推挽直直变换器与桥式直直变换器39页PPT
第14章-桥式变换器的设计分析PPT课件
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设计参数
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计算最大导通时间： Tonmax=T*Dmax
计算初级匝数 Np=(Vinmindc*Tonmax)/Bmax*Ae
计算伏秒： n=Vinmindc/Np
计算次级匝数： Ns=(Vout+Vf+Vl)/n
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变压器的设计
其他的设计参数与半桥一样。 最后出变压器图：
在实际变压器厂家会在变压器中开很小的气隙 来防止变压器的饱和。
变压器的次级匝数： Ns=Vs/n
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变压器计算
周期为： T=1/f （us） 如占空比为已知变量Dmax=0.45， 则： Ton=T×Dmax（us）
初级匝数： Np=（Vinmin×Ton）/（ Δ B×Ae）
压≥AC4000V，磁芯两个侧面的下端应包绝缘胶带加强绝缘； NP的电感量为0.667mH； 绕线的图为（俯视图）; 绕线的顺序为：先绕NP的一半（19匝），再绕N2、N1再绕NP的另一半（19匝）；
NP为2股Φ0.35mm的线绕38匝（3和6脚）； N1为Φ0.22mm的线绕8匝（1和2脚）； N22为2股Φ0.5mm的线绕6匝（8和11脚）； N21为2股Φ0.5mm的线绕6匝（9和10脚）。 初次间加静电屏蔽层，为防止磁芯受强烈震动而松动，还需在外层缠绕加固胶带，同时 外加漏磁屏蔽铜带。 变压器的顶部贴上标签，并标注生产日期；原理见下图（注意各绕组的同名端的标示）。
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设计参数
开关电源变压器
制作频率为100KHz； 选用PQ26-12PIN型高频磁芯，立式骨架，一定要具有挡墙(见附页)； 气隙为0.30mm，（实际以第5项的要求为准）； 绕组间的绝缘电阻≥100MΩ；NP/N1和N21/N22之间耐压≥AC4000V；磁芯和挡墙外之间耐
推挽式变压器
推挽全桥双向直流变换器的研究1 引言随着环境污染的日益严重和新能源的开发，双向直流变换器得到了越来越广泛的应用，像直流不停电电源系统，航天电源系统、电动汽车等场合都应用到了双向直流变换器。
越来越多的双向直流变换器拓扑也被提出，不隔离的双向直流变换器有Bi Buck/Boost、Bi Buck-Boost、Bi Cuk、 Bi Sepic-Zeta；隔离式的双向直流变换器有正激、反激、推挽和桥式等拓扑结构。
不同的拓扑对应于不同的应用场合，各有其优缺点。
推挽全桥双向直流变换器是由全桥拓扑加全波整流演变而来。
推挽侧为电流型，输入由蓄电池供给，全桥侧为电压型，输入接在直流高压母线上。
此双向直流变换器拓扑适用在电压传输比较大、传输功率较高的场合。
本文分析了推挽全桥双向直流变换器的工作原理，通过两种工作模式的分析，理论上证明了此拓扑实现能量双向流动的可行性，并对推挽侧开关管上电压尖峰形成原因进行了分析，提出了解决方法，在文章的最后给出了仿真波形和实验波形。
2工作原理图1为推挽全桥双向DC/DC变换器原理图。
图2给出了该变换器的主要波形。
变换器原副边的电气隔离是通过变压器来实现的，原边为电流型推挽电路，副边为全桥电路，该变换器有两种工作模式：（1）升压模式：在这种工作模式下S1 、S2 作为开关管工作； S3，S4 ，S5 ，S6 作为同步整流管工作，整流方式为全桥整流，这种整流方式适用于输出电压比较高，输出电流比较小的场合。
由于电感L 的存在 S1、S2 的占空比必须大于0.5。
