几种开关电源拓朴结构分析

•-Vc/n
•有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)（4）
•Sa
•D
•Vin •Lm •n:1
•Lo •Vo
•S1
•1-
•-
•Io
D
•Vc
•+
•IL
•+
•V•-T
•Vd
•Vi
n
s
•Sa
•Ip •Lk
•S1
•D
•Ip •Im
•G •S
•[t3, t4]
•t •t •t •t •t •t
•Vin
•n:1
•Lo •Vo
•T
•Vgs
•D •1-
•Io
D
•Lm
•IL
•Vi
•Vd
n
s
•Ip •Lk
•Cr
•D
•Ip •Im
•G •S
•[t0, t1]
•t •t •t •t •t •t
•IL
0
1 2 3 •Δ4IL 5
•Io
•Vin/n-Vo •VL
•-Vo
•谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)（2）
•Io
•VT
•Vin/2n
•Vin
•n:1
•L
•Vo
•T
•Vgs
•D •1-
•Io
D
•Lm
•IL
•Vi
•Vd
n
s
•Ip •Lk
•Cr
•D
•Ip •Im
•G •S
•[t4, t5]
•t •t •t •t •t •t
•IL
0
1 2 3 •Δ4IL 5
•Io
•根据电感的伏秒平衡：
•VL
•(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T
•Vo=VinD/
0
1 2 3 •ΔI4L 5
•Io
•VT
•Vin/n
•-Vc/n
•有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)（2）
•Sa
•D
•Vin •Lm •n:1
•Lo •Vo
•S1
•1-
•-
•Io
D
•Vc
•+
•IL
•+
•V•-T
•Vd
•Vi
n
s
•Sa
•Ip •Lk
•S1
•D
•Ip •Im
•S2
•S
1
•D2
•推挽变换器
•桥式变换器（Bridge Type Converter)（1）
•Vin •C1 •S2
•n:1+1 •Lm
•D1 •Lo
•S1
•C •Ip •Lk
•Io •VT
•Vo
•S2
•B
•C1 •S1
•D2
•Vds
1
•[t0, t1]
•Ip
•变换器正半周工作，Ip, Im增加；Vc减
•G •S
•[t1, t2]
•t •t •t •t •t •t
•IL
0
1 2 3 •ΔI4L 5
•Io
•VT
•* 副边电压的死区跟Lk和Io有关 ，跟原边开管的死区无关
•Vin/n •-Vc/n
•有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)（3）
•Sa
•D
•Vin •Lm •n:1
n
•Vin/n-Vo •-Vo
•谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)特征
•Vin •Cr
•Vin •Cr
•Vin •Cr
•Vo
•
1. 2. 3.
•Vo
优点：
电路简单。 线性输出控制特性。 不需要辅助的吸收回路。
•
1. 2. •Vo 3.
缺点：
原边开管电压应力较高。 谐振电容的损耗大。 宽范围输入效率很难兼顾。
•-nVo
•Vi
n
•Io
•反激变换器（Flyback）工作原理（2）
•Vin
•n:
•Vo
1
•Io
•D
•R
•Lm
•Co
•Vc
•Vc
•Lk
•D •G
•S
•Ploss=(Vc-Vin)2/R
•Vc
•Lk
•D
•R •G
•S
•Ploss=(Vc)2/R
•反激变换器（Flyback）工作原理（3）
•Vin
•n:
•t •t •t •t •t •t •t6=t0
•IL
0 1 2 3 •ΔI4L 5
•Io
•t5时刻副边二极管钳位主开关
的输出电容放电结束。 •t6时刻新的周期开始
•VT
•Vin/n
•-Vc/n
•有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)（8）
•Sa
•D
•Vin •Lm •n:1
•Lm
•Lk •G
•Vo1 •Ns1
•Vo2 •Ns2
•反馈控制
• 优点：
1. 电路简单。 2. 输入电压范围广。 3. 容易实现多路输出。
• 缺点：
1. 输出纹波电流大。 2. 输出控制特性非线性。 3. 通常需要辅助的吸收回路。 4. 转换效率较低。
•谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)（1）
•D
•Vin •Lm •n:1
•Lo •Vo
•S1
•1-
•-
•Io
D
•Vc
•+
