第四章隔离型DCDC变换器
隔离型dc-dc的工作流程
隔离型dc-dc的工作流程隔离型DC-DC转换器是一种将直流电能从一个电气系统转换到另一个电气系统的电力转换装置。
它通过将输入电压转换为高或低电压输出，以满足电气系统对不同电压级别的需求。
隔离型DC-DC转换器在电力电子设备中广泛应用，例如电动汽车、太阳能电池组和工业自动化系统等。
隔离型DC-DC转换器的工作流程主要包括以下几个步骤：1. 输入电源：隔离型DC-DC转换器的输入是直流电源。
可以是电网供电、电池或其他直流电源。
2. 输入滤波器：为了减少输入电源中的噪声和谐波对转换器的影响，需要在输入端添加滤波器。
滤波器通常由电容器和电感器组成，可以滤除高频噪声和谐波。
3. 输入变压器：由于隔离型DC-DC转换器需要将输入和输出之间的电气系统隔离开来，所以需要使用输入变压器。
输入变压器主要负责隔离输入电源并提供输入电压到转换器的电压变换。
4. 控制电路：控制电路是隔离型DC-DC转换器的核心部分，其作用是根据输出负载需求来控制转换器的工作状态。
控制电路通常包括一个反馈控制环路和一个PWM调制器。
反馈控制环路用于测量输出电压并与设置值进行比较，然后控制PWM调制器来调整开关器件的工作状态。
5. pwm调制器：PWM调制器（脉宽调制器）是隔离型DC-DC转换器中一个非常关键的部分。
它根据控制电路的信号来调整开关器件（例如MOSFET）的开关频率和脉冲宽度，从而控制转换器的输出电压和电流。
6. 输出滤波器：为了减少输出端的噪声和谐波对负载的影响，需要在输出端添加滤波器。
输出滤波器通常由电容器和电感器组成，可以滤除输出电压中的高频噪声和谐波。
7. 输出负载：输出负载是隔离型DC-DC转换器的目标电气系统，可以是电机、电子设备、电网或其他负载。
通过上述工作流程，隔离型DC-DC转换器能够将输入电源的直流电能转换为所需的输出电压和电流，满足目标电气系统的需求。
隔离型DC-DC转换器还能够提供电气系统之间的电气隔离，提高系统的安全性和稳定性。
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
04隔离型DC-DC变换电路
Four Types
四种变换电路
4
西南交通大学
四种基本型1
+
* *
D1 N1 C S N2 D2 C
+ Uo
单端正激型
-
-
单端反激型
西南交通大学
四种基本型2
推挽型
桥式
西南交通大学
Modeling and Simulation of Power Electronics System
Single-ended Forward DC-DC Converter
隔离型直-直变换器
在基本的buck，boost，buck-boost变换器 中引入隔离变压器 输入电源与负载之间实现电气隔离 匹配输入电压Ui与负载所需的输出电压Uo 可设置多个二次绕组,实现多个直流电压输出
西南交通大学
Modeling and Simulation of Power Electronics System
Half-bridge Converter
半桥式直-直变换器
35
西南交通大学
半桥变换器
推挽式
半桥式
西南交通大学
推挽式变换器连续工作模式的4步
（a）工作状态 1（S1 接通） （b）工作状态 2（全部开关断） （c）工作状态 3（S2 接通） （d）工作状态 4（全部开关断）
西南交通大学
半桥式变换器的建模
+ +
（b）工作状态 2（全部开关断）
西南交通大学
推挽式变换器连续工作模式的3、4步
++
（c）工作状态 3（S2 接通）
+ +
《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
可供电动汽车驱动选用的隔离电压型-隔离电流型DC-DC变换器介绍
可供电动汽车驱动选用的隔离电压型/隔离电流型DC-DC变换器介绍现如今电动汽车的研发和设计正逐渐升温，尤其是在带你东汽车燃料电池驱动系统的设计方面，DC-DC变换器的选择至关重要。
只有最合适的DC-DC变换器才能满足燃料电池分布式并网发电系统的需求。
本文就详细探讨了一下几种可供电动汽车驱动选用的DC-DC变换器。
隔离电压型DC-DC变换器隔离电压型的DC-DC变换器是目前比较常见的变换器类型之一，这一大类型中又可以分为半桥、全桥两种小分类，下面我们来分别进行介绍。
首先来看电压型半桥DC-DC变换器，这种变换器的电路结构如下图图1所示。
半桥变换器具有电路简单，而且与推挽和全桥相比，可利用输入电容的充、放电特性自动调整两个输入电容上的电压，使变压器在工作周期的正、负半周伏-秒平衡，因此在中大功率范围内受到青睐。
图1 电压型半桥DC-DC变换器电路结构接下来我们再来看一下电压型全桥DC-DC变换器的特点。
这种全桥DC-DC变换器的电路结构如下图图2所示。
在实际的应用过程中，这种变换器具有开关管器件电压应力、电流应力较小，高频功率变压器的利用率高等优点。
而且全桥DC-DC变换器适合做软开关管控制，减小变换器中的开关管损耗提高转化效率。
如图3所示为一种三相全桥DC-DC变换器结构，三相的结构将电流、损耗均分到每相中，适合大功率DC-DC变换。
同时三相全桥中的开关管也可以获得软开关管工作条件。
可以说，电压型的DC-DC变换器是非常适合电动汽车燃料电池的分布式并网发电系统进行选用的隔离电流型DC-DC变换器在介绍了隔离电压型DC-DC变换器的两种常见类型和特点后，接下来我们来看一下隔离电流型DC-DC变换器的特点和应用情况。
与电压型DC-DC变换器一样，隔离电流型变换器也同样在结构上分为全桥和半桥两种。
电流型半桥DC-DC变换器如下图图4所示。