（2）降压模式：在这种工作模式下 S3， S4， S5，S6 作为开关管工作，S1 、S2 作为同步整流管工作，整流方式为全波整流。
分析前，作出如下假设：所有开关管、二极管均为理想器件；所有电感、电容、变压器均为理想元件；，；2.1升压工作模式在升压工作模式下，原边输入为电流型推挽电路，副边输出为全桥整流电路。
S1 ，S2 作为开关管工作，S3 ， S4， S5，S6 作为同步整流管工作。
第三章 功率转换电路
3.3 半桥式功率转换电路
工作过程:
• 当两个开关管BG1和 BG2都截止时，电容C01， C02中点A的电压为E/2。
• 当BG1导通时，C02充 电，C01放电，中点A电 位在BG1导通终了，将下 降E/2-△E。
3.3 半桥式功率转换电路
• 当BG2导通，C01 充 电， C02放电，中点A 电位在BG2导通终了增 至 E/2+△E。
补充三 高频变压器的磁化曲线
磁路：由铁心形成而使磁通集中通过的回路叫磁 路。
铁心中的磁通 称主磁通。
少量磁通通过空气也会构成回路称漏磁通。
漏
主磁通
漏
磁
磁
通
通
变压器的磁路
补充三 高频变压器的磁化曲线
由于 特斯拉单位太大，通常多用mT表示，1T=100 0mT。有时也用高斯（Gs）表示，1T=104 Gs。
补充三 高频变压器的磁化曲线
磁通:磁感应强度B在面积S上的通量积分称为磁
通。单位：韦伯Wb
B dS
S
如果是均匀磁场，即磁场内各点磁感应强度的大小和方
向均相同，且与面积S垂直，则该面积上的磁通为
• 硬磁(永磁)材料：磁滞回线宽、剩磁和矫顽力都很大 的铁磁材料称为硬磁材料，又称为永磁材料。 • 永磁材料磁性能指标： 剩磁 矫顽力 最大磁能积(BH) max
补充三 高频变压器的磁化曲线
磁感应强度B 是表示磁场空间某点的磁场强弱和方 向的物理量，是矢量。 大小：磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通 （磁力线）。单位：特斯拉T或Wb/m2
基本磁化曲线在开关电源变压器磁心被磁场极化时 才会出现，因此该曲线也被称为初始磁化曲线。当 变压器正常工作之后，这种初始状态就不存在了。
推挽直直变换器与桥式直直变换器
阻负载时只有开关管中有电流流过，感性负载时
开关管和二极管中都有电流流过。
南京邮电大学
Q1和Q2 导通小于180o工作 如果Q1和Q2导通时间减少，则输出电压为宽度小
于180o的方波，若输出端接电阻负载时，负载电 流波形和电压波形相同；输出端接电感负载时， 若电感量为L，则电感电流iL波形为三角波，Q1 导通，电流上升；Q1关断，电感电流iL经D2续流 ，电流以斜率下降。D2续流，使Vin加在W12上，在 W2绕组上，电压极性反向，如图中阴影部分所示 。如果Q1和Q2 导通时间分别大于T/4，则在感性 负载时，输出电压VO为180o的交变方波，不再受Q1 和Q2 导通时间的影响。
IpmaxW W12 I0(W W12)2
VinDy 4Lf fs
南京邮电大学
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因iDR1和iDR2就是流过变压器副边绕组的电流，若
不计变压器的励磁电流，则变压器原边绕组电流 的最大值为：
ID R 1 m axID R 2m axID F W m axI0W W 1 24 L V ifnfsD y
南京邮电大学
下图是推挽直流变换器的主要波形。在Q1或Q2导通期间，
变压器副边绕组中感应电势为vw2，电压脉冲宽度决定于Q1
或Q2的导通时间ton，幅值为
W W
2 1
V
in
，为一交流电。该电压经
整流管整成一个直流方波电压。滤波电感电流在电流连续
时为三角波，图中给出了流过DR1、DR2和DFW的电流波形。
流过变压器原边的电流最大值也就是流过开关管 电流的最大值。开关管的反并二极管不流过负载 电流，仅流过铁芯磁复位时的磁化电流。
