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1、隔离型隔离型隔离型隔离型DC/DCDC/DCDC/DCDC/DC变变变变换器换器换器换器1参考文献参考文献1 张占松，蔡宣三占松，蔡宣三 .开关开关电源的原理与源的原理与设计，电子工子工业出版社出版社3.1 变压隔离器的理想隔离器的理想结构构22 SIOMN ANG, ALEJANDRO OLIVA. 开关功率开关功率变换器器开关开关电源的原理、仿真和源的原理、仿真和设计，机械工，机械工业出版社出版社4.2 正激正激变换器器概述概述非隔离的非隔离的DC/DC变换器的局限性器的局限性输入入输出不隔离，形成地出不隔离，形成地线上的上的环流流输入入输出出电压比或比或电流比不能太大流比不能太大无法无法
2、实现多路多路输出出3解决方法解决方法采用变压隔离器采用变压隔离器概述概述 理想理想变压隔离器的特征隔离器的特征从从输入到入到输出能出能够通通过所有的信号所有的信号频率，即从理想的率，即从理想的直流到交流都能直流到交流都能变换；变换时可不考可不考虑能量能量损耗；耗；变换中能提供任何中能提供任何选定的定的电压和和电流流变比比能使能使输入和入和输出之出之间完全隔离完全隔离变换时，无，无论从原从原边到副到副边，或副，或副边到原到原边，都是一，都是一样方便有效方便有效4理想的变压隔离器符号理想的变压隔离器符号概述概述常常见的的变压隔离器隔离器电路路5单端变压隔离电路单端变压隔离电路双端变压隔离电路双端变
3、压隔离电路主要应用于中小功率电路主要应用于中小功率电路优点：线路简单优点：线路简单缺点缺点： （1）输入电流脉动）输入电流脉动（2）S1关断时承受高压关断时承受高压（3）闭路峰值电流大）闭路峰值电流大概述概述常常见的的变压隔离器隔离器电路路6半桥变压隔离电路半桥变压隔离电路全桥变压隔离电路全桥变压隔离电路隔离型隔离型Buck变换器器单端正激端正激变换器器电路的构成路的构成7基本基本buck变换电路拓扑变换电路拓扑Buck变换器工作波形变换器工作波形隔离型隔离型Buck变换器器单端正激端正激变换器器电路的构成路的构成8隔离型隔离型buck（正激（正激 Forward）变换器）变换器隔离型隔离型B
4、uck变换器器单端正激端正激变换器器工作原理工作原理9N3+VD2：将残存的能量馈送到输入端，即进行磁复位。：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，这就是中磁通并不回到零，这就是剩磁通剩磁通。剩。剩磁通的累加可能导致磁通的累加可能导致磁芯饱和磁芯饱和，因此需，因此需要采用磁复位（去磁技术）要采用磁复位（去磁技术）（2）电感）电感L储能，电流储能，电流直线上升直线上升隔离型隔
5、离型Buck变换器器单端正激端正激变换器器工作原理工作原理10能量传递阶段能量传递阶段VT导通导通UN2UO（1）经变压器耦合和）经变压器耦合和二极管二极管VD向负载传输向负载传输能量。能量。工作原理工作原理11隔离型隔离型Buck变换器器单端正激端正激变换器器磁复位阶段磁复位阶段VT截止截止（2）副边：）副边：VD截止，截止，VD1导通，导通，L向负载释放向负载释放能量，电流直线下降。能量，电流直线下降。（1）原边：磁芯中的剩）原边：磁芯中的剩磁能量通过磁能量通过VD2和和N3向输向输入电源馈送。入电源馈送。工作原理工作原理12隔离型隔离型Buck变换器器单端正激端正激变换器器续流阶段续流阶