因为在任何时刻，两个开关管必须保证有一个开关管是导通的，即开关管的导通占空比不能小于0.5，导致两个输入电感总是有一个处于充电状态，输入电流总是大于零，这意味着系统有一个最低输出功率的限制。
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。
隔离型dc-dc变流器种类及拓扑结构
隔离型dc-dc变流器种类及拓扑结构1.隔离型dc-dc变流器有多种种类，包括正激变流器、反激变流器、谐振变流器和双拓扑结构变流器。
Isolated dc-dc converters come in various types,including forward converters, flyback converters, resonant converters, and dual topology converters.2.正激变流器是一种常见的隔离型dc-dc变流器，能够实现高效率和高稳定性。
Forward converters are a common type of isolated dc-dc converter that can achieve high efficiency and stability.3.反激变流器具有简单的拓扑结构，适用于输出功率较小的应用。
Flyback converters have a simple topology and aresuitable for applications with low output power.4.谐振变流器采用谐振电路来实现高效率和低电磁干扰。
Resonant converters use resonant circuits to achieve high efficiency and low electromagnetic interference.5.双拓扑结构变流器结合了正激变流器和反激变流器的优点，适用于中等功率的应用。
Dual topology converters combine the advantages of forward converters and flyback converters and are suitablefor medium power applications.6.隔离型dc-dc变流器在电力电子领域扮演着重要的角色，广泛应用于工业、通信和汽车电子等领域。
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
电力电子技术课件-10-DCDC变换器
t off
L I L UO
根据式(3.2.4)、(3.2.5)可求出开关周期ＴS为
TS1ftontoffUO (IU LdLU dUO）
ILU O (U fdL dU U O)U dD (f1 LD )
流 可一 得上周式期中内△的I平L为均流值过与电负感载电电流流的IO峰相－等峰,即值同,最时大代为入I关2,最系小式为△II1L。= 电I2－感I电1
IOBU2dLTOS D(1D)
式中IOB为电感电流临界连续时的负载电流平均值。
总结:临界负载电流 IOB与输入电压Ud、电感L、开关频率f以及开关管T 的占空比D都有关。
当实际负载电流Io＞ IOB时,电感电流连续;
当实际负载电流Io = IOB时,电感电流处于连续（有断流临界点）;
当实际负载电流Io ＜IOB时,电感电流断流;
I0
I2
2
I1
(3.2.8)
I1I0U2dLTS D(1D)
2021/5/4
10
4.1.1 Buck变换器
电感电流iL临界连续状态:
变换电路工作在临界连续状态时,即有I1=0,由
I1I0U2dLTS D(1D)
可得维持电流临界连续的电感值L0为:
Lo
UdTS 2I0B
D(1D)
即电感电流临界连续时的负载电流平均值为 :
2021/5/4
基本的斩波器电路及 其负载波形
3
4.1 直流变换电路的工作原理
直流变换电路的常用工作方式主要有两种:
① 脉冲频率调制(PFM)工作方式:
即维持导通时间不变,改变工作周期。在这种调 压方式中,由于输出电压波形的周期是变化的,因此 输出谐波的频率也是变化的,这使得滤波器的设计比 较困难,输出谐波干扰严重,一般很少采用。
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。
dcdc隔离功率变换器电路结构
dcdc隔离功率变换器电路结构下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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• （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 DC/ DC 变换器
1
概述
非隔离的DC/DC变换器的局限性 • 输入输出不隔离，形成地线上的环流 • 输入输出电压比或电流比不能太大 • 无法实现多路输出
解决方法 采用变压隔离器
2
概述
理想变压隔离器的特征 • 从输入到输出能够通过所有的信号频率，即从理想的 直流到交流都能变换； • 变换时可不考虑能量损耗； • 变换中能提供任何选定的电压和电流变比 • 能使输入和输出之间完全隔离 • 变换时，无论从原边到副边，或副边到原边，都是一 样方便有效
48
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
49
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
利用 原边绕组本身
双开关、单端去磁线路
50
双管正激式DC/DC变换器
电路结构
注意点： D ≤ 0.5
工作原理
VT1、VT2 同时动作
n L1 L1 L2 L1 L2
