直流直流变流电路及变压器设计.
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图1 降压斩波电路的原理图及波形 a）电路图 b）电流连续时c）电流断续时的波形
☞通常L大，电流连续且脉动小。
4
DCDC与变压器
1.1 降压斩波电路
◆基本的数量关系 ☞电流连续时
Uo t on t E on E E t on t off T
(1)
ton，toff分别为V通、断时间，T为开关周期，为导通占空比。 ■例1 在图所示的降压斩波电路中，已知E=200V，R=10Ω， L值极大，Em=30V，T=50μs，ton=20s,计算输出电压平均 值Uo。 解：由于L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值 为
2.3 开关电源
■如果输入端的直流电源是由交流电网整流得来，则构成交—
直—交—直电路，采用这种电路的装置通常被称为开关电源。
■由于开关电源采用了工作频率较高的交流环节，变压器和滤波
器都大大减小，因此同等功率条件下其体积和重量都远远小于
相控整流电源。
■工作频率的提高还有利于控制性能的提高。
12
DCDC与变压器
控制、高频变压器，再整流输出。
在开关电源中包含直流--直流变流电路及高频变压器，都是 重要的部分。
DCDC与变压器
直流--直流变流电路及高频变压器设计
题目1：制作一个5V/3A的直流电源，已知输入交流10V，电网
波动 ±15%，要求：效率70%以上；（2）交流侧的电流谐波
小（正弦）。 分析：需要工频变压器220/10V、整流、DC/DC变换—即开关 电源，但是上述的整流环节无法满足电流谐波小的要求，必须 采用PFC技术，本题中，该PFC可用升压斩波电路来实现。
上述2题都涉及斩波电路和变压器，本次课主要介绍片段基
础性内容。有机会的话将系统性地介绍。
DCDC与变压器
2
直流--直流变流电路及高频变压器设计
1 基本斩波电路 1.1 降压斩波电路 1.2 升压斩波电路 2 带隔离的直流直流变流电路
2.1 正激电路
2.2 反激电路 3 高频变压器设计 3.1 变压器工作原理（一般） 3.2 高频变压器设计（反激）
小结
正激电路 反激电路
半桥电路(--)
全桥电路(--)
推挽电路(--)
全波整流和全桥整流(--)
开关电源
上述都涉及到变压器
DCDC与变压器
13
3.1 变压器工作原理
变压器是一种静止的电气设备， 根据电磁感应原理，将一 种形态（电压、电流、相数）的交流电能， 转换成另一种 形态的交流电能。
直流--直流变流电路及高频变压器设计
题目1：制作一个5V/3A的直流电源，已知输入交流220V，电
网波动 ±15%，要求：效率70%以上。
分析：若线性电源，则需要工频变压器、整流、稳压环节，由 于电网波动 ±15%、稳压环节的直流输入至少8V，达不到效 率70%以上的要求。 若采用开关电源，则直接对交流220V整流后，可采用PWM
7
DCDC与变压器
2 带隔离的直流直流变流电路
2.1 正激电路
2.2 反激电路
2.3 开关电源
DCDC与变压器
8
2.1 正激电路
■正激电路(Forward)
◆工作过程 ☞开关S开通后，绕组W1电压为 上正下负，W2也是上正下负，故 VD1为通态，VD2为断态，电感L电
图 4 正激电路的原理图
流逐渐增长。
B
BS
t rst
◆输出电压
N3 t on N1
(5)
U o N 2 t on Ui N1 T
BR O
图 6 磁心复位过程
(6)
H
☞输出电感电流不连续时，在 负载为零的极限情况下
Uo N2 Ui N1
10
来自百度文库DCDC与变压器
2.2 反激电路
■反激电路 ◆工作过程 ☞S开通，W1电流增长，电感储能。 ☞S关断，能量通过W2绕组和VD向输 N1 出端释放，电压为 uS U i Uo ◆工作模式 N2 ☞当S开通，W2绕组的电流尚未下降 到零，为电流连续模式。
4 总结
DCDC与变压器
3
1.1 降压斩波电路
■降压斩波电路（Buck Chopper） ◆电路分析 ☞使用一个全控型器件V。 ☞续流二极管VD，续流用。 ☞主要用于电源或反电动势等。
◆工作原理 ☞ t=0时V导通，uo=E，io上升。 ☞ t=t1时控制V关断，二极管VD续 流，uo近似为零，电流下降。
U o N 2 ton Ui N1 toff