6、段VD2截止截止磁芯中的能量释放完毕。磁芯中的能量释放完毕。VD1导通或截止导通或截止（1）如果电感储能能够）如果电感储能能够维持电流连续至下个周期维持电流连续至下个周期开始，开始，VD1始终导通。始终导通。（2）如果电感电流断续，）如果电感电流断续，则则VD1截止。截止。工作原理工作原理13隔离型隔离型Buck变换器器单端正激端正激变换器器uVD1Uo输出电压平均值输出电压平均值VT截止时截止时隔离型隔离型Buck变换器器单端正激端正激变换器器 正激正激变换器的器的设计开关管的开关管的选择（1）开关管的漏极）开关管的漏极额定定电流必流必须大于流大于流过IGBT漏极漏极实际电流流IDmax。1
7、4（2）当）当N1=N3时，开关管承受最大，开关管承受最大电压为2Ui隔离型隔离型Buck变换器器单端正激端正激变换器器整流二极管、整流二极管、续流二极管的流二极管的选择（1）流）流过整流二极管和整流二极管和续流二极管中的流二极管中的电流峰流峰值均均为电感感电流峰流峰值（2）VD1承受最大承受最大电压出出现在在VT导通通时（3）VD承受最大承受最大电压出出现在在VT截止截止时15隔离型隔离型Buck变换器器单端正激端正激变换器器多路多路输出的正激出的正激变换器原理器原理图16隔离型隔离型Buck变换器器单端正激端正激变换器器例例 前前页所所示示正正激激变换器器，输入入电源源电压60V，二二次次
8、主主输出出的的平平均均输出出电压为5V,开开关关频率率为1kHz，输出出电感感电流流纹波波最最大大值为0.1A，原原边边绕组匝数匝数60，匝比，匝比Nr/Np等于等于1。求：。求： （1）副）副边主主绕组匝数最小匝数最小值Nsm； （2）输出出滤波波电感感Lom的的值。17隔离型隔离型Buck-Boost变换器器单端反激端反激变换器器 电路的构成路的构成18基本基本Buck-Boost变换器变换器隔离型隔离型Buck-Boost变换器变换器电感电感隔离变换器隔离变换器隔离型隔离型Buck-Boost变换器器单端反激端反激变换器器电路的构成路的构成19单端反激式（单端反激式（Flyback）变换
9、器）变换器VT导通时，导通时，VD截止截止VT截止时，截止时，VD导通导通电感储能型变换器电感储能型变换器导通通终了了时，i1的幅的幅值隔离型隔离型Buck-Boost变换器器单端反激端反激变换器器 工作原理工作原理20VT导通时，导通时，VD截止截止i1i2流流过N1的的电流流VT截止时，截止时，VD导通导通I2p为VT截止截止时i2的幅的幅值流流过N2的的电流流隔离型隔离型Buck-Boost变换器器单端反激端反激变换器器 3种工作状种工作状态变压器磁通器磁通临界界连续状状态21VT截止时间截止时间toff和绕组和绕组N2中电流中电流i2衰减到零所需的时间相等衰减到零所需的时间相等隔离型隔
10、离型Buck-Boost变换器器单端反激端反激变换器器变压器磁通不器磁通不连续状状态22VT截止时间截止时间toff比绕组比绕组N2中电流中电流i2衰减到零所需的时间更长衰减到零所需的时间更长即即 toff(L2/UO)I2P隔离型隔离型Buck-Boost变换器器单端反激端反激变换器器输入入输出出电压关系关系23即输入功率为即输入功率为VT导通期通期间，变压器器T储能能输出功率为输出功率为假定假定电路无损电路无损结论：结论：（1）Uo与负载与负载RL有关，有关， RL Uo （2） Uo与导通时间成正比与导通时间成正比（3）与电感量）与电感量L1成反比成反比隔离型隔离型Buck-Boost变
