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1、正激变换器简明设计,主讲人：夏洪斌,报告内容,1、优点和缺点 2、基本电路结构 3、直流-直流变换器基本拓扑 4、几种复位方式及其比较 5、变压器设计 6、耦合电感设计及次级叠加方式,一、优点和缺点,1、优点：结构简单，驱动电路简单，输出纹波电流小适用于低电压大电流输出，易于多路输出，可靠性高。 2、缺点：变压器单向励磁，利用率低，EMI不好处理，并联工作需要均衡电路。,正激变换器基本结构图,直流斩波器及其分类,依直流斩波器的功能可以分为：功率控制型、调压型、调阻型等等 按直流斩波器输入输出电压间关系可以分为：当Uo大于Uin时，称其为升压斩波器(Boost Converter )；当Uo既可
2、以小于Uin也可以大于大于Uin时，称其为反转斩波器或升降压斩波器（Buck-Boost Converter ） 按斩波开关所采用的器件分类：BJT斩波器、MOSFET斩波器、IGBT斩波器、Thyristor斩波器等等 按直流电源与负载间的能量传递关系对斩波器分类 ：输出电压和电流皆不可逆的称为单象限斩波器；仅输出电流或输出电压可逆的称为两象限斩波器；输出电流和电压都可逆的称为四象限斩波器 ,直流斩波电路的工作原理,降压斩波电路（Buck),带纯电阻负载的降压斩波器工作原理 （a）主电路（b）输出电压、电流波形,纯电阻负载,由此可知，改变导通比，不仅能够控制斩波器输出电压的大小，而且能够控制
3、其输出电流和输出功率的大小,电阻电感性负载,图 带电阻电感性负载的斩波器 （a）主电路 （b）有关电压电流波形,在上图中，因负载是纯阻性的，所以斩波器的输出电流与输出电压波形相似，且都有很大的脉动。若要使负载电流平滑化，需在原电路基础上增加平波电抗器L和续流二极管DF，如左图所示。,（1）降压斩波器的输出电压平均值与输入电压之比，刚好等于斩波开关的导通时间与斩波周期之比。改变导通比就可以控制斩波器的输出电压和电流的平均值。 （2）在负载电流连续且可略去电流纹波影响时，此斩波电路有类似于变压器的规律：电压比与电流比成反比，其导通比则类似变压器的匝比k。 （3）在上图的降压斩波电路中，由于电感的作
4、用，使负载电流脉动减小、乃至连续，这是实际负载所期望的。因此该电路也是最常用的。人们把包含斩波开关S、电感L和续流二极管DF 的电路称为降压斩波器的主电路。,升压斩波电路,升压斩波器的工作原理,图a)所示电路为升压斩波器主电路。当开关S导通时，升压二极管VD承受反向电压而截止，其等效电路如图b)所示。此时电源电压加在电感L上，电感电流iL增长，电感L储能增加，与此同时电容C向负载供电，电容电压下降。当开关S关断时，电感电流iL下降，电感L的感应电势改变极性，与电源电压叠加，强迫升压二极管VD导通，电源和电感同时为负载供电和向电容C充电，由此得到一个比电源电压还高的输出电压，其等效电路如图c）所
5、示。,改变导通比 ，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0 1/2时为降压，当1/2 1时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路。也有文献直接按英文称之为buck-boost 变换器（Buck-Boost Converter）。 图b中给出了电源电流i1和负载电流i2的波形，设两者的平均值分别为I1和I2，当电流脉动足够小时，有:,图 升降压斩波电路及其波形 a）电路图 b）波形,升降压斩波电路和Cuk斩波电路,由上式可得： 如果V、VD为没有损耗的理想开关时，则 其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。,升降压斩波电路和Cuk斩波电路,三绕组复位,特点,一般选择复位绕组匝数
6、与主绕组匝数相等D0.5. MOS管上的电压应力接近2.6Vinmax 增加了变压器成本和复杂度,RCD复位,特点,结构简单,效率较低. 钳位电压取决于占空比和输入电压,MOS管上的电压应力接近2Vinmax(一般). 电阻上的损耗随着输入电压的升高而增大,LCDD复位,特点,无损复位,效率较高. MOS管上的电压应力接近2Vinmax. 输入电压较高时,复位电感的尺寸较大. 因LC谐振导致MOS通态电流较大.,双管正激,特点,通过两个二极管来复位 MOS管的电压应力为Vinmax 增加了一个MOS管 上管需高边驱动,有源钳位,特点,双向励磁,可实现软开关,效率高. 励磁能量和漏感能量全部回馈
7、到电源端 占空比可大于0.5且MOS的电压应力较低 适合于输入电压变化范围较大的场合,变压器设计,理想变压器模型,理想变压器方程,实际变压器模型-包含励磁,实际变压器方程,实际变压器模型-包含漏磁,电路方程式,设计流程,已知:输出功率Pout、开关频率Fs、效率、 Vinmax、Vinmin. 确定占空比和匝比： N确定后检查Dmax和Dmin,根据面积积公式选择一个合适的磁心： Wa:绕线窗面积 Ac：截面积 Bm：最大磁感应强度 高斯 J：电流密度 A/mm2 K：铁芯的窗口系数 0.20.5,计算初级圈数Np： Np确定后，检查Bm 如果BmBsat 则调整设计 计算Ns,耦合电感设计,已知:Vo1 Io1max Io1min Vo2 Io2max Io2min Fs=70K 计算最大和最小占空比,计算I： 计算等效电感（临界感量Lo） 计算最大等效电流Imax 计算最大等效峰值电流Ipk,计算储存能量： 确定电感尺寸 确定圈数 由电压比确定另一输出圈数,功率MOS管,电压应力： BVdssVdc(max)(1+Np/Nr) 电流应力：,整流二极管的选择,续流二极管的选择,输出电容的选择,THANK YOU!,THE END,