精力都放在降低输入电压纹波的原因所在。
南京邮电大学
直直变换器
ILmax ILmin ILmax ILmin ILmax t ILmin t t
+
uL
-
-
（b）工作状态2（S断开） 图5.18 升降压型电路电感电流 连续时的工作状态
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图5.19 升降压型电路电 感电流连续时的工作波形
电力电子技术（第二版）
5.2.3 升降压（Buck-Boost）型直直变换器 ug 2. 电感电流临界连续 T
图5.8 降压型电路电流连续与断续临界状态时的工作波形
9
5.2.1 降压（Buck）型直直变换器 3. 电感电流断续工作模式 u T
g
电力电子技术（第二版）
当电流断续时，该电路在1个 开关周期内经历3个工作状态
is S us iL L uL
s
ton 0 t us 0 0 uL Ui-Uo Uo t1 Ui
5.2.1 降压（Buck）型直直变换器 2. 电感电流临界连续
降压型直直变换器电 路的电感电流处于连 续与断续的临界状态 时，在每个开关周期 开始和结束的时刻， 电感电流正好为零。
临界电流 平均值
I oK 1 D 2L U oT s
ug Ts ton 0 t us 0 0 uL Ui-Uo iL Io is iD 0 IDmax t Uo ILmax t Ismax t t1 Ui t t toff t2 t
（a）
Ui
L iL S
uL
+
us
-
ic C
io + R Uo
+
-
D iD
-
（b）
Ui
L iL
uL
+
+
us
直流交流变换器ppt课件
逆变器的类型(其它分类方式)
按输出电压不同分为：
1. 恒压恒频型〔CVCF，Constant Voltage Constant Frequency 〕
2. 变压变频型〔VVVF，Variable Voltage Variable 按开Fr关eq器ue件nc不y 同〕及换流关断方式不同分类： 13..自脉关冲断电型压〔电流〕型 2.强迫关断型
改动移相角θ，也就调理了输出电压电压，故也称移相调压。
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单脉冲调压的电压调理特性
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2
VV 11mm 44 VV dd π
VV 33m m 44 VV dd
π
θ
Vd
00 1 2 π 2
2π 2ωt
VV55m m
44VVdd π
VV 77mm
V1ms int
Δt
正弦等效 窄脉冲 序列
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SPWM根本原理
基于冲量等效原理的直接SPWM
v(t)
VDTK
KTS (K1)TS
vab(t)d
t
KTS (K1)TS
V1m
s
in( t)d
t
Ts
V1mco
sK
1TS
co
sK
TS
π
2π
0
ωt
V1m
2s
in
12TS
s
inK
TS
12TS
αK
TK
v ab (t)
交流
+
电源 可控
直流
电源
直流 环节 滤波器
逆 变 器
负 载
-
可控整流方案
利用推挽方式与同步整流技术实现直直变换器的设计
利用推挽方式与同步整流技术实现直直变换器的设计1.引言开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。
从上世纪90年代以来开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，计算机、程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源。
