电源拓扑结构介绍----正激和反激.ppt

正激式变换器 （Forward Converter）的介绍 Buck、Boost和Buck/Boost 变换器都是不隔离 的直流变换器不隔离就是指输入和输出共地） 具有隔离的直流变换器也可按单管、两管和四管 分类单管隔离直流变换器有正激（forward)和反 激（flyback)两种 隔离式直流变换器都用变压器实现电气隔离 为了减小损耗和改善电力电子器件的工作条件，变 压器各绕组应紧密耦合，尽量减小漏磁 磁复位的引入： 正激直流变换器变压器铁芯的磁复位有多种方 法，在输入端接复位绕组是最基本的方法，其次还 有RCD复位，LCD复位和有源箝位等磁复位方法下 面介绍具有复位绕组的正激变换器 Date1 变换器的介绍： Transformer introduction 变压器：原边（原级）primary side 和 副边（次级）secondary side 原边电感（励磁电感）--magnetizing inductance 漏感---leakage inductance 副边开路或者短路测量原边电感分别得励磁电感和漏感 变压器的作用：变压器的作用：1. 1. 电气隔离；电气隔离； 2. 2. 变比不同，达到电压升降；变比不同，达到电压升降； 3. 3. 磁耦合传送能量；磁耦合传送能量； 4. 4. 测量电压、电流。

测量电压、电流 Date2 原边（Primary side) 副边（secondary side) 磁复位绕组 (demagnetizing winding) W1 W2 W3 1. 复位绕组的正激变换器的结构 Forward converter with reset winding Forward 变换器实际上是降压式变换器中插入隔 离变压器而成变压器中有三个绕组，原边绕组W1， 副边绕组W2，复位绕组W3,图中绕组符号标有“*”号 的一端，表示变压器各绕组的同名端，也就是该绕组 的始端D3是复位绕组W3的串联二极管下图a、b、c 给出了变换器在不同开关模态下的等效电路图 Date4 (a) (b) (c) 正激变换器工作在不 同模态的等效电路 Date5 2. 带复位绕组的正激变换器的工作原理分析 正激变换器的主要理论波形 Date6 下面讨论电讨论电 感电电流连续时连续时 forward变换变换 器的工作原理 ： 1. 模态1 [对应于图 (a)] 在t=0时，Q1导通，Vin通过Q1 加 在原边绕组W1上，因此铁芯磁化，铁芯磁通增加： 在t=Ton时，铁芯磁通的增加量为Vin/W1*D*Ts。

那么副边绕组W2上的电压为：Vw2=W2/W1*Vin=Vin/K12 式中，K12=W1/W2是原边与副边绕组的匝比 此时，整流二极管D1 导通，续流二极管D2截止，滤波电 感电流iL1线性增加，这与buck变换器中开关管Q1导通时一样， 只是电压为Vin/K12 2. 模态2 [对应于图 (b)] 在Ton时刻，关断Q1， 原边绕组和副边绕组中没有电流流过，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那么复位 绕组上的电压为：Vw3=-Vin；原边绕组上的电压为 ：Vw1=-K13*Vin；副边绕组上的电压为：Vw2=- K23*Vin 式中，K13=W1/W3是原边与复位绕组的匝比， K23=W2/W3 是副边与复位绕组的匝比 Date8 此时，整流二极管D1 关断，滤波电感电流iL1通过续 流二极管D2续流，与buck变换器类似 在此开关模态中，加在Q上的电压VQ为： VQ=Vin+K13*Vin 电源电压Vin反向加在复位绕组W3上，故铁芯去磁，铁 芯磁通减小： W3*d/dt=-Vin 铁芯磁通的减小量为：Vin/W3*ΔD*Ts。

