隔离型DCDC变换器.ppt

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 2 SIOMNANG ALEJANDROOLIVA 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 3 解决方法采用变压隔离器 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 都是一样方便有效 4 理想的变压隔离器符号 概述 常见的变压隔离器电路 5 单端变压隔离电路 双端变压隔离电路 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 概述 常见的变压隔离器电路 6 半桥变压隔离电路 全桥变压隔离电路 隔离型Buck变换器 单端正激变换器 电路的构成 7 基本buck变换电路拓扑 Buck变换器工作波形 隔离型Buck变换器 单端正激变换器 电路的构成 8 隔离型buck 正激Forward 变换器 隔离型Buck变换器 单端正激变换器 工作原理 9 N3 VD2 将残存的能量馈送到输入端 即进行磁复位 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 因此需要采用磁复位 去磁技术 2 电感L储能 电流直线上升 隔离型Buck变换器 单端正激变换器 工作原理 10 能量传递阶段 VT导通 1 经变压器耦合和二极管VD向负载传输能量 工作原理 11 隔离型Buck变换器 单端正激变换器 磁复位阶段 VT截止 2 副边 VD截止 VD1导通 L向负载释放能量 电流直线下降 1 原边 磁芯中的剩磁能量通过VD2和N3向输入电源馈送 工作原理 12 隔离型Buck变换器 单端正激变换器 续流阶段 VD2截止 磁芯中的能量释放完毕 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 工作原理 13 隔离型Buck变换器 单端正激变换器 输出电压平均值 VT截止时 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 14 2 当N1 N3时 开关管承受最大电压为2Ui 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 2 VD1承受最大电压出现在VT导通时 3 VD承受最大电压出现在VT截止时 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 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Lom的值 17 隔离型Buck Boost变换器 单端反激变换器 电路的构成 18 基本Buck Boost变换器 隔离型Buck Boost变换器 电感 隔离变换器 隔离型Buck Boost变换器 单端反激变换器 电路的构成 19 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 导通终了时 i1的幅值 隔离型Buck Boost变换器 单端反激变换器 工作原理 20 VT导通时 VD截止 i1 i2 流过N1的电流 VT截止时 VD导通 I2p为VT截止时i2的幅值 流过N2的电流 隔离型Buck Boost变换器 单端反激变换器 3种工作状态变压器磁通临界连续状态 21 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 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 22 VT截止时间toff比绕组N2中电流i2衰减到零所需的时间更长即toff L2 UO I2P 隔离型Buck Boost变换器 单端反激变换器 输入输出电压关系 23 即输入功率为 VT导通期间 变压器T储能 输出功率为 假定电路无损 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L1成反比 隔离型Buck Boost变换器 单端反激变换器 开关管承受电压 24 VT截止时 N1上的感应电势 VT截止时 漏 源承受的电压 隔离型Buck Boost变换器 单端反激变换器 变压器磁通连续状态 25 VT截止时间较小 toff0 隔离型Buck Boost变换器 单端反激变换器 电压传输比 26 VT导通 VT截止 伏秒平衡 隔离型Buck Boost变换器 单端反激变换器 变换器的设计变压器磁通不连续 27 开关管的选择 整流二级管的选择 单端变压隔离器的磁通复位技术 28 使用单端变压隔离器遇到的问题 如何使变压器磁芯在每个脉动工作磁通之后都能回复到磁通起始值 去磁复位问题 开关导通时 电流很大开关段开始 过电压很高 如果每个周期不去磁 剩余磁通的累加可能导致磁芯饱和 单端变压隔离器的磁通复位技术 磁芯复位线路种类 29 采用哪种方法取决于功率P的大小和所使用的磁芯磁滞特性而定 单端变压隔离器的磁通复位技术 2种典型的磁芯磁滞特性曲线 30 低Br铁氧体 铁粉磁芯 非晶合金磁芯复位常用转移损耗法 线路简单可靠 高Br无气隙的晶粒取向镍 铁合金磁芯复位常用强迫法 线路较复杂 单端变压隔离器的磁通复位技术 低Br的去磁方法 31 转移损耗法磁芯去磁线路 a 与原边绕组连接 b 与副边绕组连接 单端变压隔离器的磁通复位技术 低Br的去磁方法 32 再生式磁芯去磁线路 a 能量 电源 b 能量 负载 单端变压隔离器的磁通复位技术 高Br的去磁方法 33 强制磁芯去磁各种方法 a 加恒流源和变压器附加绕组 b 外部加永久磁铁 单端变压隔离器的磁通复位技术 高Br的去磁方法 34 强制磁芯去磁各种方法 c 利用滤波电感作为恒流源 单端变压隔离器的磁通复位技术 高电压源变换器中去磁电路 35 双开关 单端去磁线路 a 利用原边绕组本身 b 利用部分原边绕组 双管正激式DC DC变换器 电路结构 36 工作原理 VT2 VT1 VT2同时动作 VT1 VT2同时导通 UNP UNS iVD3 iVD4 IP IS n n NP NS VT1 VT2同时关断 VD1 VD2能量反馈回Ui 并嵌位 VD3关断 VD4续流导通 注意点 D 0 5VD4反向恢复时间漏感值 全桥变换器 全桥变换器的构成 37 全桥变换器电路拓扑演变过程 优点 UVT1max UVT2max Ui缺点 变压器利用率较低 1 大功率场合常用电路2 VT1和VT2或VT3和VT4同时导通3 变压器得到充分利用 全桥变换器 工作原理 38 t0 t1 uG1 4 1 VT1 VT4导通 UNP Ui iVD5 iVD6 VD5导通 VD6关断 t1 t2 uG1 4 uG2 3 0 VT1 VT4关断 uVT1 uVT2 uVT3 uVT4 1 2 Ui t2 t3 uG2 3 1 VT2 VT3导通 UNP Ui iVD6 iVD5 VD6导通 VD5关断 t3 t4 uG1 4 uG2 3 0 VT1 VT4关断 uVT1 uVT2 uVT3 uVT4 1 2 Ui 全桥变换器 缓冲器的组成及作用 39 全桥变换器 缓冲器的组成及作用 40 两种运行方式的B H范围 半桥变换器 半桥变换器的构成 41 半桥式变换器的电路拓扑 1 用2个相同的电容器代替2个晶体管2 降低成本 增大电路体积3 常用于低功率变换器4 初级电压峰值为全桥电路一半 电流为全桥的2倍 半桥变换器 工作原理 42 t0 t1 uG1 1 VT1导通 UNP 1 2 Ui iVD5 iVD6 VD5导通 VD6关断 t1 t2 uG1 uG2 0 VT1 VT2关断 UNP 0 uVT1 uVT2 1 2 Ui VD5 VD6均导通为L提供续流回路 t2 t3 uG2 1 VT2导通 UNP 1 2 Ui iVD6 iVD5 VD6导通 VD5关断 t3 t4 uG1 uG2 0 VT1 VT2关断 uVT1 uVT2 1 2 Ui 半桥变换器 桥式分压电容器的选择 43 初级电流 VT1和VT2导通时 从A点充电或取电在半周期中 2个电容器补充电荷损失 电容器上电压变化 电容器上直流电压变化的百分数与整流输出电压变化的百分数是相同的 输出电压纹波百分数 半桥变换器 偏磁现象及其防止方法偏磁的可能性 VT1 VT2具有不