开关电源拓扑结构分析课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,按一下以編輯母片標題樣式,*,开关电源拓朴结构分析,FAE NAME：CARY.CHEN,SZ2,电源的分类,什么是,Power Supply,?,Power Supply,负载,Vin,Iin,Power Supply,是一种提供电力能源的设备，它可以将一种电力能源形式,转换,成另外一种电力能源形式，并能对其进行,控制和调节,。,上级电能形式,Vo,Io,f,phase,f,phase,根据转换的形式分类:,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:,传统反馈控制,，矢量控制，数位控制,2,开关电源的元件构成,开关电源的基本元件：,有源开关,(Switch),二极管,(Diode),电感,(Inductor),电容器,(Capacitor),变压器,(Transformer),3,三种基本的非隔离开关电源,Vin,Vo,L,Io,S,D,Vin,Vo,D,L,Io,S1,D,S2,Vin,Vo,D,L,Io,S,Vo=Vin*D/(1-D),Vo=Vin*D,Vo=Vin/,(1-D),VoVin,Boost,升压型电路,VoVin,当,DVin,当,D0.5,buck,boost,升降压型电路,4,三种基本的隔离开关电源,Vin,Vo,S,Lm,D,Vin,Vo,L,S,D1,D2,Vin,Vo,L,S1,D1,D2,S2,正激型变换器,反激型变换器,桥式变换器,5,反激变换器（,Flyback）,工作原理（电流连续模式）,根据变压器的伏秒平衡：,Io,Vin,Vo,G,D,S,Lm,D,n:1,Co,Vgs,I,D,Vds,D,1-D,T,I,p,Io,Vin,Vin+nVo,I,m,V,L,Vin,-nVo,I,D-p,6,反激变换器（,Flyback）,工作原理（电流断续模式）,根据变压器的伏秒平衡：,Io,Vin,Vo,G,D,S,Lm,D,n:1,Co,Vgs,I,D,Vds,D,1-D,T,Io,Vin,Vin+nVo,Im,V,L,Vin,-nVo,I,D-p,-nVo,根据能量守恒：,7,反激变换器（,Flyback）,工作原理（1）,Vgs,I,D,Vds,D,1-D,T,I,p,Io,Vin,Vin+nVo,I,m,Vr,V,L,Vin,-nVo,I,D-p,Vr,=,？,Io,Vin,Vo,G,D,S,Lm,D,n:1,Lk,Co,8,反激变换器（,Flyback）,工作原理（2）,Vc,Io,Vin,Vo,G,D,S,Lm,D,n:1,Lk,Co,Vc,R,Ploss=(Vc-Vin),2,/R,G,D,S,Lk,Vc,R,Ploss=(Vc),2,/R,9,反激变换器（,Flyback）,工作原理（3）,Vo,=,？,Io,Vin,Vo,G,D,S,Lm,D,n:1,Lk,Co,Vgs,I,D,Vds,D,1-D,T,I,p,Io,Vin,Vin+nVo,I,m,Vr,I,Co,I,D-p,-Io,Vo,根据,Co,在,DT,时间的基本方程：,10,反激变换器（,Flyback）,工作原理（4）,多路输出的反激变换器：,减小交叉调整率的措施：,尽量减少两个绕组之间的漏感。,在辅助输出一路中加入尖峰抑制器（饱和电感）,主路输出工作于电流连续模式。,采用双路加权反馈的控制方式,Vin,Vo1,G,Lm,Np,Lk,Vo2,Ns2,Ns1,反馈控制,11,反激变换器（,Flyback）,特征总结,缺点：,输出纹波电流大。,输出控制特性非线性。,通常需要辅助的吸收回路。,转换效率较低。,Vin,Vo1,G,Lm,Np,Lk,Vo2,Ns2,Ns1,反馈控制,优点：,电路简单。,输入电压范围广。,容易实现多路输出。,12,谐振复位正激变换器（,Resonant Reset Forward)（1）,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,D,S,Vgs,I,L,Vds,D,1-D,T,Ip,V,L,Io,Vin/n-Vo,-Vo,Im,Vin,I,L,I,L,Lm,Lk,Cr,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t0,t1,t5,13,谐振复位正激变换器（,Resonant Reset Forward)（2）,Io,n:1,Vin,Vo,L,G,D,S,Vgs,I,L,Vds,D,1-D,T,Ip,V,L,Io,Vin/n-Vo,-Vo,Im,Vin,I,L,I,L,Lm,Lk,Cr,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t1,t2,t5,14,谐振复位正激变换器（,Resonant Reset Forward)（3）,Io,n:1,Vin,Vo,L,G,D,S,Vgs,I,L,Vds,D,1-D,T,Ip,V,L,Io,Vin/n-Vo,-Vo,Im,Vin,I,L,I,L,Lm,Lk,Cr,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t2,t3,t5,15,谐振复位正激变换器（,Resonant Reset Forward)（4）,Io,n:1,Vin,Vo,L,G,D,S,Vgs,I,L,Vds,D,1-D,T,Ip,V,L,Io,Vin/n-Vo,-Vo,Im,Vin,I,L,I,L,Lm,Lk,Cr,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t3,t4,t5,Lm,Cr,的选取原则：,16,谐振复位正激变换器（,Resonant Reset Forward)（5）,Io,n:1,Vin,Vo,L,G,D,S,Vgs,I,L,Vds,D,1-D,T,Ip,V,L,Io,Vin/n-Vo,-Vo,Im,Vin,I,L,I,L,Lm,Lk,Cr,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t4,t5,t5,(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T,根据电感的伏秒平衡：,Vo=VinD/n,17,谐振复位正激变换器（,Resonant Reset Forward),特征,Vin,Vo,Cr,缺点：,原边开管电压应力较高。,谐振电容的损耗大。,宽范围输入效率很难兼顾。,优点：,电路简单。,线性输出控制特性。,不需要辅助的吸收回路。