式中， ΔD=(Tr-Ton)/Ts，是变压器磁芯的去磁 时间Tr-Ton与Ts的比值， ΔD小于1-D Date9 励磁电流iM从原边绕组中转移到复位绕组中， 并且开始线性减小 在Tr时刻，iW3=iM=0，变压器完成磁复位 3. 模态3 [对应于图 (c)] 在Tr时刻，所有绕组中均没有电流，他们的电压 均为0，滤波电感电流继续经过续流二极管续流， 与buck变换器在开关管关断时一样此时，加在开 关管Q1的电压为Vin Date10 从前面的分析知，forward变换器实际上是一个隔离 的Buck变换器，其输入输出电压之间的关系为： 3. 基本关系式 在forward变换器中，一个比较重要的概念是：变压 器必须要复位，否则它的磁通将不断增加，最后导致磁芯 饱和而毁坏也就是说，磁通的增加量应该等于磁通的减 小量，从前面的分析可以得到： Date11 由于 ，要满足上式，必须有： 变压器的引入，不仅实现了电源侧与负载侧间的电 气隔离，还可以实现多路输出 K13的大小决定最大的占空比D，小于0.5或者大于 0.5 Date12 多路输出的正激变换器 V1和V3 为正电压 ；V2为负 电压 Date13 双管正激变换器— double Forward converter 分析 正激变换 器中最大 占空比为 多少 驱动 信号如何 同时驱动 两个MOS管 Date14 (1) MOS管导通时，电源电压加在原边绕组W1上，变 压器储存能量，磁通量增加。

在导通期间，磁通的增加量 为： 此过程中，副边绕组的电压为Vin/N（N为原边和副 边匝数比），整流二极管D3导通，给电感、电容充电和负 载供电 工作原理分析 Date15 (2) MOS管截止时，变压器原边励磁电感中的电流不 能跃变（方向不变，大小连续变化），通过二极管D1和D2 继续流通此时，变压器进行磁复位，变压器上的电压为 -Vin磁通量的减小量为： 副边绕组W2，同名端的电压为负，整流二极管D3截 止，续流二极管D4导通，电感和电容释放能量，给负载供 电 Date16 最大占空比的确定 变压器要完成磁复位，也就是增加的磁通量等于减 小的磁通量，即： 最大占空比 通常，双管正激变换器中，最大占空比为46%左右 Date17 反激式变换器 （Flyback Converter）的介绍 反激变换中变压器有两个绕组：原边绕组W1和 副边绕组W2，两绕组要紧密耦合 反激式变换器的电路图如下图所示： Date18 原边 副边 W1 W2 + - Vout 1. 反激式变换器的拓扑结构/电路图 图中绕组符号标有“***”号的一端，表示变 压器各绕组的同名端，也就是该绕组的始端。

Flyback变换器由于电路简洁，所用元器件少，适 合多路输出Date19 2. 和Boost、Buck变换器一样，Flyback变换器也 有电流连续和断续两种工作方式对Flyback变换器 来说，电流连续是指变压器两个绕组的合成安匝在一 个开关周期中不为零，而电流断续是指合成安匝在Q 截止期间有一段时间为零图中a、b、c 给出了变换 器在不同开关模态下的等效电路图 (a)Q导通 (b) Q关断 (C) Q关断，电 流断续 Date20 3. 反激变换器的工作原理分析 下面讨论讨论 flyback工作在电电流连续连续 模式下的工作原理： Date21 1. 模态1 [对应于图 (a)] 在t=0时，Q1导通，Vin通 过Q1 加在原边绕组W1上，因此，铁芯磁化，铁芯磁通 增加： W1*d/dt=Vin副边绕组W2上的感应电压为：Vw2=- W2/W1*Vin，其极性为“***”端为“+”，使二极管D1截止 ，负载电流由滤波电容Cf提供。

此时变压器副边绕组开路 ，只有原边绕组工作，相当于一个电感，其电感量为L1 在t=Ton时，铁芯磁通的增加量为Vin/W1*D*Ts Date22 2. 模态2 [对应于图 (b)] 在Ton时刻，关断Q1，原边绕组开路，副边绕 组的感应电势反向，其极性为“***”端为“负”，使 二极管D1导通，储存在变压器磁场中的能量通过D1 释放，一方面给Cf充电，另一方面向负载供电此 时变压器只有副边绕组工作，相当于一个电感，其 电感量为L2 在此过程中，变压器磁芯被去磁，其磁通也 线性减小磁通的减小量为：Vo/W2*(1-D)Ts Date23 4. 基本关系式 稳态工作时，Q1导通期间磁通增长量等于它在 截止期间磁通的减小量即： Vin/W1*D*Ts =Vo/W2*(1-D)*Ts， 则 Vo=Vin/K12*D/(1-D). 式中， K12=W1/W2是原边与副边绕组的匝比 Date24 作业作业 画出Buck、Boost、双管正激、反激变换器的拓扑结 构，并列出输入和输出电压之间的关系式。

Date25 。