随着电源技术的发展，低电压，大电流的开关电源因其技术含量高，应用广，越来越受到人们重视。
在开关电源中，正激式和反激式有电路拓扑结构简单，输入输出电气隔离等优点，广泛应用于中小功率电源变换场合。
与正、反激式相比，推挽式变换器变压器利用率高，输出功率较大，而且由于使用MOS管,基本不存在励磁不平衡的现象。
因此，一般认为推挽式变换器适用于低压，大电流，功率较大的场合。
2.基本推挽变换技术推挽式直直变换器的电路结构如图1（a）所示,波形如图1(b）所示。
推挽式逆变器将直流电压变换为交流方波加在高频变压器的原边，在隔离变压器的副边只有一个二极管压降。
当开关管S1 导通时，二极管D1 承受正压而导通，而D2 由于反向偏置而截止；因此，3 电路的设计3.1 主电路的设计开关电源的主电路拓扑结构如图2所示，详细参数如下：输入电压为12(1±10％)V，输出电压为24V，输出电流为12A，工作频率为33kHz。
主电路采用的是推挽型电路，主开关管用的是IRFP064N,在主电路上输入端有两个1000uF／50V并联的输入滤波电容,在输入的电路的正级接有一个2.2uH的输入滤波电感（电感取值与输出滤波电感一样）。
电路中变压器的设计跟一般变换器所用变压器设计类似，只需注意绕线方式和铜线选择，由于本变换器的电流过大，故采用多股细线并绕的方式。
电力电子技术第五章-直直变换器
1 (Ui 2
Uo L
)
DTS
Ui Uo
D Uo R
Ui Uo
2
Ui Uo
2L D2TS R
0
求解上式得：
电感电流断续时的工作波形
Uo 1 4K 1
Ui
2K
令 K 2L
D2TS R
电压传输比与占空比 D 和负载 R 相关，也与电路参数 L 和 TS 有关。与占空比D
为非线性关系。
三. BUCK变换器的应用
◆利用能量平衡推导
UO D Ud
开关S导通时电感电流上升幅值： I r
(U d
Uo) L
Ton
开关S关断时电感电流下降幅值： I f 已知： Ir I f
Uo L
Toff
则：
M Uo Ton D Ud T
UO D Ud
Ug
Ua Ud Ua
uL Ud Uo
uL
Ud Uo
L
iL
I r
5.2.1 降压型直直变换器(BUCK Converter)
BUCK降压直直变换器是一种基本的非隔离DC/DC变换
器，其输出直流电压低于输入直流电压，通称为BUCK变换
器，电路结构如下图：
S
Ua
L
+
1
2
+
2
Ud
Ug
D
C RL Uo
1
图中：
-
-
S为功率MOSFET器件，工作在开关状态；若为晶闸管，须有辅助 关断电路。
Ug Ua Ud
等效电路如b图所示，此时Ua等于Ud, D截止， Ua
电感电压 等于uL Ud-Uo，电感电流 线性iL 上升，
第4部分直流直流变换器-PPT精品
类似地，
UBNUdDVB T
(4-60)
因此，输出电压Uo(=UAN -UBN)与变换器的开关占空比 有关，而与负载电流io的大小和方向无关。
如果变换器同一桥臂的两个开关管同时处于断开的状 态，则输出电压uo由输出电流io的方向决定。这将引起 输出电压平均值和控制电压之间的非线性关系，所以
应该避免两个开关管同时处于断开的情况发生。
4.4.5 输出电压纹波
在前面的分析中，假设输出电容足够大从而使uo=Uo。 然而，实际上，输出电容值是有限的，因此输出电压 是有纹波的。在电流连续模式下的输出电压的波形如 图4-17所示。
纹波的峰-峰值为
Uo DTs DTs
Uo RC
(4-40)
对于电流断续模式也可作类似分析。
图4-17 升压变换器的输出电压的纹波
在稳态时，电感电压在一个周期内的积)to f f 0
上式的两边除以Ts，得： Uo Ts 1 Ud toff 1D
(4-26)
假设电路没有损耗，则Pd=Po，
UdId UoIo
Io 1 D Id
(4-27)
图4-12 升压变换器电路的情况(假定iL连续)
