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1、1第九章 晶体管功率电路隔离的单管变换器隔离的单管变换器2单端反激单端反激单端反激单端反激flybackflybackflybackflyback: : : :电路组成电路组成电路组成电路组成 由由电感变压器电感变压器T，晶体管晶体管Q，二极管二极管D和和滤波电容滤波电容C组成，与组成，与Buck等单管电路元件数相同。等单管电路元件数相同。Ui+ +_Uo+_DCubLRQ所谓反激变换是指：Q导通期间变压器储能，Q关断，能量耦合到次级，传递给负载所谓正激，Q导通时，能量通过变压器耦合到副边传递给负载，Q关断时，能量反馈给电源3n反激式变换器中的电感变压器起着电感和变压器的双重作用。n具有电感电
2、流连续、临界连续和断续3种工作模式。(磁通的连续性磁通的连续性)n电流连续时电压关系单端反激单端反激单端反激单端反激flybackflybackflybackflyback: : : :三种工作方式三种工作方式三种工作方式三种工作方式 4n n标幺特性，相对概念，无量标幺特性，相对概念，无量标幺特性，相对概念，无量标幺特性，相对概念，无量纲化纲化纲化纲化n n中间为临界模态，右边为连中间为临界模态，右边为连中间为临界模态，右边为连中间为临界模态，右边为连续，左边为断续续，左边为断续续，左边为断续续，左边为断续n n电流断续时，电流断续时，电流断续时，电流断续时，VoVoVoVo不变时，不变时，
3、不变时，不变时，IoIoIoIo变化，变化，变化，变化，D D D D变化变化变化变化较大，调节困难。较大，调节困难。较大，调节困难。较大，调节困难。n n空载，输出趋于无穷大空载，输出趋于无穷大空载，输出趋于无穷大空载，输出趋于无穷大依据：依据：依据：依据：连连连连续和断续和断续和断续和断续续续续时的输入输出关系，分界线为时的输入输出关系，分界线为时的输入输出关系，分界线为时的输入输出关系，分界线为IGIGIGIG单端反激式变换器电路外特性 5单端反激单端反激单端反激单端反激flybackflybackflybackflyback电路参数设计电路参数设计电路参数设计电路参数设计 连续连续连续
4、连续模式和断续模式和断续模式和断续模式和断续模式的比较模式的比较模式的比较模式的比较(Pg191(Pg191(Pg191(Pg191、192192192192) ) ) )、连续连续连续连续模式模式模式模式 晶体管峰值电流小，同样电流容量的晶体管晶体管峰值电流小，同样电流容量的晶体管晶体管峰值电流小，同样电流容量的晶体管晶体管峰值电流小，同样电流容量的晶体管可以输出更大功率可以输出更大功率可以输出更大功率可以输出更大功率 二极管有反向恢复；二极管有反向恢复；二极管有反向恢复；二极管有反向恢复； 变压器体积较大。变压器体积较大。变压器体积较大。变压器体积较大。断续断续断续断续模式模式模式模式 晶
5、体管峰值电流大晶体管峰值电流大晶体管峰值电流大晶体管峰值电流大 调节困难；调节困难；调节困难；调节困难； 二极管无反向恢复；二极管无反向恢复；二极管无反向恢复；二极管无反向恢复； 变压器体积较小。变压器体积较小。变压器体积较小。变压器体积较小。通常：小电流断续，大电流连续。通常：小电流断续，大电流连续。通常：小电流断续，大电流连续。通常：小电流断续，大电流连续。6n正激变换器正激变换器所谓正激，所谓正激，Q导通时，能量通过变压导通时，能量通过变压器耦合到副边传递给负载，器耦合到副边传递给负载，Q关断时，关断时，能量反馈给电源能量反馈给电源7正激式变换器的电路变化正激式变换器的电路变化nBUCK
6、变换器变换器n带变压器隔离带变压器隔离BUCK变换器变换器输入输出间无法隔离变压器的无法实现磁复位8磁复位概念磁复位概念n如图的变压器工作情况：n变压器的工作情况： u1 u2n电压和磁通满足：n当电压为正时，磁通增长当电压为负时，磁通减小n变压器的设计保证一周期内磁通变化量为零！9反激式变换器的变压器磁复位反激式变换器的变压器磁复位n在在Q导通时（承受正向电压）：导通时（承受正向电压）：n在在Q关断时：关断时：（承受反向电压）（承受反向电压）nQ导通时磁通增量等于导通时磁通增量等于Q关断时关断时磁通减量：磁通减量： 一个周期内，磁通变化量为零，一个周期内，磁通变化量为零，可以完成磁复位可以完
