电源基本拓扑形式介绍课件

单端反激式单端反激式2024/7/5单端反激式说明单端反激式说明l电路工作过程如下：当M1导通时，它在变压器初级电感线圈中存储能量，与变压器次级相连的二极管VD处于反偏压状态，所以二极管VD截止，在变压器次级无电流流过，即没有能量传递给负载；当M1截止时，变压器次级电感线圈中的电压极性反转，使VD导通，给输出电容C充电，同时负载R上也有电流I流过。2024/7/5单端反激式电路原理单端反激式电路原理l其变压器起隔离和传递储存能量的作用，即在开关管开通时原边储存能量，开关管关断时原边向副边释放能量。在输出端要加由电感器和两电容组成一个低通滤波器，变压器初级需有C、R和D组成的RCD漏感尖峰吸收电路。输出回路需有一个整流二极管D1。l由于其变压器使用有气隙的磁芯，故其铜损较大，变压器温相对较高；l其输出的纹波电压比较大。l但其优点就是电路结构简单，适用于200W以下的电源且多路输出交调特性相对较好。2024/7/5单端反激式工作原理单端反激式工作原理2024/7/5单端反激式工作原理单端反激式工作原理2024/7/5反激式变压器特别提示反激式变压器特别提示 变压器T1除了具有初次极间安全隔离的作用外，还有变压器扼流圈的作用，所以反激式输出次级不需要加电感，但在实际中在滤波电容之外加一小电感，用以降低开关噪声。2024/7/5MOS管参数管参数/反激开关电源特点反激开关电源特点l耐压得选择：Vdss=1.5Vin（max）l电流的选择：Id=2Pout/Vinminl还有几个重要的参数：Rdss、Ciss、Coss等；l元器件少、成本低、结构简单；l功率小（一般150W以内）、纹波大；l开关承受的电流峰值大，不适合大功率的开关电源。2024/7/5双管反激变换器双管反激变换器2024/7/5双管反激电路原理双管反激电路原理l其变压器T1起隔离和传递储存能量的作用，即在开关管Q1、Q2开通时Np储存能量，开关管Q1、Q2关断时Np向Ns释放能量，同时Np的漏感将通过D2、D3返回给输入，可省去RCD漏感尖峰吸收电路。l在输出端要加由电感器Lo和两Co电容组成一个低通滤波器。输出回路需有一个整流二极管D1（最好使用恢复时间快的整流管）。2024/7/5双管反激工作特点双管反激工作特点l在任何工作条件下，为使两个调整管所承受的电压不会超过Vs+Vd(Vs：输入电压；Vd:D2、D3的正向压降，)，D2、D3必须是快恢复管（当然用超快恢复管更好）。l在反激开始时，储存在原边Np的漏电感的能量会经D2、D3反馈回输入，系统能量损失会小，效率高。l在与单端反激变换器相比，无需RCD吸收电路；功率器件可选择较低的耐压值；功率等级也会很大。2024/7/5双管反激工作特点双管反激工作特点l在轻载时，如果在“开通”周期储存在变压器的原边绕组显得过多的能量，那么在“关断”周期会将过多的能量能量反馈到输入。l两个调整管工作状态一致，我没有调试过这样电路，根据调试过的半桥和双管正激的电路经验，下管的波形会优于上管的波形，在调试过程中只要观察下管波形即可（具体可到“调试经验”中详见）。我个人建议在大功率等级电源中不可选用此种电路。2024/7/5（二）单端正激式（二）单端正激式l这里的L不能缺少：2024/7/5单端正激式工作原理单端正激式工作原理l单端正激式开关电源的典型电路如图四所示。这种电路在形式上与单端反激式电路相似，但工作情形不同。当开关管VT1导通时，VD2也导通，这时电网向负载传送能量，滤波电感储存能量；当开关管VT1截止时，电感通过续流二极管VD3 继续向负载释放能量。l在电路中还设有钳位线圈与二极管VD2，它可以将开关管VT1的最高电压限制在两倍电源电压之间。为满足磁芯复位条件，即磁通建立和复位时间应相等，所以电路中脉冲的占空比不能大于。由于这种电路在开关管VT1导通时，通过变压器向负载传送能量，所以输出功率范围大，可输出50200 的功率。电路使用的变压器结构复杂，体积也较大，正因为这个原因，这种电路的实际应用较少。2024/7/5单端正激式电路原理单端正激式电路原理 l其变压器起隔离和变压的作用，在输出端要加一个电感器（续流电感）起能量的储存及传递作用，变压器初级需有复位绕组。在实际使用中，此绕组一般用RCD吸收电路取代，如果芯片的辅助电源用反激供给则也可削去调整管的部分峰值电压（相当一部份复位绕组）。l输出回路需有一个整流二极管D1和一个续流二极管D2。由于其变压器使用无气隙的磁芯，故其铜损较小，变压器温升较低。并且其输出的纹波电压较小。2024/7/5单端正激式两个重要公式单端正激式两个重要公式l开关管的峰值电流：Ip=2.8Pout/Vinminl开关管承受的峰值电压：Vsw=2Vin2024/7/5单端正激式工作原理单端正激式工作原理2024/7/5单端正激式工作原理单端正激式工作原理2024/7/5单端正激式波形单端正激式波形2024/7/5单端正激式工作原理单端正激式工作原理5l复位绕组说明：开关闭合时，W3和D3使励磁为零，W3电流下降到零的时间trst；开关关断时，其时间必须大于trst，以保证下次开关（励磁为零），变压器得到可靠的复位；trst=（N3/N1）Ton 此时输入与输出电压比为：Uo/Ui=（N2/N1）Ton/T=（N2/N1）Dmax 此时开关管承受的电压为：Us=（1+N1/N3）Ui 此时开关管承受的峰值电流为：Ip=6.2Pout/Vin2024/7/5推挽拓扑基本电路基本电路2024/7/5大家认为这是不是推挽电路大家认为这是不是推挽电路?2024/7/5推挽电路工作原理推挽电路工作原理l其变压器T1起隔离和传递能量的作用。