在负载电流较小的情况下，在uco<utri，负载电流经 VDB+和VDA-续流，uo= -Ud，续流过程中，电流会下降 为0，VDB+和VDA-断开，则VTB+和VTA-导通，故直流 输入电源Ud经过VTB+、负载和VTA-构成电流回路，电 流变负。当uco>utri，控制信号使VTB+和VTA-断开，触 发VTA+和VTB-，由于电感电流不能突变，因此负载电 流经VDA+和VDB-续流，使VTA+和VTB-不能导通， uo=Ud，同时电流上升，直至电流上升到0，VDA+和 VDB-断开，VTA+和VTB-导通，由此循环往复周期性的 工作。
推挽变换器工作原理
推挽变换器工作原理一、引言推挽变换器是电力电子学中常用的一种电路，它可以将直流电压转换为交流电压。
在工业、农业和家庭用电中都有广泛的应用。
本文将详细介绍推挽变换器的工作原理。
二、推挽变换器的基本结构推挽变换器由两个互补型开关管（MOSFET或IGBT）组成，它们分别被称为上管和下管。
上管和下管被连接到一个中心点，这个中心点就是输出端口。
输入端口连接至一个直流源，如电池或整流桥。
三、推挽变换器的工作原理当上管导通时，它会将输入电压传递到输出端口。
此时下管处于截止状态。
当下管导通时，它会将输出端口上的负载与地相连，并且使输出端口的电势降为零。
这样就完成了一个完整的周期。
四、推挽变换器的控制方式在实际应用中，我们需要对上下两个开关管进行控制以实现所需输出波形。
常见的控制方式有三种：PWM（脉冲宽度调制）、SPWM（正弦波脉冲调制）和SVPWM（空间矢量脉冲调制）。
1. PWM控制方式PWM控制方式是最简单的一种控制方式，它通过改变开关管的导通时间来调节输出电压。
当需要输出较低电压时，导通时间会变短；当需要输出较高电压时，导通时间会变长。
2. SPWM控制方式SPWM控制方式是通过改变开关管的导通时间和间隔时间来实现对输出波形的调节。
这种控制方式可以产生与正弦波相似的输出波形，并且具有更好的谐波抑制能力。
3. SVPWM控制方式SVPWM控制方式是一种比SPWM更高级的控制方式。
它将输出波形分解为三个正弦波，并通过改变三个正弦波的振幅和相位来实现对输出波形的调节。
这种控制方式可以产生更接近理想正弦波形的输出信号，并且具有更好的动态响应能力。
五、推挽变换器的应用推挽变换器广泛应用于工业、农业和家庭用电中。
在工业领域中，推挽变换器常用于驱动各种类型的电机；在农业领域中，推挽变换器常用于控制灌溉系统和养殖场的通风设备；在家庭用电中，推挽变换器常用于太阳能发电系统和UPS（不间断电源）。
六、总结推挽变换器是一种常见的电力电子学电路，它可以将直流电压转换为交流电压。
推挽全桥双向直流变换器的研究
推挽全桥双向直流变换器的研究1 引言随着环境污染的日益严重和新能源的开发，双向直流变换器得到了越来越广泛的应用，像直流不停电电源系统，航天电源系统、电动汽车等场合都应用到了双向直流变换器。
越来越多的双向直流变换器拓扑也被提出，不隔离的双向直流变换器有Bi Buck/Boost、Bi Buck-Boost、Bi Cuk、Bi Sepic-Zeta;隔离式的双向直流变换器有正激、反激、推挽和桥式等拓扑结构。
不同的拓扑对应于不同的应用场合，各有其优缺点。
推挽全桥双向直流变换器是由全桥拓扑加全波整流演变而来。
推挽侧为电流型，输入由蓄电池供给，全桥侧为电压型，输入接在直流高压母线上。
此双向直流变换器拓扑适用在电压传输比较大、传输功率较高的场合。
本文分析了推挽全桥双向直流变换器的工作原理，通过两种工作模式的分析，理论上证明了此拓扑实现能量双向流动的可行性，并对推挽侧开关管上电压尖峰形成原因进行了分析，提出了解决方法，在文章的最后给出了仿真波形和实验波形。
2 工作原理图1为推挽全桥双向DC/DC变换器原理图。
图2给出了该变换器的主要波形。