(7)
图 7 反激电路原理图
S O uS Ui
ton
toff
t
t
O iS
iVD O
图8 反激电路的理想化波形
☞为了防止关断时开关S的电压过高， 也需要嵌位，该嵌位电压与输出电压的比 Uo 值等于匝数比，有其它电路形式。
DCDC与变压器
O
t t
11
0
a)
iGE
io
I1
0
b)
(2) (3)
化简得 上式中的
Uo
t on t off t off
T E E t off
T / toff 1
图2 升压斩波电路及其工作波形 a）电路图 b）波形
DCDC与变压器
6
1.2 升压斩波电路
☞设
t off T
，则 1
Uo 1
式（5-21）可表示为 分母小于1，升压。
E
1 E 1
(4)
■例2 在图所示的升压斩波电路中，已知E=50V，L值和C值极 大，R=20，采用脉宽调制控制方式，当T=40s，ton=25s 时，计算输出电压平均值Uo。 解：输出电压平均值为：
Uo T 40 E 50 133.3(V ) t off 40 25
☞S关断后，电感L通过VD2续流， VD1关断。变压器的励磁电流经N3绕 组和VD3流回电源，所以S关断后承 受的电压为
DCDC与变压器
S O uS Ui O iL
O iS O
图 5 正激电路的理想化波形
t
t
t t
9
N u S (1 1 )U i N3
2.1 正激电路
◆变压器的磁心复位 ☞开关S开通后，变压器激磁电流 增长，可导致变压器激磁电感饱和。 ☞必须设法使变压器的磁心复位。 ☞复位时间
Uo ton 20 200 E 80(V ) T 50
DCDC与变压器
5
1.2 升压斩波电路
■升压斩波电路
◆工作原理 ☞假设L和C值很大。 ☞ V通态，L蓄能，C较大Uo基本恒定。 V断态，向C充电，并向负载供能。 ◆基本的数量关系 ☞稳态时，L积蓄与释放的能量相等
EI1t on U o E I1t off
☞通常L大，电流连续且脉动小。
4
DCDC与变压器
1.1 降压斩波电路
◆基本的数量关系 ☞电流连续时
Uo t on t E on E E t on t off T
(1)
ton，toff分别为V通、断时间，T为开关周期，为导通占空比。 ■例1 在图所示的降压斩波电路中，已知E=200V，R=10Ω， L值极大，Em=30V，T=50μs，ton=20s,计算输出电压平均 值Uo。 解：由于L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值 为
2.3 开关电源
■如果输入端的直流电源是由交流电网整流得来，则构成交—
直—交—直电路，采用这种电路的装置通常被称为开关电源。
■由于开关电源采用了工作频率较高的交流环节，变压器和滤波
器都大大减小，因此同等功率条件下其体积和重量都远远小于
相控整流电源。
■工作频率的提高还有利于控制性能的提高。
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DCDC与变压器
控制、高频变压器，再整流输出。
在开关电源中包含直流--直流变流电路及高频变压器，都是 重要的部分。
DCDC与变压器
直流--直流变流电路及高频变压器设计
题目1：制作一个5V/3A的直流电源，已知输入交流10V，电网
波动 ±15%，要求：效率70%以上；（2）交流侧的电流谐波
小（正弦）。 分析：需要工频变压器220/10V、整流、DC/DC变换—即开关 电源，但是上述的整流环节无法满足电流谐波小的要求，必须 采用PFC技术，本题中，该PFC可用升压斩波电路来实现。
上述2题都涉及斩波电路和变压器，本次课主要介绍片段基
础性内容。有机会的话将系统性地介绍。
DCDC与变压器
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直流--直流变流电路及高频变压器设计
1 基本斩波电路 1.1 降压斩波电路 1.2 升压斩波电路 2 带隔离的直流直流变流电路
2.1 正激电路
2.2 反激电路 3 高频变压器设计 3.1 变压器工作原理（一般） 3.2 高频变压器设计（反激）
小结
正激电路 反激电路
半桥电路(--)
全桥电路(--)
推挽电路(--)
全波整流和全桥整流(--)
开关电源
上述都涉及到变压器
DCDC与变压器
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3.1 变压器工作原理