27
变压器2
变压器负载
u1
i1 N1 N2 u2
k
i2 RL
N2 i1 i11 i2 i1t i ‘2 N1
i’2＝N2i2/N1－次级反射电流
28
单端正激变换器总结： 1 电路简单，多应用于中，小功率电路； 2 变压器与储能电感分离，但正激需要B-H 工作于1象限，所以电路需增加磁复位辅 助电路； 3 输入电流是脉动的，有较大尖峰出现，对 器件要求较高，一般最大值为平均值的45倍。
10
U DS (1
N1 )Ui N3
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 N 2 I L max N1 n
I L max I L I L IO I L
单位
V S L S H (亨) i A
+
电 流 增 加
u
-
电 流 减 少
-
u
+
21
•自感电动势与能量关系
d di e L -u dt dt
•能量关系
We uidt
0 T Bm 0
dB Hl BH NA dt V dt N 2
2
di LI L idt Wm 0 dt 2
U DS max Ui nUO
39
UVD max Ui / n UO
单端反激变换器总结： 1 电路简单，广泛应用于50W以下电路； 2 变压器同时充当储能电感器，设计时比较 困难； 3 输入、输出电流都有较大尖峰出现，而且 都是脉动的。
双端变压器隔离变换器
一、回 顾
1、单端变压器无论是正激还是反激，功率 管在开关翻转瞬间要承受2Vi。 2、变压器只工作于第一象限，几个周期后 ，很容易进入“磁饱和”，而且变压器利 用率低，只有50%。 3、需要退磁电路设计。
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
43
单端变压隔离器的磁通复位技术
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
di2 dt di1 dt
•耦合系数 12 k1 k 2 21 11 22
kM
M m M m L1L2
25
变压器1
空载：电压激励，初级
d11 di1 ui N1 L1 dt dt
di1 d12 M N2 dt dt
次级：
u2 eM 2
变比：
ui N1 L1 n u2 N 2 M
理想的变压隔离器符号
3
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
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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
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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）
I
22
互感
线圈之间互感
N1 N2
12 M12i1
同名端用 表示
φ11
i1 i2
φ12
M
i1 N1 N2 i2
互感系数
M 12
12
i1
21
i2
M 21 M 23
•电压平衡方程式
如果两个耦合线圈都流过增量电流有
di1 u1 eL1 eM 2 L1 M dt di2 u2 eL 2 eM 1 L2 M dt
COME ON
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(变压器N2反绕)
单端反激式（Flyback）变换器
VT导通时，VD截止 VT截止时，VD导通
教材P69
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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
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
变换器的设计 • 变压器磁通不连续
N3+VD2：将残存的能量馈送到输入端，即进行磁复位。
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隔离型Buck变换器——单端正激变换器
工作原理
VT导通
UN2 UO
（1）经变压器耦合和 二极管VD向负载传输 能量。
（2）电感L储能，电流 直线上升
能量传递阶段
diL u L u N 2 uo L dt
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隔离型Buck变换器——单端正激变换器
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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
• 电压传输比
VT导通
UN2
N2 Ui Ui / n N1
VT截止
U N 2 UO
伏秒 U i ton U Otoff 平衡 n U t D AV O on U i ntoff n(1 D)
参考 电压
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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。
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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
WL 1 Pi L1 I12P T 2T