带隔离变压器的直流变换器讲解学习

• 磁感应强度B：是描述磁场的力的性质的物理量 ，反 映磁场来源的属性，与磁介质的属性
• 磁通 ：垂直于某一面积所通过的磁力线总数
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关系式
B H • ＝B • S
在变压器中，H iN 而 H /(S • )
i1N1 i2N2
u1 N1 u2 N2
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单端反激式变换器状态分析
在稳态时，转换瞬间磁通连续：
➢ 若Q1、Q2导通关断时间不对称 C1、C2的隔直作用，能自动平衡不对称直流分
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推挽功率电路
电路结构：
• 原边： N1 N1 具有中间抽头的变压器 • 副边： N2 N2 • 全波整流电路：（两桥臂）D1、D2； 用LC滤波电路输出
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工作模态1
➢ Q1导通时：（ton）
原边： u1＝＋Ui，uQ2＝＋2Ui 副边：D1导通，电感储能 u2＝＋nUi，uD2＝－2nUi
BUCK变换器 带变压器隔离BUCK变换器
带磁复位正激式变换器
输入输出间 无法隔离
变压器无法
实现磁复位
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正激式变换器
(1)电路构成
• T、Q、LC • D1、D2、D3
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正激式变换器
（2）工作过程
输入输出关系
• Q ON时: D1导通，传递能量
• Q OFF时: D1截止，磁复位， D3续流
交流电压 C1、C2充放电时间各为T/2
副边是一个全波电路，用LC滤波电路输出 D1、D2轮流工作，当Q1和Q2都关断时，
D1D2各自承担电感电流的一半 晶体管承受的最高电压为Ui，二极管承受的最 高电压为nUi Q1Q2各自的ton不能超过周期的50%
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半桥电路工作状态小结
变压器不存在直流磁化问题 ➢若Q1、Q2导通关断时间对 称
uL u2 Uo nUi Uo
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工作模态2
➢ Q1关断，Q2未导通时:(tof)
原边：没有电流 uQ1＝uQ2＝＋Ui 副边：D1D2同时导通，电感释能
uL Uo
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工作模态3
➢ Q2导通时：（ton）
原边： u1＝－Ui，uQ2＝＋2Ui 副边：D2导通，电感储能 u2＝－nUi，uD1＝－2nUi
u1＝＋Ui/2，uQ2＝＋Ui 副边：D1导通，电感储能， 电容充电
u2＝＋nUi/2，uD2＝－nUi
uL
u2
Uo
nU i 2
Uo
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工作模态2
➢ Q1关断，Q2未导通时:(tof)
原边：没有电流 uQ1＝uQ2＝＋Ui/2 副边：D1D2同时导通，各自 承担电感电流的一半，电感释 能
uL Uo
uL u2 Uo nUi Uo
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工作模态4
➢ Q2关断，Q1未导通时:(tof)
原边：没有电流 uQ1＝uQ2＝＋Ui 副边：D1D2同时导通，电感 释能
i1max N1 i2max N2 i1min N1 i2min N2
i1N1 i2N2
此外，电感与匝数的平方成正比
2
L1
N1 N2
L2
代入前式
Uo
TON TOF
N2 N1
Ui
n
Uo
1
Ui
(n
N2 N1
)
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单端反激式变换器的同名端变化
对于反激式变换器，在一个 周期内，可以自动完成磁复 位。
如果将反激式变换器的变压 器同名端改为相同端，则不 能完成磁复位！
uL Uo
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数量关系
当电路稳态工作时，副边回路应满足
T
0 uLdt 0
即
2
nU ton
i
02
U 0 dt
2
tof 0
U o dt
0
整理得
Uo
nU i 2
（
2ton T
）
结论：通过调节占空度，可以调节输出电压的大小
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半桥电路工作状态小结
原边： Q1、Q2交替导通，在u1侧得到幅值为Ui/2的
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变压器的磁复位
在晶体管导通时，输入电流包含负载电流折射 分量i2’和磁化电流分量im
i1 i2 im
磁化电流im将能量储存在变 压器磁芯中
问题：当晶体管关断时，没有磁场泄放回路，会
造成过大的电压应力；并且导致铁心饱和,危害功率
器件
解决方法：变压器额外加上复位绕组N3和二极
管Ｄ2
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正激式变换器的电路变化
隔离DC-DC变换电路（DC－AC－DC）
特点:
输入输出隔离；可以多路输出；可以升降压 (远大于1或远小于1)
分类：
• 单管 正激、反激 • 双管 推挽、半桥 • 四管 全桥
按输出来分
• 单端：正激、反激
• 双端：推挽、半桥、全桥
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单端反激式变换器(Flyback)
(1)电路构成
T、Q、D、C、
(2)工作过程
Q ON时: D截止，电感储能 Q OFF时: D导通，电感释能
能量不能突变： 磁通不能突变 电感电流不能突变
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单端反激式变换器
• Q ON时:
同名端为“+”，D截止 电感变压器作电感运行 电感储能 输出负载由电容提供能量
若电感L1是线性的，则
i1 i1max i1min
Ui L1
变压器次级 u2 nU1
式中，变比n＝N1/N2
输出端：
Uo u2 nUi
实际上和降压变压器工作方式类似
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多晶体管功率变换器
特点:变压器双向磁化，利用率高，输出交 流脉冲 常用电路有:推挽，半桥，桥式 适合DC/AC ，DC/DC，中大功率 应用：交流电机调速，UPS，DC/DC电源 等
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工作模态3
➢ Q2导通时：（ton）
原边：C2放电，C1充电
u1＝-Ui/2，uQ1＝＋Ui 副边：D2导通，电感储能， 电容充电
u3＝-nUi/2，uD1＝－nUi
uL
u3
Uo
nU i 2
Uo
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工作模态4
➢ Q2关断，Q1未导通时:(tof)
原边：没有电流 uQ1＝uQ2＝＋Ui/2 副边：D1D2同时导通，电感释能
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半桥电路
电路结构：
• 原边： 两桥臂：C1Q1、C2Q2 C1C2是两个大容量电容
• 副边： N2N3匝数相等 全波整流电路：（两桥臂）D1、D2； 用LC滤波电路输出
假设： ➢由于C1、C2容量较大，可近似认为电容中点电 位为Ui/2
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工作模态1
➢ Q1导通时：（ton）
原边：C1放电，C2充电
TON
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单端反激式变换器
• Q OFF时:
同名端为“-” D导通 电感储存能量向电容和 负载提供
若电感L2是线性的，则
i2 i2max i2min
Uo L2
TOF
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磁物理量
定义：
• 磁场强度H：描述磁场的力的性质的物理量，完全只 是反映磁场来源的属性，与磁介质没有关系
• 磁导率μ：表征磁介质磁性的物理量