帶隔離變壓器的直流變換器ppt課件

1 隔離DC DC變換電路 DC AC DC 特點(diǎn) 輸入輸出隔離 可以多路輸出 可以升降壓 遠(yuǎn)大于1或遠(yuǎn)小于1 分類 單管正激 反激雙管推挽 半橋四管全橋 按輸出來分單端 正激 反激雙端 推挽 半橋 全橋 2 單端反激式變換器 Flyback 1 電路構(gòu)成 T Q D C QON時(shí) D截止 電感儲(chǔ)能 QOFF時(shí) D導(dǎo)通 電感釋能 2 工作過程 能量不能突變 磁通不能突變電感電流不能突變 3 單端反激式變換器 QON時(shí) 同名端為 D截止電感變壓器作電感運(yùn)行電感儲(chǔ)能 輸出負(fù)載由電容提供能量 若電感L1是線性的 則 4 單端反激式變換器 QOFF時(shí) 同名端為 D導(dǎo)通 電感儲(chǔ)存能量向電容和負(fù)載提供 若電感L2是線性的 則 5 磁通 垂直于某一面積所通過的磁力線總數(shù) 磁物理量 定義 磁場強(qiáng)度H 描述磁場的力的性質(zhì)的物理量 完全只是反映磁場來源的屬性 與磁介質(zhì)沒有關(guān)系 磁感應(yīng)強(qiáng)度B 是描述磁場的力的性質(zhì)的物理量 反映磁場來源的屬性 與磁介質(zhì)的屬性 磁導(dǎo)率 表征磁介質(zhì)磁性的物理量 關(guān)系式 在變壓器中 而 6 單端反激式變換器狀態(tài)分析 在穩(wěn)態(tài)時(shí) 轉(zhuǎn)換瞬間磁通連續(xù) 此外 電感與匝數(shù)的平方成正比 代入前式 7 單端反激式變換器的同名端變化 對于反激式變換器 在一個(gè)周期內(nèi) 可以自動(dòng)完成磁復(fù)位 如果將反激式變換器的變壓器同名端改為相同端 則不能完成磁復(fù)位 8 變壓器的磁復(fù)位 在晶體管導(dǎo)通時(shí) 輸入電流包含負(fù)載電流折射分量i2 和磁化電流分量im 磁化電流im將能量儲(chǔ)存在變壓器磁芯中 問題 當(dāng)晶體管關(guān)斷時(shí) 沒有磁場泄放回路 會(huì)造成過大的電壓應(yīng)力 并且導(dǎo)致鐵心飽和 危害功率器件 解決方法 變壓器額外加上復(fù)位繞組N3和二極管 2 9 正激式變換器的電路變化 BUCK變換器 帶變壓器隔離BUCK變換器 帶磁復(fù)位正激式變換器 輸入輸出間無法隔離 變壓器無法實(shí)現(xiàn)磁復(fù)位 10 正激式變換器 1 電路構(gòu)成 T Q LC D1 D2 D3 11 正激式變換器 QON時(shí) D1導(dǎo)通 傳遞能量 QOFF時(shí) D1截止 磁復(fù)位 D3續(xù)流 實(shí)際上和降壓變壓器工作方式類似 變壓器次級(jí) 輸出端 2 工作過程 輸入輸出關(guān)系 式中 變比n N1 N2 12 13 特點(diǎn) 變壓器雙向磁化 利用率高 輸出交流脈沖常用電路有 推挽 半橋 橋式適合DC AC DC DC 中大功率應(yīng)用 交流電機(jī)調(diào)速 UPS DC DC電源等 多晶體管功率變換器 14 電路結(jié)構(gòu) 原邊 兩橋臂 C1Q1 C2Q2C1C2是兩個(gè)大容量電容 半橋電路 副邊 N2N3匝數(shù)相等全波整流電路 兩橋臂 D1 D2 用LC濾波電路輸出 假設(shè) 由于C1 C2容量較大 可近似認(rèn)為電容中點(diǎn)電位為Ui 2 15 工作模態(tài)1 Q1導(dǎo)通時(shí) ton 原邊 C1放電 C2充電u1 Ui 2 uQ2 Ui副邊 D1導(dǎo)通 電感儲(chǔ)能 電容充電u2 nUi 2 uD2 nUi 16 工作模態(tài)2 