变换器原副边的电气隔离是通过变压器来实现的，原边为电流型推挽电路，副边为全桥电路，该变换器有两种工作模式：(1)升压模式：在这种工作模式下S1 、S2 作为开关管工作; S3，S4 ，S5 ，S6 作为同步整流管工作，整流方式为全桥整流，这种整流方式适用于输出电压比较高，输出电流比较小的场合。
由于电感L 的存在S1、S2 的占空比必须大于0.5。
(2)降压模式：在这种工作模式下S3，S4，S5，S6 作为开关管工作，S1 、S2 作为同步整流管工作，整流方式为全波整流。
分析前，作出如下假设：所有开关管、二极管均为理想器件;所有电感、电容、变压器均为理想元件;，;2.1 升压工作模式在升压工作模式下，原边输入为电流型推挽电路，副边输出为全桥整流电路。
S1 ，S2 作为开关管工作，S3 ，S4，S5，S6 作为同步整流管工作。
第5章直直变换器
前端变换器
DC48V
中间总线变换器
DC12/8/5V
Emerson产品
POL1
3.3V
POL2
2.1V
POLn
1.5V
5.2.2 升压型直直变换器（BOOST Converter)
BOOST升压型直直变换器是一种基本的非隔离DC/DC变换器，通 称为BOOST变换器，该电路的输出电压永远高于输入电压。电路结构如 下图：
PWM控制信号的形成过程
信号波形的比较
二、（电感电流断续模式）工作原理与推导
iL
+
S
Ua
2
1
L
2
+
+
Ud
-
uL
-
工作状态1（S接通）
Uo
Ug
1
D
C RL
-
工作状态2（S断开）
工作状态3（电感电流为零）
当电流断续时，该电路在1个开关周期内经历3个工作状态
1、电感电流断续时电路的周期工作过程分析 工作状态1（t0～t1时段）：开关S于t0时刻接通，并 保持通态直到t1时刻，在这一阶段，由于Ui>U。，故电感 L的电流不断增长。二极管D处于断态。 工作状态2（t1～t2时段）：开关S于t1时刻断开，二 极管D导通，电感通过D续流，电感电流不断减小。
-
uL U o
C RL
-
Uo
（a）
（ b）
Ug
（c）
Ua Ud
Ua Ua 0 uL U o
Uo L
1. S导通模式（Ton时段）
等效电路如b图所示，此时Ua等于Ud, D截止， uL Ud-Uo，电感电流 线性上升， iL 电感电压 等于 电感储能。
精选推挽式电源的设计讲义(ppt)
推挽变换器实际上就是两个相位相差180度的正激 式变换器的组合。
推挽电路的工作波形
输入输出电压的关系
❖ 当滤波电感L的电流连续时：
Uo NsTon Ui NpT
❖ Ton为两个开关管导通时间之和
❖ 当电感电流不连续时：如果输出电感电流不连 续，输出电压U0将高于连续模式的计算值，并 随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下，
推挽电路中变压器偏磁的抑制方法
❖ 变压器偏磁抑制方法，可从主电路和控制电 路两方面着手。
❖ (1) 过去常用的办法是挑选两个开关管特性较 一致的“配对”，并适当增加变压器磁路中 的气隙，使之在电路不平衡的状态下，磁通 不至于饱和。工作磁密不宜取得过大，保守 的取 Bm的１／３．
❖ (2) 从控制电路上采用电流型控制芯片，利用 其自动平衡伏秒积的特点。注意在PCB的布 线过程中尽可能的保证驱动的对称性
Uo NsUi Np2
变压器偏磁的原因
❖ 理论上的正，负对称。由于正，负半周的电 压波形对称，磁通在正负两个方向变化，在 一个管道通时有正的增量，另一个管导通时 有负的增量，理论上无直流磁化分量，故磁 通正负对称，励磁电流也正负对称。但是在 实际中导致变压器偏磁的原因主要有以下几 种：
❖ (1) 功率管中器件通态压降存在差异。如图 1 中开关管M1、M2 的压降不等。这将导致加 在变压器原边绕组上的电压波形正、负幅值 不等。
推挽式电源电路框图
推挽电路的工作原理
推挽电路中两个开关S1和S2交替导通，在绕组N1 和N1’两端分别形成相位相反的交流电压。
1、S1导通时，二极管VD1处于通态，电感L的电流 逐渐上升。