•IL
•+
•V•-T
•Vd
•Vi
n
s
•Sa
•Ip •Lk
•S1
•D
•Ip •Im
•G •S
•[t4, t5]
•t •t •t •t •t •t •t6=t0
•IL
0 1 2 3 •ΔI4L 5
•Io
•激磁电流对主开关的输出
•Vo1 •Ns1
•Vo2 •Ns2
•反馈控制
•多路输出的反激变换器：
• 减小交叉调整率的措施：
1. 尽量减少两个绕组之间的漏感 。
2. 在辅助输出一路中加入尖峰抑 制器（饱和电感）
3. 主路输出工作于电流连续模式 。
4. 采用双路加权反馈的控制方式
•反激变换器（Flyback）特征总结
•Vin
•Np
•有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)（1）
•T
•Sa
•D
•Vin
•n:1
•Lo •Vo
•S1
•1-
•Cr •Lm
•+
•IL
•V•-T
•Io •Vd
D
•Vi
n
s
•Sa
•Ip •Lk
•S1
•D
•Ip •Im
•G •S
•[t0, t1]
•t •t •t •t •t •t
•IL
•ID
•T •D •1-
D •Vin+nV
o
•Ip
•ID-p
•Vin •VL
•-nVo
•Vi
n
•Io
•反激变换器（Flyback）工作原理 （电流断续模式）
•Vin
•n:
•Vo
1
•Io
•D
•Lm
•Co
•D •G
•S
•根据变压器的伏秒平衡 ：
•根据能量守恒 ：
•Vgs
•Vd s
•T
•D •1D •Vin+nV
•Vin
•n:1
•L
•Vo
•T
•Vgs
•D •1-
•Io
D
•Lm
•IL
•Vi
•Vd
n
s
•Ip •Lk
•Cr
•D
•Ip •Im
•G •S
•[t1, t2]
•t •t •t •t •t •t
•IL
0
1 2 3 •Δ4IL 5
•Io
•Vin/n-Vo •VL
•-Vo
•谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)（3）
•Lo •Vo
•S1
•1-
•-
•Io
D
•Vc
•+
•IL
•+
•V•-T
•Vd
•Vi
n
s
•Sa
•Ip •Lk
•S1
•D
•Ip •Im
•G •S
•[t2, t3]
•t •t •t •t •t •t
•IL
0
1 2 3 •ΔI4L 5
•Io
•Sa在零电压条件下开
通
•VT
•* 原边开管的死区时间需满足：
•Vin/n
少。
•IL
•T/
•T/
2
2
•D
•D
•Vc
•Im
•t •t •t •t •t •t •t6=t0 0 1 2 34 5
•ΔIL
•Vi
n
•Io
•VT
•Vin/2n
•-Vin/2n
•桥式变换器（Bridge Type Converter)（2）
•Vin•C1 •S2
•n:1+1 •Lm
•D1 •Lo
•S1
•D
•Vo
•Vin
•L
•D1
•Vo
•D2
•S
•反激型变换器
•S
•正激型变换器
•S2 •Vin
•L
•D1
•Vo
•S1
•D2
•桥式变换器
•反激变换器（Flyback）工作原理 （电流连续模式）
•Vin
•n:
•Vo
1
•Io
•D
•Lm
•Co
•D •G
•S
•根据变压器的伏秒平衡 ：
•Vgs
•Vd s •Im
电容放电。
•VT
•Vin/n
•-Vc/n
•有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)（7）
源自文库
•Sa
•D
•Vin •Lm •n:1
•Lo •Vo
•S1
•1-
•-
•Io
D
•Vc
•+
•IL
•+
•V•-T
•Vd
•Vi
n
s
•Sa
•Ip •Lk
•S1
•D
•Ip •Im
•G •S
•[t5, t6]
•Vin
•n:1
•L
•Vo
•T
•Vgs
•D •1-
•Io
D
•Lm
•IL
•Vi
•Vd
n
s
•Ip •Lk
•Cr
•D
•Ip •Im
•G •S
•[t2, t3]
•t •t •t •t •t •t
•IL
0
1 2 3 •Δ4IL 5
•Io
•Vin/n-Vo •VL
•-Vo
•谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)（4）
•IL
0
1 2 3 •ΔI4L 5
•Io
•激磁电流反向，变压器被复位
•VT
•Vin/n
•-Vc/n
•有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)（5）
•Sa
•D
•Vin •Lm •n:1
•Lo •Vo
•S1
•1-
•-
•Io
D
•Vc
•+
•IL
•+
•V•-T
•Vd
•Vi
n
s
•Sa
•Vin