Q1關(guān)斷 Q2未導(dǎo)通時(shí) tof 原邊 沒有電流uQ1 uQ2 Ui 2副邊 D1D2同時(shí)導(dǎo)通 各自承擔(dān)電感電流的一半 電感釋能 17 工作模態(tài)3 Q2導(dǎo)通時(shí) ton 原邊 C2放電 C1充電u1 Ui 2 uQ1 Ui副邊 D2導(dǎo)通 電感儲(chǔ)能 電容充電u3 nUi 2 uD1 nUi 18 Q2關(guān)斷 Q1未導(dǎo)通時(shí) tof 原邊 沒有電流uQ1 uQ2 Ui 2副邊 D1D2同時(shí)導(dǎo)通 電感釋能 工作模態(tài)4 19 當(dāng)電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí) 副邊回路應(yīng)滿足 即 整理得 數(shù)量關(guān)系 結(jié)論 通過調(diào)節(jié)占空度 可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小 20 半橋電路工作狀態(tài)小結(jié) 原邊 Q1 Q2交替導(dǎo)通 在u1側(cè)得到幅值為Ui 2的交流電壓C1 C2充放電時(shí)間各為T 2副邊是一個(gè)全波電路 用LC濾波電路輸出D1 D2輪流工作 當(dāng)Q1和Q2都關(guān)斷時(shí) D1D2各自承擔(dān)電感電流的一半晶體管承受的最高電壓為Ui 二極管承受的最高電壓為nUiQ1Q2各自的ton不能超過周期的50 21 變壓器不存在直流磁化問題 半橋電路工作狀態(tài)小結(jié) 若Q1 Q2導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間對稱 若Q1 Q2導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間不對稱C1 C2的隔直作用 能自動(dòng)平衡不對稱直流分量 22 推挽功率電路 電路結(jié)構(gòu) 原邊 具有中間抽頭的變壓器 副邊 全波整流電路 兩橋臂 D1 D2 用LC濾波電路輸出 23 工作模態(tài)1 Q1導(dǎo)通時(shí) ton 原邊 u1 Ui uQ2 2Ui副邊 D1導(dǎo)通 電感儲(chǔ)能u2 nUi uD2 2nUi 24 工作模態(tài)2 Q1關(guān)斷 Q2未導(dǎo)通時(shí) tof 原邊 沒有電流uQ1 uQ2 Ui副邊 D1D2同時(shí)導(dǎo)通 電感釋能 25 Q2導(dǎo)通時(shí) ton 原邊 u1 Ui uQ2 2Ui副邊 D2導(dǎo)通 電感儲(chǔ)能u2 nUi uD1 2nUi 工作模態(tài)3 26 工作模態(tài)4 Q2關(guān)斷 Q1未導(dǎo)通時(shí) tof 原邊 沒有電流uQ1 uQ2 Ui副邊 D1D2同時(shí)導(dǎo)通 電感釋能 27 當(dāng)電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí) 副邊回路應(yīng)滿足 即 整理得 數(shù)量關(guān)系 結(jié)論 通過調(diào)節(jié)占空度 可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小 28 原邊 Q1 Q2交替導(dǎo)通 在u1側(cè)得到幅值為Ui的交流電壓副邊是一個(gè)全波電路 用LC濾波電路輸出D1 D2輪流工作 當(dāng)Q1和Q2都關(guān)斷時(shí) D1D2各自承擔(dān)電感電流的一半晶體管承受的最高電壓為2Ui 