正激变换器

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磁通状态分析
on---1) 变压器正向磁化; 2) D1通 off---1)变压器反向去磁; 2) D2续流
磁通状态分析
1) 变压器: 磁化与去磁 on
∆Φ ON =
off
U iTON N1
∆Φ′ OF =
U iTR N3
1:n
Ui
nUi
Ui
ΔФ 回零 TR<TOFF TOFF
∆Φ ON
UT = i ON N1
3
4
主要的隔离变换器电路

正激变换器 (Forward Converter) 反激变换器 (Flyback Converter) 半桥变换器 (Half-Bridge Converter) 推挽变换器 (Push-Pull Converter) 全桥变换器 (Full-Bridge Converter)
∆Φ′ OF =
U iTR N3
含义
TR
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3
磁通状态分析
∆Φ ON = U iTON N1
TR =
Ｎ3绕组的工程设计
∆Φ′ OF =
N3 N TON = 3 DT N1 N1
U iTR N3

由于：

∵ TR < (1 − D)T N1 N1 + N 3
TOFF
所以： 当N3<N1时，D可以大于0.5，但晶体管承受耐压也提高 通常N3＝N1时，D<0.5，以保证磁心复位 为了使从将导通期间存储于磁场中的能量全部返回电源， N1必须与N3紧密耦合，通常采用并绕
南航 航空电源 航空科技中心
具有输入和输出隔离的单管变换器

特点:输入输出隔离;可以多路输出; 可以升降压. 常用电路有:单端反激式和单端正激式两种 适合中小功率输出
第三章 隔离型高频直流电源转换器电路 －正激变换器
陈新
chen.xin@nuaa.edu.cn
课程组网站：
http://gc.nuaa.edu.cn/dldz
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隔离变压器与铁芯磁通

隔离变换器系统电路
T u1 u2

如图的变压器工作情况： 变压器的工作情况： u1 → Φ → u 2 电压和磁通满足： dφ u=N dt 当电压为正时，磁通增长 当电压为负时，磁通减小 变压器的设计保证一周期 内磁通变化量为零！
u1
0 2 t
0
t
u2
0 2 t

交流输入侧加入简单的二极管整流和电容滤 波，即获得平直流电压，作为正激变换器的输 入

用简单的切换开关即可将电路输入扩展到全球 输入制式 220V输入时即为普通二极管整流桥工作 115V输入时，正电压时给Ci1充电，负电压时 给Ci2充电
D1 D2
D3
D4
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4
正激变换器
基本工作原理 连续模式稳态分析 CCM/DCM边界条件 断续模式稳态分析 器件选择 变换器工作优缺点 变换器的几种衍生变化

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正激式变换器的电路变化

正激式变换器
L

BUCK变换器 带变压器隔离BUCK变换器 带磁复位正激式变换器
D3

输入输出间 无法隔离
L
∗ ∗
(1)电路构成及工作原理 它是由变压器T，晶体管Q，二极管D1和滤波 电容C组成。 此外还有磁复位绕组，磁复位二极管D3和电感 续流二极管D2
N1
正激变换器
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正激变换器
基本工作原理 连续模式稳态分析 CCM/DCM边界条件 断续模式稳态分析 器件选择 变换器工作优缺点 变换器的几种衍生变化

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正激变换器
基本工作原理 连续模式稳态分析 CCM/DCM边界条件 断续模式稳态分析 器件选择 变换器工作优缺点 变换器的几种衍生变化
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正激式变换器

变压器的磁复位

T ON时: D1导通，传递能量 T OFF时: D1截止，磁复位，D2续流 实际上和降压变压器工作方式类似 设
D3 L
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


那么输出电压：

磁化电流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，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Ｄ3
电感电流增量
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磁复位设计

复位绕组工作分析
ຫໍສະໝຸດ Baidu
由于激磁电流的影响，如果没有箝位和复位电 路，在Q1关断瞬间，会在Q1集电极上产生较 大的电压尖峰，影响功率器件正常工作 复位工作时，通过复位绕组N3的电流较小 （仅反映激磁电流分量），一般为一次侧电流 的5%-10%，所以其线径设计可适量减小


当Q导通时，D3截止，N3不参与能量传输 当Q截止时，N3上感应电势反号，迫使二极管 D3导通。将存储在铁心中的能量返回电源， 使铁心复位， 当Ｑ截止时，N１上的感应电势箝位于
N2 D 3
变压器的无法实 现磁复位
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工作状态分析

工作状态分析

当Q导通时：

当Q截止时：

变压器星号为正端，副边形成功率通路 u2=n*ui (n=N2/N1为变比)，注意U2的大小 D2反压截止 D3反压截止
变压器星号为负端 D3导通，完成磁复位 D2导通，为电感电流续流
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工程设计上，有时外加如图电容起到箝位作 用。 电容参数设计需注意，如果过大，会将输入纹 波引到输出侧 变压器的设计需要考虑绝缘要求，尤其在高压 输入场合 所以将N1和N3分绕 在不同平面，既减小 电压应力，也起到电 压箝位作用
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输入为交流时的正激变换器应用

适用于AC115/230V输入
D<
否则变压器饱和
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层间电容Cc影响

层间电容Cc影响




复位二极管通常置于复位绕组上方，由于N1 和N3在绕制上一般位于不同平层面，所以存 在一寄生电容Cc，如图。 Q1导通时，D3阻断Cc电容电流，其电压不 变，对正常工作无任何影响。 Q1关断时，如果Q1集电极超过正常工作电压 时，会有经Cc、D3 形成放电回路 从而起到额外的电压 箝位作用

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电路分析方法

分段线性分析方法，将电路分为两种工作状态
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Q导通时

Q截止时

变压器副边电压：
根据等效电路图有：
VN 2 = VL 0 + V0 =L
diL 0 dt

diL 0 0 dt
VL 0 + V0 = 0
+ V0

=
VN 2 −V0 L0
L0
即： diL 0 dt
diL 0 dt
+ V0 = 0