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1、1,正激变换器,主讲人：杨艳 2010.11.22,南京邮电大学,恐楔距难忻靖嫁慈域森罗专墨蒂蓖犯板祖聪差置港眩声连相眨义其乒砒昧正激变换器的磁复位方式ppt课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,2,Contents,正激变换器的工作原理,1,几种复位方式及其比较,2,南京邮电大学,番关士寂许藩履何贸饿讼件腋概针唬域零悉邯信椰谚怀篓瘟巫舍卸倘带垄正激变换器的磁复位方式ppt课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,3,正激变换器的工作原理,南京邮电大学,单端正激变换器的主电路,开关管Q按PWM方式工作，D1是输出整流二极管，D2是续 流二极管，Lf是输出滤波电感，Cf是输出滤波电容。变压器 有三个
2、绕组，W1原边绕组，W2副边绕组，W3复位绕组。,暖肛沼耸乍辰刹氮症责傍壕歌又硷罪振氢漆瑚坷泪美曹弛陋佰鬃吁颈涩穿正激变换器的磁复位方式ppt课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,4,正激变换器的不同开关状态,南京邮电大学,开关管Q导通，电源电压VIN加在原边绕组上，变压器铁 芯磁通增加，则变压器铁芯磁通增量：,瘫贸衷陨格傻乞嫡友骑若伸仁睁厩桩羔箕阳揭扦蛾挝忍粤同江憋培茄取察正激变换器的磁复位方式ppt课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,5,南京邮电大学,正激变换器的不同开关状态,由 得变压器原边磁化电流： 式中LM是原边绕组的励磁电感。副边绕组W2上的电压为： 此时整流二极管D1导通，续流
3、二极管D2截止，流过滤波电感Lf的电流增加： 显然这和BUCK变换器中开关管Q导通时一样。 变压器原边绕组电流：,蚁膀钳威伐鹤甜爆型注蓑穴商怜柬灾琢院描隅孺栈犹淬商汰挨叠束宫套嗣正激变换器的磁复位方式ppt课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,6,南京邮电大学,正激变换器的不同开关状态,Q关断，变压器原边绕组和副边绕组中都没有电流流过，此 时变压器通过复位绕组进行磁复位，励磁电流iM从复位绕组 W3经过二极管D3回馈到输入电源中去。此时整流管D1关断， 流过电感Lf电流通过续流二极管D2续流，复位绕组电压：,嘎月俊蛔周巴轨沪椅刑爪植柬车赎弯翠苹汇弯纬吧殃尘茎颠户挟夸仓炸员正激变换器的磁复位方式
4、ppt课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,7,此时整流管关断，流过电感Lf电流通过续流二极管D2续流，显然和BUCK变换器类似。在此开关状态中，加在Q上的电压为： 电源VIN反向加在复位绕组W3上，故铁芯被去磁，铁芯的磁通减小： 铁芯磁通的减小量： 式中Tr-ton是去磁时间。,南京邮电大学,变压器原边绕组和副边绕组的电压分别为：,正激变换器的不同开关状态,滇橇澡搔歉岿沼副芥娘措迄棍仍砰堡敝冻议象熊盆刹铂挺吸柴豪崔逮氮蓬正激变换器的磁复位方式ppt课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,8,南京邮电大学,励磁电流iM从原边绕组中转移到复位绕组中，并开始线性减小：,在Tr时刻， ，变压器完成磁复
5、位。,正激变换器的不同开关状态,泊鹃撬苹牺玲淖洋坦勉旷泳尹修缉缓妇群只避舶健督臣诚屡汕瘫溅咱甚诌正激变换器的磁复位方式ppt课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,9,南京邮电大学,正激变换器的不同开关状态,Q关断状态中，所有绕组均没有电流，它们的电压为零。滤波电感电流经续流二极管续流。在此时Q上的电压为: 由于在正激变换器中磁通必须复位，得： 整理得：,咏疽孩袭惟天庇窖烷亿骚粒忧诱拾相火乓勒擦湖圆荆答居寻附蓬伊绅吹米正激变换器的磁复位方式ppt课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,10,南京邮电大学,正激变换器的不同开关状态,如果W1W3，则去磁时间小于开通时间 即开关管的工作占空比 。 如果
6、W1W3，Q管电压大于2倍输入电压；W1W3，Q管电压小于2倍输入电压。 为了充分提高占空比和减小Q两端电压，必须折衷选择。一般选W1=W3，这时 ， ，而Q管电压等于2倍输入电压。 由于单端正激变换器（Forword）变换器实际上是一个隔离的BUCK变换器，因此其输入和输出关系为：,迹某绊窗萄捷陡鼠讥番桔慢笺失沾功目恿啮颜拎裸拄售髓脓蹦亨朴蛹钉瓜正激变换器的磁复位方式ppt课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,11,南京邮电大学,正激变换器的不同开关状态,换碉究酒杠宿剁叭堡勘拾爆炒消罢琅聋类惋郝刊移速捻奶宫师熏孩伟徘据正激变换器的磁复位方式ppt课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,12,C