二極管承受的最高電壓為2nUiQ1Q2各自的ton不能超過周期的50 推挽電路工作小結(jié) 29 在理想情況下 元器件和導(dǎo)通時(shí)間是完全對稱的 那么變壓器中正負(fù)電流也是完全對稱的 變壓器沒有直流磁化問題 在實(shí)際情況中 導(dǎo)通時(shí)間和元器件不可能完全對稱 那么變壓器中的正負(fù)電流也不可能完全對稱 因此會(huì)存在直流分量 造成磁路飽和 解決辦法 可以在原邊回路中串聯(lián)一個(gè)電容 以阻斷直流電流 推挽電路工作小結(jié) 30 推挽電路對變壓器的要求 2 原邊除了與副邊良好耦合外 N1與N1 之間也必須緊耦合 否則因存在漏感 就會(huì)產(chǎn)生很高的尖峰電壓 使晶體管損壞 3 實(shí)際中N1與N1 不可能完全耦合 總有一些漏感 在轉(zhuǎn)換時(shí)引起電壓尖峰 實(shí)際選取晶體管的U BR ces比Uce 2Ui決定值要大 因此推挽電路一般適用于低輸入電壓場合 1 推挽電路必須良好的對稱 如果正負(fù)脈沖寬度或幅值稍有不對稱 或初級(jí)線圈不對稱 就會(huì)產(chǎn)生直流磁化分流 偏磁而導(dǎo)致鐵心飽和 31 電路結(jié)構(gòu) 原邊 變壓器接在兩個(gè)橋臂的中點(diǎn) 副邊 單相橋式電路 用LC濾波電路輸出 全橋功率電路 Q1 Q4一組 Q2 Q3一組交替導(dǎo)通 兩個(gè)橋臂晶體管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相差180 工作原理 32 工作模態(tài)1 Q1 4導(dǎo)通時(shí) ton 原邊 u1 Ui uQ2 3 Ui副邊 D1 4導(dǎo)通 電感儲(chǔ)能u2 nUi uD2 3 nUi 33 工作模態(tài)2 Q1 2 3 4都關(guān)斷時(shí) tof 原邊 沒有電流副邊 D1 2 3 4導(dǎo)通 電感釋能u2 0 iD1 2 3 4 iL 2 34 工作模態(tài)3 Q2 3導(dǎo)通時(shí) ton 原邊 u1 Ui uQ1 4 Ui副邊 D2 3導(dǎo)通 電感儲(chǔ)能u2 nUi uD1 4 nUi 35 工作模態(tài)4 Q1 2 3 4都關(guān)斷時(shí) tof 原邊 沒有電流副邊 D1 2 3 4導(dǎo)通 電感釋能u2 0 iD1 2 3 4 iL 2 36 數(shù)量關(guān)系 當(dāng)電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí) 副邊回路應(yīng)滿足 整理得 結(jié)論 通過調(diào)節(jié)占空度 可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小 37 全橋功率電路工作小結(jié) 原邊 Q1 Q2交替導(dǎo)通 在u1側(cè)得到幅值為Ui的交流電壓副邊是一個(gè)全波電路 用LC濾波電路輸出D1 D2輪流工作 當(dāng)Q1和Q2都關(guān)斷時(shí) D1D2各自承擔(dān)電感電流的一半晶體管承受的最高電壓為Ui 二極管承受的最高電壓為nUiQ1Q2各自的ton不能超過周期的50 38 在理想情況下 元器件和導(dǎo)通時(shí)間是完全對稱的 那么變壓器中正負(fù)電流也是完全對稱的 變壓器沒有直流磁化問題 在實(shí)際情況中 導(dǎo)通時(shí)間和元器件不可能完全對稱 那么變壓器中的正負(fù)電流也不可能完全對稱 因此會(huì)存在直流分量 造成磁路飽和 解決辦法 可以在原邊回路中串聯(lián)一個(gè)電容 以阻