7、成磁复位伏秒积平衡伏秒积平衡10单端反激式变换器的同名端变化单端反激式变换器的同名端变化n对于反激式变换器，在一个周期对于反激式变换器，在一个周期内，可以自动完成磁复位。内，可以自动完成磁复位。n如果将反激式变换器的变压器同如果将反激式变换器的变压器同名端改为相同端，则不能完成磁名端改为相同端，则不能完成磁复位！复位！11正激式变换器的电路变化正激式变换器的电路变化nBUCK变换器变换器n带变压器隔离带变压器隔离BUCK变换器变换器n带磁复位正激式变换器带磁复位正激式变换器输入输出间无法隔离变压器的无法实现磁复位N1在在Q关断瞬间，电流突然变关断瞬间，电流突然变为为0，产生大的感应电动势，下，
8、产生大的感应电动势，下正上负，正上负，N3中亦如此，上正下中亦如此，上正下负，迫使负，迫使D2导通，实现磁复位导通，实现磁复位12正激式变换器正激式变换器n(1)电路构成及工作原理电路构成及工作原理n由变压器由变压器T，晶体管，晶体管Q，二极管，二极管D1和滤波电容和滤波电容C组成。组成。n此外还有磁复位绕组，磁复位二极管此外还有磁复位绕组，磁复位二极管D2和电感和电感续流二极管续流二极管D3 13稳态工作状态分析稳态工作状态分析1n当Q导通时：q变压器星号为正端，副边形成功率通路qu2=n*ui (n=N2/N1为变比)qD2反压截止qD3反压截止14稳态工作状态分析稳态工作状态分析2n当Q
9、截止时：q变压器星号为负端qD2导通，完成磁复位qD3导通，为电感电流续流15正激式变换器的输出电压正激式变换器的输出电压nT ON时时: D1导通，传递能量导通，传递能量nT OFF时时: D1截止，磁复位，截止，磁复位，D3续流续流n实际上和降压变压器工作方式类似实际上和降压变压器工作方式类似n设设n那么输出电压：那么输出电压：16复位绕组工作分析复位绕组工作分析n当Q导通时，D2截止，N3不参与能量传输n当Q截止时，N3上感应电势反号，迫使二极管D2导通。将存储在铁心中的能量返回电源，使铁心复位，n当截止时，N上的感应电势箝位于173绕组的工程设计绕组的工程设计n所以：q当N3N1时，D
10、可以大于0.5，但晶体管承受耐压也提高q通常N3N1时，D0.5，以保证磁心复位q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18电应力分析（电应力分析（Q）n晶体管关断磁复位时，Q上承受最大电压为19电应力分析（电应力分析（D1）n晶体管关断磁复位时，D1上承受最大反压：20电应力分析（电应力分析（D2）n晶体管导通时，D2上承受最大反压：21电应力分析（电应力分析（D3）n晶体管导通时，D3承受最大电反压22课堂练习：课堂练习：n工作条件：电流连续n根据Q的开关控制波形作出磁通, uQ,uD1,uD2,uD3波形n设Ui=100V, N1:N2:N
11、3=10:1:10,标注各数值大小23课堂习题答案：课堂习题答案：n工作条件：电流连续n根据Q的开关控制波形做出磁通, uQ,uD1,uD2,uD3波形n设Ui=100V, N1:N2:N3=10:1:10,标注各的数值大小25正激式变换器正激式变换器-变压器磁复位电路变压器磁复位电路2双管正激变换器双管正激变换器双管同时导通和关断，利用双管同时导通和关断，利用D1 D2进行变压器磁复位。进行变压器磁复位。工作最大工作最大D=0.526n如图所示为单端正激DC/DC变换电路，开关管工作在开关状态，设输出电容足够大输出电压为一平直的直流电压，N1：N2：N3=14：1：14。（1）在图中画出原边开关管Q、D1管、D2管和D3管的电压波形，并标注电压大小(用Ui变量表示)；（2）变换器允许的最大占空比是多少?（3）若输入直流为250V350V，输出直流电压为8V，晶体管开关频率为150KHZ, Q应选用什么类型的开关管？D2应选用什么类型的二极管？D1和D3应选用什么二极管？作业作业
