换器的串联形式引起的变化。例如降压与升压变换器相串， 或者升压与降压变换器相串等等。这与第3章讨论的角度不同，本章是有意 识地往隔离方向引导，并加以讨论，从而得到一些有应用价值、使用较广的 电路。图4-1给出了隔离DC-DC变换器功能示意图。
所谓单激式变压器开关电源，是指开关电源在一个工作周期之内，变压器的初 级线圈只被直流电压激励一次。一般单激式变压器开关电源在一个工作周期之内，只 有半个周期向负载提供功率(或电压)输出。当变压器的初级线圈正好被直流电压激励 时，变压器的次级线圈也正好向负载提供功率输出，这种变压器开关电源称为正激式 开关电源；当变压器的初级线圈正好被直流电压激励时，变压器的次级线圈没有向负 载提供功率输出，而仅在变压器初级线圈的激励电压被关断后才向负载提供功率输出， 这种变压器开关电源称为反激式开关电源，这种结构将在4.3节中详细介绍。