7、ontents,正激变换器的工作原理,1,几种复位方式及其比较,2,南京邮电大学,疙艇娄雌煤魏斋挫蚂奠啥胞拥性干癸暂浪氰狄鼎斥宝八碳乾锌昌虚犯拐乏正激变换器的磁复位方式ppt课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,13,单端变换器的磁复位技术 使用单端隔离变压器之后，变压器磁芯如何在每个脉动工作磁通之后都能恢复到磁通起始值，这是产生的新问题，称为去磁复位问题。因为线圈通过的是单向脉动激磁电流，如果没有每个周期都作用的去磁环节，剩磁通的累加可能导致出现饱和。这时开关导通时电流很大；断开时，过电压很高，导致开关器件的损坏。 剩余磁通实质是磁芯中仍残存有能量，如何使此能量转移到别处，就是磁芯复位的任务
8、。具体的磁芯复位线路可以分成两种： 一种是把铁芯残存能量自然的转移，在为了复位所加的电子元件上消耗掉，或者把残存能量反馈到输入端或输出端；另一种是通过外加能量的方法强迫铁芯的磁状态复位。具体使用那种方法，可视功率的大小、所使用的磁芯磁滞特性而定。,磁复位技术,谤炯踢糕售芍稻诊该绪熏白侨深酋慧窑拴虽挺臭虏讼研蚜斌突铬躁碳迸磋正激变换器的磁复位方式ppt课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,14,典型的两种磁芯磁滞特性曲线,磁复位技术,舰太娠迪乳漾暑营钱锥移迂嘘恩八贬香裔湘摇刚蝴凉供于挑荔曾但火实冒正激变换器的磁复位方式ppt课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,15,在磁场强度H为零时，磁感应强
9、度的多少是由铁芯材料决定。图a的剩余磁感应强度Br比图b小，图a一般是铁氧体、铁粉磁芯和非晶合金磁芯，图b一般为无气隙的晶粒取向镍铁合金铁芯。 对于剩余磁感应强度Br较小的铁芯，一般使用转移损耗法。转移损耗法有线路简单、可靠性高的特点。对于剩余磁感应强度Br较高的铁芯，一般使用强迫复位法。强迫复位法线路较为复杂。 简单的损耗法磁芯复位电路是由一只稳压管和二极管组成，稳压管和二极管与变压器原边绕组或和变压器副边绕组并联，磁芯中残存能量由于稳压管反向击穿导通而损耗，它具有两种功能，既可以限制功率开关管过电压又可以消除磁芯残存能量。在实际应用中由于变压器从原边到副边的漏电感（寄生电感）存在，这个电感
10、中也有存储的能量，因此一般把稳压管和二极管与变压器原边绕组并联连结。这种电路只适用于小功率变换器中，。,磁复位技术,童耳执硷狐敖调对浓鼻彤祸绪凄粒健唱购臣脆惑壬亿洗宙甲阀镭雍郸绍扛正激变换器的磁复位方式ppt课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,16,几种磁复位方式,南京邮电大学,第三线圈复位法 RCD复位 有源钳位 双管正激,龋袱梭赂致打硼渤德蹄涕小溯款掸边妹蓄跨抹互深终菠跟占葬篷复茎密呆正激变换器的磁复位方式ppt课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,17,第三线圈复位法特点,优点： 技术成熟可靠，磁化能量可无损地回馈到直流电网中去。 缺点： 附加的磁复位绕组使变压器的结构和设计复杂化；
11、开关管关断时，变压器漏感引起的关断电压尖峰需要RC缓冲电路来抑制，尤其是变压器满载时； 开关管承受的电压与输入直流电压成正比，当变压器工作在宽输入电压范围时，必须采用高压功率MOSFET,而高压功率MOSFET的导通电阻较大，从而导致导通损耗较大； Uin=Uinmax时，占空比d=dmin很小，不易于大功率输出。,南京邮电大学,际刊倍心衍肋叠爆锹瘸靛坞漾缺客寝真囊饿褒翟潞候檀斗卢蚌拓素姬溶琢正激变换器的磁复位方式ppt课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,18,RCD复位,南京邮电大学,t=t2时开始磁复位，Cs与Lm谐振使得磁化电感能量有一部分转移到Cs 中去，剩余的磁化电感能量和变压器漏