2. 对输入电压的动态响应慢。
•Sa
•桥式变换器（Bridge Type Converter)
•S2 •Vin
•L
•Vin
•S2
•D1
•Vo
•L
•D1
•Vo
•S1
•D2
•半桥变换器
•S1
•D2
•全桥变换器
•S2 •Vin
•Vin •Vo
•L
•D1
•Vo
•S1
•D2
•半桥变换器（倍流整流 ）
•Ip •Lk
•S1
•D
•Ip •Im
•G •S
•[t4, t5]
•t •t •t •t •t •t •t6=t0
•IL
0 1 2 3 •ΔI4L 5
•Io
•激磁电流对主开关的输出
电容放电。
•VT
•Vin/n
•-Vc/n
•有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)（6）
•Sa
•Vo<Vin, 降压型电 路
•D
•Vo
•Io
•Vo=Vin /(1-D) •Vo>Vin, 升压型电 路
•D
•S1 •Vin
•L •D •S2
•Vo •Io
•Vo=Vin *D/(1D)
•Vo<Vin, 当D<0.5 •Vo>Vin 当D>0.5 •升降压型电路
•三种基本的隔离开关电源
•Vin
•Lm
几种开关电源拓朴结构分析
•开关电源的元件构成
•开关电源的基本元件：
•有源开关(Switch)
•二极管(Diode)
•电感(Inductor)
•电容器(Capacitor)
•变压器(Transformer)
•D
•S •Vin
•L
•Vin
•S
•三种基本的非隔离开关电源
•L
•Vo
•Io
•Vo=Vin *D
n
•有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)（10）
•Vin
•Vo • 优点：
•Sa
1. 变压器最优化复位（电压应力 低）。
2. 输入电压范围宽。
•Vin
•Vo 3. 线性输出控制特性。
•Sa
4. 不需要辅助的吸收回路。
• 缺点：
1. 钳位电压建立较慢，启动过程
•Vo
变压器易偏磁。
o
•Vi
n
•Im
•ID-p •ID
•Io •Vin •VL
•-nVo •nVo’
•反激变换器（Flyback）工作原理（1）
•Vin
•n:
•Vo
1
•Io
•D
•Lm
•Co
•Lk
•D •G
•S
•Vr=？
•Vgs
•Vd s •Im
•ID
•T
•D •1-
•V
D •Vin+nV
r
o
•Ip
•ID-p
•Vin •VL
•Vo
1
•Io
•D
•Lm
•Co
•Lk
•D •G
•S
•ΔVo=？
•根据Co在DT时间的基本方程：
•Vgs
•Vd s •Im
•ID
•T
•D •1-
•V
D •Vin+nV
r
o
•Ip
•ID-p
•ICo
•Vo
•Vi
n
•Io •-Io
•反激变换器（Flyback）工作原理（4）
•Vin
•Np
•Lm
•Lk •G
•Vds=Vc+Vin
•Vds=Vin/(1-D)
•VT
•根据电感的伏秒平衡：
•(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T
•Vo=VinD/ n
•Vin/n •-Vc/n
•有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)（9）
•Vc=VinD/(1-D)
•Vi
•Vds=Vin/(1-D)
•Lo •Vo
•S1
•1-
•-
•Io
D
•Vc
•+
•IL
•+
•V•-T
•Vd
•Vi
n
s
•Sa
•Ip •Lk
•S1
•D
•Ip •Im
•G •S
•根据变压器的伏秒平衡
•t •t •t •t •t •t •t6=t0
•IL
0 1 2 3 •ΔI4L 5
•Io
•VinDT=V：c(1-D)T
•Vc=VinD/(1-D)
•C •Ip •Lk
•Io •VT
•Vo
•S2
•B
•C1 •S1
•D2
•Vds
1
•[t1, t2]
•Ip
•S1关断，变压器副边续流，原边漏感能
量被S2体二极管钳位。
•IL
•T/
•T/
2
2
•D
•D
•Vc
•Im
•t •t •t •t •t •t •t6=t0 0 1 2 34 5
•ΔIL
•Vi •Vnin/2
•Vin
•n:1
•L
•Vo
•T
•Vgs
•D •1-
•Io
D
•Lm
•IL
•Vi
•Vd
n
s
•Ip •Lk
•Cr
•D
•Ip •Im
•G •S
•[t3, t4]
•t •t •t •t •t •t
•IL
0
1 2 3 •Δ4IL 5
•Io
•Lm,Cr的选取原则：
•Vin/n-Vo •VL
•-Vo
•谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)（5）