11、换器器单端反激端反激变换器器 开关管承受开关管承受电压24VT截止截止时，N1上的感上的感应电势VT截止截止时，漏，漏-源承受的源承受的电压隔离型隔离型Buck-Boost变换器器单端反激端反激变换器器 变压器磁通器磁通连续状状态25VT截止时间较小，截止时间较小，toff 0隔离型隔离型Buck-Boost变换器器单端反激端反激变换器器电压传输比比26VT导通导通VT截止截止伏秒伏秒平衡平衡隔离型隔离型Buck-Boost变换器器单端反激端反激变换器器 变换器的器的设计变压器磁通不器磁通不连续27开关管的开关管的选择整流二整流二级管的管的选择单端端变压隔离器的磁通复位技隔离器的磁通复位技术2
12、8 使用使用单端端变压隔离器隔离器遇到的遇到的问题如何使如何使变压器器磁芯在每个脉磁芯在每个脉动工作磁通之工作磁通之后都能回复到后都能回复到磁通起始磁通起始值去磁复位去磁复位去磁复位去磁复位问题问题开关导通时，电流很大开关导通时，电流很大开关段开始，过电压很高开关段开始，过电压很高如果每个周期不去磁，如果每个周期不去磁，剩余磁通的累加可能剩余磁通的累加可能导致磁芯饱和导致磁芯饱和单端端变压隔离器的磁通复位技隔离器的磁通复位技术磁芯复位磁芯复位线路种路种类29 把磁芯残存能量把磁芯残存能量自然地转移，在为了自然地转移，在为了复位所加的元件上消复位所加的元件上消耗掉，或者把残存能耗掉，或者把残存能
13、量反馈到输入端或输量反馈到输入端或输出端出端方法一方法一 通过外加能量的通过外加能量的方法强迫磁芯的磁状方法强迫磁芯的磁状态复位态复位方法二方法二采用哪种方法取决于功率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的大小和所使用的磁芯磁滞特性而定单端端变压隔离器的磁通复位技隔离器的磁通复位技术 2种典型的磁芯磁滞特性曲种典型的磁芯磁滞特性曲线30低低Br铁氧体、铁粉磁芯、非晶合金磁芯铁氧体、铁粉磁芯、非晶合金磁芯复位常用转移损耗法，线路简单可靠复位常用转移损耗法，线路简单可靠高高Br无气隙的晶粒取向镍铁合金磁芯无气隙的晶粒取向镍铁合金磁芯复位常用强迫法，线路较复杂复位常用强迫法，线路
14、较复杂单端端变压隔离器的磁通复位技隔离器的磁通复位技术 低低Br的去磁方法的去磁方法31转移损耗法磁芯去磁线路转移损耗法磁芯去磁线路（a）与原边绕组连接）与原边绕组连接（b）与副边绕组连接）与副边绕组连接单端端变压隔离器的磁通复位技隔离器的磁通复位技术低低Br的去磁方法的去磁方法32再生式磁芯去磁线路再生式磁芯去磁线路（a）能量）能量电源电源（b）能量）能量负载负载单端端变压隔离器的磁通复位技隔离器的磁通复位技术高高Br的去磁方法的去磁方法33强制磁芯去磁各种方法强制磁芯去磁各种方法（a）加恒流源和变压器附加绕组）加恒流源和变压器附加绕组（b）外部加永久磁铁）外部加永久磁铁单端端变压隔离器的磁
15、通复位技隔离器的磁通复位技术高高Br的去磁方法的去磁方法34强制磁芯去磁各种方法强制磁芯去磁各种方法（c）利用滤波电感作为恒流源）利用滤波电感作为恒流源单端端变压隔离器的磁通复位技隔离器的磁通复位技术 高高电压源源变换器中去磁器中去磁电路路35双开关、单端去磁线路双开关、单端去磁线路（a）利用）利用 原边绕组本身原边绕组本身（b）利用部分原边绕组）利用部分原边绕组双管正激式双管正激式DC/DC变换器器 电路路结构构36 工作原理工作原理VT2VT1、VT2同同时动作作VT1、VT2同同时导通：通：UNPUNS，iVD3 ，iVD4 IP=IS/n（n=NP/NS）VT1、VT2同同时关断：关断
