隔离型DCDC变换器
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? 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
18
隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
? 电路的构成
单端反激式（ Flyback ）变换器
VT导通时，VD截止 VT截止时，VD导通
电感储能型变换器
19
隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
? IL
?
UN2 ?UO L
ton
?
Ui
/ n ?UO L
ton
? Ui ? nUO D nfL
? （2）当N1=N3时，开关管承受最大电压为 2Ui
14
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
IVD max
? 开关管承受电压
VT截止时，N1上的感应电势
UN1 ?
N1 N2
? 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
3
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
? 电路的构成
基本buck 变换电路拓扑
Buck 变换器工作波形
7
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
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
? 变压器磁通临界连续状态
VT截止时间toff 和绕组N2中电流i2衰减到零所需的时间相等
21
隔离型Buck-Boost 变换器——单端反激变换器
? 变压器磁通不连续状态
VT截止时间toff
比绕组N2中电流i
衰减到零所需的时间更长
2
即 toff >(L2/UO)I2P
22
隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
要采用磁复位（去磁技术）
N3+VD2：将残存的能量馈送到输入端，即进行磁复位。
9
隔离型Buck变换器——单端正激变换器
? 工作原理
UN2
能量传递阶段
VT导通
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
uL
?
uN2
?
uo
?
L
diL dt
10
隔离型Buck变换器——单端正激变换器
VT截止时
U DS
?
(1?
N1 N3
)U
i
13
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 Lmax
N2 N1
?
I Lmax n
I Lmax ? I L ? ? I L ? IΒιβλιοθήκη Baidu ? ? I L
例 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
L
的值。
om
17
隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
? 工作原理
VT截止
磁复位阶段
（1）原边：磁芯中的 剩磁能量通过VD2和N3 向输入电源馈送。
（2）副边：VD截止， VD1导通，L 向负载释放 能量，电流直线下降。
trst N1 ? ton N3 ???N1 ? N3 ? Dmax ? 0.5
uL
?
? uo
?
L
diL dt
11
隔离型Buck变换器——单端正激变换器
? 工作原理
VD2截止
磁芯中的能量释放完毕。
续流阶段
VD1导通或截止
（1）如果电感储能能够 维持电流连续至下个周期 开始，VD1始终导通。 （2）如果电感电流断续， 则VD1截止。
12
隔离型Buck变换器——单端正激变换器
? 工作原理
输出电压平均值
Uo
?
N2 N1
ton T
Ui
?
N2 N1
DU i
?
IVD1max
?
IO
?
Ui
? nUO nfL
D
? （2）VD1承受最大电压出现在 VT 导通时
UVDmax ? U N 2 ? Ui / n
? （3）VD承受最大电压出现在 VT 截止时
UVDmax ? Ui / n
15
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
16
隔离型Buck变换器——单端正激变换器
? 输入输出电压关系
VT导通期间，变压器T储能
WL
?
1 2
L1I12P
即输入功率为
Pi
?
WL T
?
1 2T
L1I12P
输出功率为
U2
PO ?
O
RL
UO ? Uiton
RL 2L1T
结论：
（1）Uo 与负载 RL 有关，
RL ↑ → Uo ↑
（2） Uo与导通时间成正比
（3）与电感量
L
成反比
1
23
隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
样方便有效
理想的变压隔离器符号
4
概述
? 常见的变压隔离器电路
单端变压隔离电路
主要应用于中小功率电路 优点：线路简单 缺点： （1）输入电流脉动 （2）S1关断时承受高压 （3）闭路峰值电流大
5
双端变压隔离电路
概述
? 常见的变压隔离器电路
半桥变压隔离电路
全桥变压隔离电路
6
隔离型Buck变换器——单端正激变换器
隔离型 DC/DC 变换器
1
参考文献
[1] 张占松，蔡宣三 .开关电源的原理与设计，电子工业出版社 3.1 变压隔离器的理想结构
[2] SIOMN ANG, ALEJANDRO OLIV A. 开关功率变换 器——开关电源的原理、仿真和设计，机械工业出版社 4.2 正激变换器
概述
? 非隔离的DC/DC 变换器的局限性
? 工作原理
i1
i2
VT导通时，VD截止
流过N1的电流
i1
?
Ui L1
t
导通终了时，i1的幅值 I1P ?
Ui L1
ton
20
VT截止时，VD导通
流过N2的电流
i2
?
I2P
?
UO L2
t
I 2p为VT 截止时i2的幅值
I2P
?
