04隔离型DC-DC变换电路

15
西南交通大学
双开关管正激电路——S导通
++
-西南交通大学
双开关管正激电路——S关断
17
西南交通大学
双管正激式直-直变换器的建模
Forward_two_switch.mdl
18 西南交通大学
Modeling and Simulation of Power Electronics System

建立输出电压反馈控制器，选择+5V为控制输出 回路。分析输入电压在180V和260V时的输出稳 压情况。
47
西南交通大学
课后作业提交

报告文件:

仿真文件(S学号后3位_内容_版本,如S387_boost_10b) 及其文档说明(pdf, word2003, word2007文档)

下周3晚11点前E-mail提交到：
Modeling and Simulation of Power Electronics System —— Isolated DC-DC Converters
Zeliang Shu Department of Electronic Engineering, Southwest Jiaotong University
N3 N1
C B
*
N2
*
D2
F
（b）工作状态 2 （S 断开）
-
D3
O
S
西南交通大学
单端正激式直-直变换器断续工作模式
A D H
L uL
D1 + Ui
*
C
+
+ Uo
N3 N1
C B
*
N2
*
（a）工作状态 1 （S 接通）
D2
F
-
D3
O A
S
D
H
L uL
D1 + Ui
*
C
+
+ Uo
N3 N1
C B
*
电力电子系统建模与仿真
隔离型DC-DC变换电路
舒泽亮 西南交通大学 电气工程学院
shuzeliang@swjtu.edu.cn
Modeling and Simulation of Power Electronics System
Isolated DC-DC Converter
隔离型直-直变换器
2
西南交通大学
全桥推挽式直-直变换器
29
西南交通大学
推挽式直-直变换器
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
推挽式变换器连续工作模式的1、2步 ++
（a）工作状态 1（S1 接通）
西南交通大学
45
西南交通大学
课后作业4.1

分析和仿真：双开关管单端正激、单端 反激、推挽和全桥四种隔离型直直电路

建立仿真模型 绘制各电路开关器件、电感和二极管在不连续工 作模式下的电压电流波形
46
西南交通大学
课后作业4.2 (+3分题目)

三输出的单端反激型直-直变换器

输入交流电压220V，输出2隔离直流电压，端口 为：+5V、GND1， +15V、GND2和-20V，三个 负载电阻分别为1、15、20欧姆。
•
Skiip module - Water cooled
Semikron Skiip copper base plate less 1800A/1200V Semikron
西南交通大学
Modeling and Simulation of Power Electronics System
Full-Bridge Push-Pull DC-DC Converter
西南交通大学
电力电子器件的安全工作区域 1：过压 2：过流 3：过温
西南交通大学
电力电子装置的损毁
西南交通大学
开关过程中的动态波形
西南交通大学
电力电子装置的故障保护
西南交通大学
电力电子器件的冷却
• Cooligy cold plate with Infineon modules for UPS Refrigerant R134a Wind power project ENPC Water cooling
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
单端正激式直-直变换器
7
西南交通大学
单端正激式直-直变换器
+
* *
D1 N1 C S N2 D2 C
+ Uo
-
变压器的第三绕组 为去磁绕组，将变 压器存储的能量反 激到电源中去。
L uL
A D H
D1 + Ui
*
C
+
+ Uo
N3 N1
C B
*
N2
*
D2
F
西南交通大学
-
D3
O
S
单端正激式直-直变换器的磁通复位
（b）工作状态 2（全部开关断开）
（c）工作状态 3（S2、S3 接通）
（d）工作状态 4（全部开关断开）
西南交通大学
全桥式变换器的建模1
42
full-bridge3.mdl
西南交通大学
全桥式变换器的建模2
43
full-bridge2.mdl
西南交通大学
全桥式变换器的建模3
44
full-bridge1.mdl
50 西南交通大学
Single-ended Flyback DC-DC Converter
单端反激式直-直变换器
19
西南交通大学
单端反激式直-直变换器
+
* *
D1 N1 C S N2 D2 C
+ Uo

单端正激型
-
-

单端反激型
西南交通大学
单端反激式直-直变换器连续工作模式 +
+
（a）工作状态 1 （S 接通）
-
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
38
halfbridge.mdl
西南交通大学
Modeling and Simulation of Power Electronics System
Full-Bridge Converter
全桥式直-直变换器
39
西南交通大学
全桥变换器

半桥式

全桥式
西南交通大学
全桥变换器工作4步骤
（a）工作状态 1（Sl、S4 接通）
shuzeliang@swjtu.cn 或 mailtosunny@163.com
48
西南交通大学
下讲课内容概要 电力电子系统建模与仿真
PWM调制方法
滞环电流控制 方波逆变 单极性SPWM
双极性SPWM 三相SPWM
49 西南交通大学
舒泽亮 西南交通大学 电气工程学院 mailtosunny@163.com shuzeliang@swjtu.cn
S
A
D
H
L uL
D1 + Ui
*
C
+
+ Uo
N 3 N1
C B
*
N2
*
D2
F
-
D3
O
S
A
D
H
L uL
D1 + Ui
*
C
+
+
N3 N1
C B
*
N2
*
D2
F
-
D3
O
S
（a）工作状态 1 （b）工作状态 2 （S 接通） （S 断开）
（c）工作状态 3 （电感电流为零）
西南交通大学
单端正激式直-直变换器的建模
N2
*
D2
F
（b）工作状态 2 （S 断开）
-
D3
O
A
S
D
H
L uL
D1 + Ui
*
C
+
+
N3 N1
C B
*
N2
*
D2
F
-
（c）工作状态 3 （电感电流为零）
西南交通大学
D3
O
S
单端正激式直-直变换器断续工作模式
A D H
L uL C
D1 + Ui
*
+
+ Uo
N3 N1
C B
*
N2
*
D2
F
-
D3
O
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
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Modeling and Simulation of Power Electronics System
Single-ended Forward DC-DC Converter
+ +
（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）
+ +
（d）工作状态 4（全部开关断）
西南交通大学
推挽式变换器的建模
34
pushpull.mdl
西南交通大学
Modeling and Simulation of Power Electronics System
13
forward.mdl
西南交通大学
Modeling and Simulation of Power Electronics System
双开关管正激式变换器
14
西南交通大学
双开关管正激电路
电路中的两开关同时断开或接通，每一开关的额定 电压为单开关结构的一半。 这种电路的特点是：当开关关断时，激磁电流通过 二极管反激到电源，从而取消了专门的去磁绕组或 吸收电路。
变压器的第三绕组为去磁绕组，其作用是将变压器 铁芯中存储的能量（激磁能量）反激到电源中去。
西南交通大学
单端正激式直-直变换器连续工作模式
A D H
L uL
D1 + Ui
*
C
+ Uo
（a）工作状态 1 （S 接通）
N3 N 1
C B
*
N2
*
D2
+
F
-
D3
O A
S
D
H
L uL
ห้องสมุดไป่ตู้D1 + Ui
*
C
+
+ Uo
+
+
-
（b）工作状态 2 （S 断开）
西南交通大学
单端反激式直-直变换器的建模
22
flyback.mdl
西南交通大学
反激型变换器 的特点
反激型变换器电路的结构最为简单，元 器件数少，因此成本较低，广泛应用于数瓦 至数十瓦的小功率开关电源中。 但该电路变压器的工作点也仅处于磁化 曲线平面的第 1 象限，变压器利用率低，而 且开关器件承受的电流峰值很大，不适合用 于较大功率的开关电源。