,Vin,Vo,Cr,Vin,Vo,Cr,18,有源钳位正激变换器（,Active Clamped Forward)（1）,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,D,S,Sa,I,L,Vds,D,T,Ip,V,T,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,I,L,I,L,Lm,Lk,Cr,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t0,t1,t5,S1,S1,Sa,1-D,+,V,T,-,19,有源钳位正激变换器（,Active Clamped Forward)（2）,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,D,S,Sa,I,L,Vds,D,Ip,V,T,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,I,L,I,L,Lm,Lk,-,Vc,+,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t1,t2,t5,S1,S1,Sa,1-D,+,V,T,-,*副边电压的死区跟,Lk,和,Io,有关，跟原边开管的死区无关,20,有源钳位正激变换器（,Active Clamped Forward)（3）,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,D,S,Sa,I,L,Vds,D,Ip,V,T,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,I,L,I,L,Lm,Lk,-,Vc,+,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t2,t3,t5,S1,S1,Sa,1-D,+,V,T,-,Sa,在零电压条件下开通,*原边开管的死区时间需满足：,21,有源钳位正激变换器（,Active Clamped Forward)（4）,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,D,S,Sa,I,L,Vds,D,Ip,V,T,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,I,L,I,L,Lm,Lk,-,Vc,+,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t3,t4,t5,S1,S1,Sa,1-D,+,V,T,-,激磁电流反向，变压器被复位,22,有源钳位正激变换器（,Active Clamped Forward)（5）,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,D,S,Sa,I,L,Vds,D,Ip,V,T,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,I,L,I,L,Lm,Lk,-,Vc,+,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t4,t5,t5,S1,S1,Sa,1-D,+,V,T,-,激磁电流对主开关的输出电容放电。,t6=t,0,23,有源钳位正激变换器（,Active Clamped Forward)（6）,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,D,S,Sa,I,L,Vds,D,Ip,V,T,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,I,L,I,L,Lm,Lk,-,Vc,+,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t4,t5,t5,S1,S1,Sa,1-D,+,V,T,-,激磁电流对主开关的输出电容放电。,t6=t,0,24,有源钳位正激变换器（,Active Clamped Forward)（7）,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,D,S,Sa,I,L,Vds,D,Ip,V,T,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,I,L,I,L,Lm,Lk,-,Vc,+,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t5,t6,t5,S1,S1,Sa,1-D,+,V,T,-,t5,时刻副边二极管钳位主开关的输出电容放电结束。,t6,时刻新的周期开始,t6=t,0,25,有源钳位正激变换器（,Active Clamped Forward)（8）,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,D,S,Sa,I,L,Vds,D,Ip,V,T,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,I,L,I,L,Lm,Lk,-,Vc,+,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t5,S1,S1,Sa,1-D,+,V,T,-,t6=t,0,(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T,根据电感的伏秒平衡：,Vo=VinD/n,VinDT=Vc(1-D)T,根据变压器的伏秒平衡：,Vc=VinD/(1-D),Vds=Vc+Vin,Vds=Vin/(1-D),26,有源钳位正激变换器（,Active Clamped Forward)（9）,Vc=VinD/(1-D),Vds=Vin/(1-D),Vin,27,有源钳位正激变换器（,Active Clamped Forward)（10）,Vin,Vo,Vin,Vo,Vin,Vo,Sa,Sa,Sa,缺点：,钳位电压建立较慢，启动过程变压器易偏磁。,对输入电压的动态响应慢。,优点：,变压器最优化复位（电压应力低）,。,输入电压范围宽。,线性输出控制特性。,不需要辅助的吸收回路。,28,桥式变换器（,Bridge Type Converter),Vin,Vo,L,S1,D1,D2,S2,半桥变换器,Vin,Vo,L,S1,D1,D2,S2,全桥变换器,Vin,Vo,L,S1,D1,D2,S2,推挽变换器,Vin,Vo,S1,D2,S2,半桥变换器（倍流整流）,29,桥式变换器（,Bridge Type Converter)（1）,Vin,Vo,Lo,S1,D1,D2,S2,n:1+1,Lm,Lk,Ip,Io,C,B,V,T,S1,I,L,Vds1,D,Ip,V,T,Io,Vin/2n,-Vin/2n,Im,Vin,I,L,t0,t1,t2,t3,t4,t5,S2,D,t6=t,0,T/2,T/2,Vc,t0,t1,变换器正半周工作，,Ip,Im,增加；,Vc,减少。,C1,C1,30,桥式变换器（,B