16、：VD1，VD2能量反能量反馈回回Ui，并嵌，并嵌位；位；VD3关断，关断，VD4 续流流导通通注意点：注意点：D 0.5VD4反向恢复时间反向恢复时间漏感值漏感值全全桥变换器器 全全桥变换器的构成器的构成37全桥变换器电路拓扑演变过程全桥变换器电路拓扑演变过程优点：点：UVT1maxUVT2max Ui缺点：缺点：变压器利用率器利用率较低低1.大功率大功率场合常用合常用电路路2.VT1和和VT2 或或VT3和和VT4同同时导通通3.变压器得到充分利用器得到充分利用全全桥变换器器 工作原理工作原理38t0t1: uG1,4=1，VT1 , VT4导通，通，UNP =Ui ； iVD5 ，iVD
17、6VD5导通，通，VD6关断关断t1t2: uG1,4=uG2,3=0，VT1VT4关断；关断； uVT1=uVT2=uVT3=uVT4=(1/2)Ui t2t3: uG2,3=1， VT2 , VT3导通，通，UNP =-Ui ； iVD6 ，iVD5VD6导通，通，VD5关断关断t3t4: uG1,4=uG2,3=0，VT1VT4关断；关断； uVT1=uVT2=uVT3=uVT4=(1/2)Ui 全全桥变换器器缓冲器的冲器的组成及作用成及作用39全全桥变换器器 缓冲器的冲器的组成及作用成及作用40两种运行方式的两种运行方式的B-H范围范围半半桥变换器器 半半桥变换器的构成器的构成41半桥
18、式变换器的电路拓扑半桥式变换器的电路拓扑1. 用用2个相同的个相同的电容器代替容器代替2个晶体管个晶体管2. 降低成本，增大降低成本，增大电路体路体积3. 常用于低功率常用于低功率变换器器4. 初初级电压峰峰值为全全桥电路一半，路一半，电流流为全全桥的的2倍倍半半桥变换器器 工作原理工作原理42t0t1: uG1=1，VT1 导通，通，UNP =(1/2)Ui ； iVD5 ，iVD6VD5导通，通，VD6关断关断t1t2: uG1=uG2=0，VT1、VT2关断，关断，UNP =0； uVT1=uVT2=(1/2)Ui ； VD5、VD6均均导通通为L提供提供续流回路流回路t2t3: uG2
19、=1， VT2 导通，通，UNP =-(1/2)Ui ； iVD6 ，iVD5VD6导通，通，VD5关断关断t3t4: uG1=uG2=0，VT1、VT2关断；关断； uVT1=uVT2=(1/2)Ui 半半桥变换器器 桥式分式分压电容器的容器的选择43初级电流初级电流VT1和和VT2导通时，从导通时，从A点充电或取电点充电或取电在半周期中，在半周期中，2个电容器补充电荷损失个电容器补充电荷损失电容器上电压变化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输出电压纹波百分数半半桥变换
20、器器 偏磁偏磁现象及其防止方法象及其防止方法偏磁的可能性：偏磁的可能性：VT1，VT2具有不同开关特性，具有不同开关特性，导致致伏秒不平衡，伏秒不平衡，发生偏磁生偏磁现象。象。44串串联耦合耦合电容改善偏磁性能容改善偏磁性能C3两端直流电压降变化速度的时间常数两端直流电压降变化速度的时间常数半半桥变换器器 串串联耦合耦合电容的容的选择初算初算电容量容量45初算初算电容器充容器充电电压是否是否过高或高或过低低注：注：谐振振频率通常率通常选fR=0.1fS半半桥变换器器 直通的可能性及其防止直通的可能性及其防止直通：直通：VT1、VT2两晶体管在某一两晶体管在某一时间内同内同时导通的通的现象。象。防止方法：防止方法：对驱动脉脉宽最大最大值加于限制。加于限制。从拓扑上解决，采用交叉耦合封从拓扑上解决，采用交叉耦合封闭电路。路。46