变压器是一种静止的电气设备， 根据电磁感应原理，将一 种形态（电压、电流、相数）的交流电能， 转换成另一种 形态的交流电能。
直流--直流变流电路及高频变压器设计
题目1：制作一个5V/3A的直流电源，已知输入交流220V，电
网波动 ±15%，要求：效率70%以上。
分析：若线性电源，则需要工频变压器、整流、稳压环节，由 于电网波动 ±15%、稳压环节的直流输入至少8V，达不到效 率70%以上的要求。 若采用开关电源，则直接对交流220V整流后，可采用PWM
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DCDC与变压器
2 带隔离的直流直流变流电路
2.1 正激电路
2.2 反激电路
2.3 开关电源
DCDC与变压器
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2.1 正激电路
■正激电路(Forward)
◆工作过程 ☞开关S开通后，绕组W1电压为 上正下负，W2也是上正下负，故 VD1为通态，VD2为断态，电感L电
图 4 正激电路的原理图
流逐渐增长。
B
BS
t rst
◆输出电压
N3 t on N1
(5)
U o N 2 t on Ui N1 T
BR O
图 6 磁心复位过程
(6)
H
☞输出电感电流不连续时，在 负载为零的极限情况下
Uo N2 Ui N1
10
来自百度文库DCDC与变压器
2.2 反激电路
■反激电路 ◆工作过程 ☞S开通，W1电流增长，电感储能。 ☞S关断，能量通过W2绕组和VD向输 N1 出端释放，电压为 uS U i Uo ◆工作模式 N2 ☞当S开通，W2绕组的电流尚未下降 到零，为电流连续模式。
4 总结
DCDC与变压器
3
1.1 降压斩波电路
■降压斩波电路（Buck Chopper） ◆电路分析 ☞使用一个全控型器件V。 ☞续流二极管VD，续流用。 ☞主要用于电源或反电动势等。
◆工作原理 ☞ t=0时V导通，uo=E，io上升。 ☞ t=t1时控制V关断，二极管VD续 流，uo近似为零，电流下降。
U o N 2 ton Ui N1 toff
(7)
图 7 反激电路原理图
S O uS Ui
ton
toff
t
t
O iS
iVD O
图8 反激电路的理想化波形
☞为了防止关断时开关S的电压过高， 也需要嵌位，该嵌位电压与输出电压的比 Uo 值等于匝数比，有其它电路形式。
DCDC与变压器
O
t t
11
0
a)
iGE
io
I1
0
b)
(2) (3)
化简得 上式中的
Uo
t on t off t off
T E E t off
T / toff 1
图2 升压斩波电路及其工作波形 a）电路图 b）波形
DCDC与变压器
6
1.2 升压斩波电路
☞设
t off T
，则 1
Uo 1
式（5-21）可表示为 分母小于1，升压。
E
1 E 1
(4)
■例2 在图所示的升压斩波电路中，已知E=50V，L值和C值极 大，R=20，采用脉宽调制控制方式，当T=40s，ton=25s 时，计算输出电压平均值Uo。 解：输出电压平均值为：
Uo T 40 E 50 133.3(V ) t off 40 25
☞S关断后，电感L通过VD2续流， VD1关断。变压器的励磁电流经N3绕 组和VD3流回电源，所以S关断后承 受的电压为
DCDC与变压器
S O uS Ui O iL
O iS O
图 5 正激电路的理想化波形
t
t
t t
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N u S (1 1 )U i N3
2.1 正激电路
◆变压器的磁心复位 ☞开关S开通后，变压器激磁电流 增长，可导致变压器激磁电感饱和。 ☞必须设法使变压器的磁心复位。 ☞复位时间
Uo ton 20 200 E 80(V ) T 50
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1.2 升压斩波电路
■升压斩波电路
◆工作原理 ☞假设L和C值很大。 ☞ V通态，L蓄能，C较大Uo基本恒定。 V断态，向C充电，并向负载供能。 ◆基本的数量关系 ☞稳态时，L积蓄与释放的能量相等
EI1t on U o E I1t off