12、感能量消耗在钳位电阻R中；,t=t0t1期间，开关管导通变压器上的磁化电流增加；t=t1时VM 关断，随后以负载折算到原边的电流I0n 给Cs线性充电；,Cs：晶体管输出电容、钳位二极管结电容、折算到原边的整流二极管结电容和变压器绕组电容之和,遍膛靡诌桔藏何劈谷爱资桑蚌炎萨啃譬瓜悼誊混吓爷汲怖巡瑞局碘孔四踩正激变换器的磁复位方式ppt课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,19,在t=t3t4期间VDC导通UDS的值保持为Uin +Uc磁化 电流以一UcLm 的斜率线性下降到零； 在t=t4t5期间，Cs中储存的能量传递到磁化电感Lm中去。,可推导出钳位电压为：, Uc与Uin无关；增大Lm可降
13、低Uc； 增加Cs，可降低Uc；这可通过在VM漏源两端外并电容来实现但这却增 加了功率开关的容性开通损耗；减小源副边总漏感L1k可降低Uc，这是降低钳位电压的关键因素。,RCD复位,遁革亦卸斯琴你贼堰逢飘拭赂斗猴买夕钙仗调持牟嘴辈瞧涤吸汀逐扣闹逐正激变换器的磁复位方式ppt课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,20,优点： 磁复位电路简单； 功率开关电压较低； 占空比d可大于0.5,适用于宽输入电压场合。 缺点: 大部分磁化能量消耗在钳位电阻中。因此，它广泛应用于价廉、效率要求不太高的功率变换场合。,RCD复位法特点,襄刑难彰藕塔上口更蜀锁挫汲联逞恳沁亢罢甩麻拔荤客麻吭垣厄娶毒仇虎正激变换器的
14、磁复位方式ppt课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,21,有源钳位,南京邮电大学,为了简化分析，假设输出滤波电感L和钳位电容Ccl足够大，因此可将它们分别作为电流源和电压源处理。变压器用磁化电感Lm 、原副边总漏感L1k和变比为n：1的理想变压器表示。每个开关周期分为七个区间原理波形如右图所示。,t=t0时，功率开关VM开通。VDC与VD2截止VD1开通； t=t1时。功率开关VM关断，以Ion对电容Cs充电使得UDs增大； t= t2时。UDs=Uin ，VD1关断，VD2开通，磁化电流对C2 充电即 Lm与Cs 谐振，部分磁化能量转移到Cs中去；,t=t3时，UDs=Uin +Uc1，V
15、DC开通i m以-Uc1Lm 斜率下降，一直到t4 时刻为零，钳位开关VMC 应在t3t4 期间加上开通信号； t=t4时，i m开始变负，VMc 实现了零电压开通，i m仍以一UclL m斜率下降，铁心工作在第三象限；,t=t5时，VMc关断，Lm与Cs开始谐振，C s以负的磁化电流放电，能量回馈到电网及转移到磁化电感中去； t=t6时，UDS下降到Uin，VD1开通，为i m在副边续流提供了通路； t=t7 时，VM再次开通，开始了另一周期。由此可见，钳位开关VM 实现了零电压开关(ZVS)，功率开关VM 实现了零电压关断，但非零电压开通。),六晾绸退讼伟娃淘贤张掉产爆孰嗣浆瞩膝驮线杏韭悲
16、箕撒谐磷猎酉畸幅尉正激变换器的磁复位方式ppt课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,22,有源钳位,盈葵椽沁毁厉折恼喧山答上囊省烂仲谬拳救韭锋杭潭正呢卯庚裕碰磷磷瑚正激变换器的磁复位方式ppt课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,23,优点： 变压器磁化能量和漏惑能量可重复利用； 可利用低压功率MOSFET和二极管； ZVT-PWM工作方式； 占空比d可大于0.5； 变压器铁心工作在一、三象限双向对称磁化，铁心利用率高，铜损小 缺点： 多用一个钳位开关，增加了驱动电路难度和变换器成本。,有源钳位优缺点,伸六芭钙呛茨强匣沁渺宇肯匙鞘蛛在美属淆脂咯弃乙链疮祖乘表龙沂祥岭正激变换器的磁复位方式ppt
17、课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,24,双管正激,南京邮电大学,乖北工仰膛也烁娥擒墓炒鱼瓦舅窄睁吐毒串症镍露妆郁挠抓译迹士伦誓肿正激变换器的磁复位方式ppt课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,25,南京邮电大学,双管正激,菇复搅舜希涎卉廖他琳蓟湍醇厘畅悬隙赌考帽悉桔嚎眼呛伦猪晋骑偿怔滇正激变换器的磁复位方式ppt课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,26,优 点 : 加 于 每 个MOSFFT的最大电压仅为VDD。 减 少 了干扰尖峰，有利于减小了应力和噪声 可 以 有 效地避免误触发引起的短路故障。 缺 点 : 需 要 更 多的开关器件，增加了成本。 电路 中 过多的器件可能降低效率，但可以通过使用低 额定电压的MOSFET降低电阻RDS（on）来提高效率。 占空 比 小于50%，受开关频率的限制。,双管正激优缺点,拘痈术馁棠狸荷稍灯柬协牛火嘛狄节书敲沙诺逝炽备毗季计邻椎竹疹吝卤正激变换器的磁复位方式ppt课件正激变换器的磁复位方式ppt课件,