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1、开关电源拓朴构造分析开关电源拓朴构造分析FAE NAME：CARY.CHENSZ2电源的分类电源的分类什么是什么是Power Supply?Power Supply负载Vin, IinPower Supply是一种提供电力能源的设备，它可以将一种电力能源方式转换成另外一种电力能源方式，并能对其进展控制和调理。上级电能方式Vo, Io f, phasef, phase根据转换的方式分类: AC/DC, DC/DC, DC/AC, AC/AC根据转换的方法分类: 线性电源，相控电源，开关电源根据调控的效果分类: 稳压， 恒流， 调频，调相根据调控的方法分类: 传统反响控制，矢量控制，数位控制开关电
2、源的元件构成开关电源的元件构成开关电源的根本元件：开关电源的根本元件：有源开关有源开关(Switch)二极管二极管(Diode)电感电感(Inductor)电容器电容器(Capacitor)变压器变压器(Transformer)三种根本的非隔分开关电源三种根本的非隔分开关电源VinVoLIoSDVinVoDLIoS1DS2VinVoDLIoSVo=Vin *D/(1-D)Vo=Vin *DVo=Vin /(1-D)VoVin, 升压型电路VoVin, 当DVin 当D0.5 升降压型电路三种根本的隔分开关电源三种根本的隔分开关电源VinVoSLmDVinVoLSD1D2VinVoLS1D1D2
3、S2正激型变换器反激型变换器桥式变换器反激变换器反激变换器Flyback任务原理任务原理 电流延续方式电流延续方式根据变压器的伏秒平衡：IoVinVoGDSLmDn:1CoVgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nVoImVLVin-nVoID-p反激变换器反激变换器Flyback任务原理任务原理 电流断续方式电流断续方式根据变压器的伏秒平衡：IoVinVoGDSLmDn:1CoVgsIDVdsD1-DTIoVinVin+nVoImVLVin-nVoID-p-nVo根据能量守恒：反激变换器反激变换器Flyback任务原理任务原理1VgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nVoI
4、mVrVLVin-nVoID-pVr=？IoVinVoGDSLmDn:1LkCo反激变换器反激变换器Flyback任务原理任务原理2VcIoVinVoGDSLmDn:1LkCoVcRPloss=(Vc-Vin)2/RGDSLkVcRPloss=(Vc)2/R反激变换器反激变换器Flyback任务原理任务原理3Vo=？IoVinVoGDSLmDn:1LkCoVgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nVoImVrICoID-p-IoVo根据Co在DT时间的根本方程：反激变换器反激变换器Flyback任务原理任务原理4多路输出的反激变换器：多路输出的反激变换器：减小交叉调整率的措施：减小交叉
5、调整率的措施：尽量减少两个绕组之间的漏感。尽量减少两个绕组之间的漏感。在辅助输出一路中参与尖峰抑制在辅助输出一路中参与尖峰抑制器饱和电感器饱和电感 主路输出任务于电流延续方式。主路输出任务于电流延续方式。采用双路加权反响的控制方式采用双路加权反响的控制方式VinVo1GLmNpLkVo2Ns2Ns1反响控制反激变换器反激变换器Flyback特征总结特征总结缺陷：缺陷：输出纹波电流大。输出纹波电流大。输出控制特性非线性。输出控制特性非线性。通常需求辅助的吸收回路。通常需求辅助的吸收回路。转换效率较低。转换效率较低。VinVo1GLmNpLkVo2Ns2Ns1反响控制优点：优点：电路简单。电路简单
6、。输入电压范围广。输入电压范围广。 容易实现多路输出。容易实现多路输出。谐振复位正激变换器谐振复位正激变换器Resonant Reset Forward)1Ion:1VinVoLoGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt0, t1t5谐振复位正激变换器谐振复位正激变换器Resonant Reset Forward)2Ion:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt1, t2t5谐振复位正激变换器谐振复位正激
7、变换器Resonant Reset Forward)3Ion:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt2, t3t5谐振复位正激变换器谐振复位正激变换器Resonant Reset Forward)4Ion:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt3, t4t5Lm,Cr的选取原那么：谐振复位正激变换器谐振复位正激变换器Resonant Reset Forward)5Ion:1VinVoLGD
8、SVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt4, t5t5(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T根据电感的伏秒平衡：Vo=VinD/n谐振复位正激变换器谐振复位正激变换器Resonant Reset Forward)特征特征VinVoCr缺陷：缺陷：原边开管电压应力较高。原边开管电压应力较高。谐振电容的损耗大。谐振电容的损耗大。宽范围输入效率很难兼顾。宽范围输入效率很难兼顾。优点：优点：电路简单。电路简单。线性输出控制特性。线性输出控制特性。不需求辅助的吸收回路。不需求辅助的吸收回路。 VinVoCrVinVo
9、Cr有源钳位正激变换器有源钳位正激变换器Active Clamped Forward)1Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDTIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt0, t1t5S1S1Sa1-D+VT-有源钳位正激变换器有源钳位正激变换器Active Clamped Forward)2Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt1, t2t5S1S1Sa1-D+VT-* 副边电压的死区跟Lk和Io有关，跟原边开管的死区无关有源钳