N1 N2
I1P
隔离型Buck-Boost 变换器——单端反激变换器
? 3种工作状态
电感—>隔离变换器
基本Buck-Boost 变换器
隔离型Buck-Boost 变换器
18
隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
? 电路的构成
单端反激式（ Flyback ）变换器
VT导通时，VD截止 VT截止时，VD导通
电感储能型变换器
19
隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
? IL
?
UN2 ?UO L
ton
?
Ui
/ n ?UO L
ton
? Ui ? nUO D nfL
? （2）当N1=N3时，开关管承受最大电压为 2Ui
14
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
IVD max
? 开关管承受电压
VT截止时，N1上的感应电势
UN1 ?
N1 N2
? 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
3
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
? 电路的构成
基本buck 变换电路拓扑
Buck 变换器工作波形
7
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
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
? 变压器磁通临界连续状态
VT截止时间toff 和绕组N2中电流i2衰减到零所需的时间相等
21
隔离型Buck-Boost 变换器——单端反激变换器
? 变压器磁通不连续状态
VT截止时间toff
比绕组N2中电流i
衰减到零所需的时间更长
2
即 toff >(L2/UO)I2P
22
隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
要采用磁复位（去磁技术）
N3+VD2：将残存的能量馈送到输入端，即进行磁复位。
9
隔离型Buck变换器——单端正激变换器
? 工作原理
UN2
能量传递阶段
VT导通
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
uL
?
uN2
?
uo
?
L
diL dt
10
隔离型Buck变换器——单端正激变换器
VT截止时
U DS
?
(1?
N1 N3
)U
i
13
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 Lmax
N2 N1
?
I Lmax n
I Lmax ? I L ? ? I L ? IΒιβλιοθήκη Baidu ? ? I L
例 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
L
的值。
om
17
隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
? 工作原理
VT截止
磁复位阶段
（1）原边：磁芯中的 剩磁能量通过VD2和N3 向输入电源馈送。
（2）副边：VD截止， VD1导通，L 向负载释放 能量，电流直线下降。
trst N1 ? ton N3 ???N1 ? N3 ? Dmax ? 0.5
uL
?
? uo
?
L
diL dt
11
隔离型Buck变换器——单端正激变换器
? 工作原理
VD2截止
磁芯中的能量释放完毕。
续流阶段
VD1导通或截止
（1）如果电感储能能够 维持电流连续至下个周期 开始，VD1始终导通。 （2）如果电感电流断续， 则VD1截止。
12
隔离型Buck变换器——单端正激变换器
? 工作原理
输出电压平均值
Uo
?
N2 N1
ton T
Ui
?
N2 N1
DU i
?
IVD1max
?
IO
?
Ui
? nUO nfL
D
? （2）VD1承受最大电压出现在 VT 导通时
UVDmax ? U N 2 ? Ui / n
? （3）VD承受最大电压出现在 VT 截止时
UVDmax ? Ui / n
15
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
16
隔离型Buck变换器——单端正激变换器
? 输入输出电压关系
VT导通期间，变压器T储能
WL
?
1 2
L1I12P
即输入功率为
Pi
?
WL T
?
1 2T
L1I12P
输出功率为
U2
PO ?
O
RL
UO ? Uiton
RL 2L1T
结论：
（1）Uo 与负载 RL 有关，
RL ↑ → Uo ↑
（2） Uo与导通时间成正比
（3）与电感量
L
成反比
1
23
隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
样方便有效
理想的变压隔离器符号
4
概述
? 常见的变压隔离器电路
单端变压隔离电路
主要应用于中小功率电路 优点：线路简单 缺点： （1）输入电流脉动 （2）S1关断时承受高压 （3）闭路峰值电流大
5
双端变压隔离电路
概述
? 常见的变压隔离器电路
半桥变压隔离电路
全桥变压隔离电路
6
隔离型Buck变换器——单端正激变换器
隔离型 DC/DC 变换器
1
参考文献
[1] 张占松，蔡宣三 .开关电源的原理与设计，电子工业出版社 3.1 变压隔离器的理想结构
[2] SIOMN ANG, ALEJANDRO OLIV A. 开关功率变换 器——开关电源的原理、仿真和设计，机械工业出版社 4.2 正激变换器
概述
? 非隔离的DC/DC 变换器的局限性
? 工作原理
i1
i2
VT导通时，VD截止
流过N1的电流
i1
?
Ui L1
t
导通终了时，i1的幅值 I1P ?
Ui L1
ton
20
VT截止时，VD导通
流过N2的电流
i2
?
I2P
?
UO L2
t
I 2p为VT 截止时i2的幅值
I2P
?
N1 N2
I1P
隔离型Buck-Boost 变换器——单端反激变换器
? 3种工作状态