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正激变换器简明设计

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. 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。. 一、优点和缺点. 正激变换器基本结构图. 直流斩波电路的工作原理. 直流斩波器及其分类. 降压斩波电路（ Buck). 纯电阻负载.

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正激变换器简明设计

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Presentation Transcript

  1. 正激变换器简明设计 主讲人：夏洪斌

  2. 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

  3. 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。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。 一、优点和缺点

  4. 正激变换器基本结构图

  5. 直流斩波电路的工作原理 直流斩波器及其分类 降压斩波电路（Buck) 纯电阻负载 ◤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 ◢ 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 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，而且能够控制其输出电流和输出功率的大小

  6. 电阻电感性负载 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。 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

  7. 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）所示。

  8. 改变导通比α，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0< α <1/2时为降压，当1/2< α <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: 升降压斩波电路和Cuk斩波电路 图 升降压斩波电路及其波形 a）电路图 b）波形

  9. 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

  10. 三绕组复位

  11. 一般选择复位绕组匝数与主绕组匝数相等D<0.5. MOS管上的电压应力接近2.6Vinmax 增加了变压器成本和复杂度 特点

  12. RCD复位

  13. 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 特点

  14. LCDD复位

  15. 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. 特点

  16. 双管正激

  17. 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 特点

  18. 有源钳位

  19. 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 特点

  20. 变压器设计 • 理想变压器模型 • 理想变压器方程

  21. 实际变压器模型---包含励磁 实际变压器方程

  22. 实际变压器模型---包含漏磁 电路方程式

  23. 设计流程 已知:输出功率Pout、开关频率Fs、效率η、 Vinmax、Vinmin. 确定占空比和匝比： N确定后检查Dmax和Dmin

  24. 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 0.2~0.5

  25. 计算初级圈数Np： • Np确定后，检查Bm • 如果Bm>Bsat 则调整设计 • 计算Ns

  26. 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

  27. 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

  28. 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

  29. 功率MOS管 • 电压应力： BVdss>Vdc(max)(1+Np/Nr) • 电流应力：

  30. 整流二极管的选择

  31. 续流二极管的选择

  32. 输出电容的选择

  33. THE END THANK YOU!

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