在开关管Q1开通时，变压器T1的Np1绕组工作并耦合到付边Ns1绕组，开关管Q关断时Np向Ns释放能量；反之亦然。在输出端由续流电感器Lo和D1、D2付边整流电路。开关管两端应加一RC组成的开关管关断时所产生的尖峰吸收电路2024/7/5推挽电路工作特点推挽电路工作特点l在任何工作条件下，调整管都承受的两倍的输入电压。所以此电路多用于大功率等级的DC/DC电源中，这样才有利于选材料。l此电路与半桥式变换器一样，也存在一定的磁偏问题2024/7/5推挽工作方式重要公式l开关管的峰值电流：Ip=Pout/DmaxVinmin2024/7/5推挽式工作（模式推挽式工作（模式1）2024/7/5推挽式工作（模式推挽式工作（模式2）2024/7/5推挽式工作（模式推挽式工作（模式3）2024/7/5推挽式工作（模式推挽式工作（模式4）2024/7/5推挽式工作原理说明推挽式工作原理说明 在一个周期内有4个开关状态，其中2和4是完全相同的，这两个S1和S2是交替导通的，会在W1和W1上形成相位相反的交流电压；1）S1通，D1通，L电流上升；2）S2通，D2通，L电流上升；3）S1和S2都断，D1和D2都通，各分担一半的电流，L电流下降，S1和S2承受的关断电压为2Ui；2024/7/5推挽式工作原理波形图推挽式工作原理波形图2024/7/5推挽式工作原理波形图说明推挽式工作原理波形图说明1）t0-t1：S1通，D1通，电流通过W2-D1-L1-R1，电感电流上升；2）t1-t2：所有开关断开，W1电流为零，电感经过D1、D2续流，各占电感电流的一半，电感L上的电流逐渐下降；3）t2-t3：S2通，D2通，电流通过W2-D2-L1-R1，电感电流上升；4）t3-t4：过程与2）相同。推挽式电源特征：推挽式电源特征：lMOS管要承受两倍的峰值电压；l变压器要存在磁饱和的问题；2024/7/5半桥式半桥式2024/7/5半桥式工作原理示意图半桥式工作原理示意图2024/7/5半桥式工作原理示意图半桥式工作原理示意图2024/7/5半桥式工作原理示意图半桥式工作原理示意图2024/7/5半桥式工作原理示意图半桥式工作原理示意图2024/7/5半桥式工作原理说明半桥式工作原理说明l工作原理：变压器的一次侧两端分别接电容C1、C2、和S1、S2相连，C1和C2的电压分别为Ui/2；S1和S2交替导通，使变压器一次侧形成幅值为Ui/2的交替电压，改变占空比Dmax，可以改变二次整流电压Ud的平均值，从而改变输出电压Uo，S1和S2断开承受的电压为Ui。2024/7/5半桥式工作原理波形半桥式工作原理波形2024/7/5半桥式电源的特征半桥式电源的特征l由于电容C的隔直，这样开关不对称导通时间造成原边电压的直流分量有制动平衡的作用，因此电路不易发生变压器偏磁变压器偏磁和直流饱和直流饱和问题；l为造成开关管同时导通损坏开关管，占空比Dmax应小于50%；l此拓扑形式变压器利用率高，没有偏磁；l此拓扑可以做到上百瓦数千瓦的电源；l但此电路为得到相同的功率，则开关管需流过2倍的电流。2024/7/5半桥式两个重要公式半桥式两个重要公式l原边峰值电流：Ip=3.13Pout/Vinmin l 原边电流的有效值；Irms=2.79Pout/Vinmin2024/7/5全桥式全桥式2024/7/5全桥式电路两个重要公式全桥式电路两个重要公式l原边峰值电流：Ip=1.56Pout/Vinmin l原边电流的有效值：Irms=1.4Pout/Vinmin2024/7/5几种常用的电路形式几种常用的电路形式电路 功率 复杂程度1、RCC 1-40W 低；2、反激 1-100W 低；3、正激 1-200W 中；4、推挽 200-500W 中；5、半桥 200-500W 高；6、全桥 500-2000W 很高。2024/7/5各种不同的间接直流变流电路的比较各种不同的间接直流变流电路的比较电路优点优点缺点缺点功率范围功率范围应用领域应用领域正激正激电路较简单，成本低，可靠性高，驱动电路简单变压器单向激磁，利用率低几百W几kW各种中、小功率电源反激反激电路非常简单，成本很低，可靠性高，驱动电路简单难以达到较大的功率，变压器单向激磁，利用率低几W几十W小功率电子设备、计算机设备、消费电子设备电源。全桥全桥变压器双向励磁，容易达到大功率结构复杂，成本高，有直通问题，可靠性低，需要复杂的多组隔离驱动电路几百W几百kW大功率工业用电源、焊接电源、电解电源等半桥半桥变压器双向励磁，没有变压器偏磁问题，开关较少，成本低有直通问题，可靠性低，需要复杂的隔离驱动电路几百W几kW各种工业用电源，计算机电源等推挽推挽变压器双向励磁，变压器一次侧电流回路中只有一个开关，通态损耗较小，驱动简单有偏磁问题几百W几kW低输入电压的电源2024/7/5课后作业：课后作业：请学员在下次请学员在下次上课时，找一款全上课时，找一款全桥式电路原理图。桥式电路原理图。2024/7/5