10、位正激变换器有源钳位正激变换器Active Clamped Forward)3Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt2, t3t5S1S1Sa1-D+VT-Sa在零电压条件下开通* 原边开管的死区时间需满足：有源钳位正激变换器有源钳位正激变换器Active Clamped Forward)4Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt3, t4t5S1S1Sa1-D+VT-激磁电流反向，变压
11、器被复位有源钳位正激变换器有源钳位正激变换器Active Clamped Forward)5Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt4, t5t5S1S1Sa1-D+VT-激磁电流对主开关的输出电容放电。t6=t0有源钳位正激变换器有源钳位正激变换器Active Clamped Forward)6Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt4, t5t5S1S1Sa1-D+VT-激磁电流对主开
12、关的输出电容放电。t6=t0有源钳位正激变换器有源钳位正激变换器Active Clamped Forward)7Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt5, t6t5S1S1Sa1-D+VT-t5时辰副边二极管钳位主开关的输出电容放电终了。t6时辰新的周期开场t6=t0有源钳位正激变换器有源钳位正激变换器Active Clamped Forward)8Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ip
13、t5S1S1Sa1-D+VT-t6=t0(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T根据电感的伏秒平衡：Vo=VinD/nVinDT=Vc(1-D)T根据变压器的伏秒平衡：Vc=VinD/(1-D)Vds=Vc+VinVds=Vin/(1-D)有源钳位正激变换器有源钳位正激变换器Active Clamped Forward)9Vc=VinD/(1-D)Vds=Vin/(1-D)Vin有源钳位正激变换器有源钳位正激变换器Active Clamped Forward)10VinVoVinVoVinVoSaSaSa缺陷：缺陷：钳位电压建立较慢，启动过程变钳位电压建立较慢，启动过程变压器易偏磁。压器易偏
14、磁。对输入电压的动态呼应慢。对输入电压的动态呼应慢。优点：优点：变压器最优化复位电压应力低变压器最优化复位电压应力低。输入电压范围宽。输入电压范围宽。线性输出控制特性。线性输出控制特性。不需求辅助的吸收回路。不需求辅助的吸收回路。 桥式变换器桥式变换器Bridge Type Converter)VinVoLS1D1D2S2半桥变换器VinVoLS1D1D2S2全桥变换器VinVoLS1D1D2S2推挽变换器VinVoS1D2S2半桥变换器倍流整流桥式变换器桥式变换器Bridge Type Converter)1VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoCBVTS1ILVds1DI
15、pVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2Vct0, t1变换器正半周任务，Ip, Im添加；Vc减少。C1C1桥式变换器桥式变换器Bridge Type Converter)2VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2VcC1CC1Vin/2t1, t2S1关断，变压器副边续流，原边漏感能量被S2体二极管钳位。桥式变换器桥式变换器Bridge Type Converter)3Vin
16、VoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2VcC1CC1Vin/2t2, t3S1，S2全部关断，变压器副边续流，Lm坚持不变，D1,D2电流之差为Lm。桥式变换器桥式变换器Bridge Type Converter)4VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoABS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2Vin/2VTVct3, t4变换器负半周任务，I
17、p, Im减少；Vc添加。桥式变换器桥式变换器Bridge Type Converter)5VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoABS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2Vin/2VTVct4, t5S2关断，变压器副边续流，原边漏感能量被S1体二极管钳位。桥式变换器桥式变换器Bridge Type Converter)6VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2
18、Dt6=t0T/2T/2VcC1CC1Vin/2t5, t6S1，S2全部关断，变压器副边续流，Lm坚持不变，D1,D2电流之差为Lm。t0, t1t1, t3桥式变换器桥式变换器Bridge Type Converter)7VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoBVTC1CC1缺陷：缺陷：变压器构造复杂。变压器构造复杂。输入电压范围较小。输入电压范围较小。优点：优点：变压器正负任务，不需求辅助的变压器正负任务，不需求辅助的复位电路。复位电路。输出纹波频率是开关频率的两倍，输出纹波频率是开关频率的两倍，所需电感量小。所需电感量小。线性输出控制特性。线性输出控制特性。电路平衡对
19、称。电路平衡对称。 几种隔离式变换器之比较几种隔离式变换器之比较变压器复位方式原边开管电压应力输出特性占空比范围输出纹波频率输出纹波电流适用范围反激输出电压复位Vds=Vin/(1-D)0D1f小功率，宽范围输入，多路输出谐振复位正激谐振电容电压复位Vds=Vin+Vc0D1f小功率，低电压输入有源钳位正激钳位电容电压复位Vds=Vin/(1-D)0D1f中小功率，宽范围输入，高效率半桥正负半周工作，自动复位Vin0D0.52f较大功率，较小输入范围，快速响应AC/DC Application Block DiagramBridgeDiodeVinVoSLmDPFCPWMPHCVrefLM431AZ431LM5021AZ3843
