VT导通时，VD截止 VT截止时，VD导通
电感储能型变换器
21
隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
工作原理
i1 i2
VT截止时，VD导通
VT导通时，VD截止
流过N1的电流 流过N2的电流 i2 I 2 P
i1
Ui t L1
UO t L2
导通终了时，i1的幅值 U I1P i ton L1
WL 1 Pi L1 I12P T 2T
输出功率为
PO
2 UO
RL
结论： （1）Uo与负载RL有关， RL ↑ → Uo ↑ （2） Uo与导通时间成正比 （3）与电感量L1成反比
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隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
• 开关管承受电压
VT截止时，N1上的感应电势
U N1 N1 UO N2
IVD max IVD1max I O U i nU O D 2nfL
• （2）VD1承受最大电压出现在VT导通时
UVD max U N 2 Ui / n
• （3）VD承受最大电压出现在VT截止时
UVD max Ui / n
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隔离型Buck变换器——单端正激变换器
多路输出的正激变换器原理图
45
半桥变换器
工作原理
t0~t1: uG1=1，VT1 导通，UNP =(1/2)Ui ； iVD5 ↑，iVD6↓－>VD5导通，VD6关断
t1~t2: uG1=uG2=0，VT1、VT2关断，UNP =0； uVT1=uVT2=(1/2)Ui ； t2~t3: uG2=1， VT2 导通，UNP =-(1/2)Ui ； VD5、VD6均导通为L提供续流回路 iVD6 ↑，iVD5↓－>VD6导通，VD5关断
• 变压器磁通不连续状态
VT截止时间toff比绕组N2中电流i2衰减到零所需的时间更长 即 toff>(L2/UO)I2P
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隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
• 输入输出电压关系
VT导通期间，变压器T储能
WL
1 L1 I12P 2
U O U i ton
即输入功率为
RL 2 L1T
电路的构成
基本Buck变换电路拓扑 Buck变换器工作波形
7
隔离型Buck变换器——单端正激变换器
电路的构成
隔离型Buck（正激 Forward）变换器
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隔离型Buck变换器——单端正激变换器
工作原理
由于磁芯的磁滞效应，当具有非零直流 平均电压的单向脉冲加到变压器初级绕 组上，线圈电压或电流回到零时，磁芯 中磁通并不回到零，这就是剩磁通。剩 磁通的累加可能导致磁芯饱和，因此需 要采用磁复位（去磁技术）
理想的变压隔离器符号
4
概述
常见的变压隔离器电路
单端变压隔离电路
主要应用于中小功率电路 优点：线路简单 缺点： （1）输入电流脉动 （2）S1关断时承受高压 （3）闭路峰值电流大
5
双端变压隔离电路
概述
常见的变压隔离器电路
半桥变压隔离电路
全桥变压隔离电路
6
隔离型Buck变换器——单端正激变换器
42
UO
2U i D 2U i ton NS n N PT
全桥变换器
全桥变换器
缓冲器的组成及作用
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半桥变换器
半桥变换器的构成
半桥式变换器的电路拓扑
1. 用2个相同的电容器代替2个晶体管 2. 降低成本，增大电路体积 3. 常用于低功率变换器
4. 初级电压峰值为全桥电路一半，电流为全桥的2倍
磁芯复位线路种类
方法一
把磁芯残存能量 自然地转移，在为了 复位所加的元件上消 耗掉，或者把残存能 量反馈到输入端或输 出端
方法二
通过外加能量的 方法强迫磁芯的磁状 态复位
采用哪种方法取决于功率P的大小和所使用的磁芯磁滞特性而定
33
单端变压隔离器的磁通复位技术
2种典型的磁芯磁滞特性曲线
低Br 铁氧体、铁粉磁芯、非晶合金磁芯 复位常用转移损耗法，线路简单可靠
U DS max Ui nUO
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UVD max Ui / n UO
隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
连续工作模式下的反激变换器，输入电压为 50V，平均 输出电压为 100 V，一次绕组励磁电感 Lp 为 1 mH， 匝比 Ns/Np =4。当开关频率 fs =1 kHz 时，求： （1）占空比； ； （2）二次绕组的励磁电感。 Ns: NP: N2 N1
双开关、单端去磁线路
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双管正激式DC/DC变换器
电路结构
注意点： D ≤ 0.5 VD4反向恢复时间 漏感值
工作原理
VT1、VT2 同时动作
VT1、VT2同时导通：UNP－>UNS，iVD3 ↑，iVD4 ↓ IP=IS/n（n=NP/NS）
VT1、VT2同时关断：VD1，VD2能量反馈回Ui，并钳 位；VD3关断，VD4 续流导通
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隔离型Buck变换器——单端正激变换器
例 如下图所示正激变换器，输入电源电压 60V， 二次主输出的平均输出电压为 5V,开关频率为 1kHz，输出电感电流纹波最大值为 0.1A ，原 边绕组匝数 60，匝比 N3/N1= 1。求： （1）二次主绕组匝数最小值 N2； （2）输出滤波电感 L 的值。
VT截止时，漏-源承受的电压
U DS U i U N 1 U i N1 UO N2
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隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
变压器磁通连续状态
VT截止时间较小，toff <(L2/UO)I2P ，即I2min>0
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隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
单端变压隔离器的磁通复位技术
使用单端 变压隔离器 遇到的问题
如果每个周期不去磁， 剩余磁通的累加可能 导致磁芯饱和
如何使变压器 磁芯在每个脉 动工作磁通之 后都能回复到 磁通起始值
开关导通时，电流很大 开关断开时，过电压很高
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单端变压隔离器的磁通复位技术
t1~t2: uG1,4=uG2,3=0，VT1～VT4关断； uVT1=uVT2=uVT3=uVT4=(1/2)Ui
t2~t3: uG2,3=1， VT2 , VT3导通，UNP =-Ui ； iVD6 ↑，iVD5↓－>VD6导通，VD5关断 t3~t4: uG1,4=uG2,3=0，VT1～VT4关断； uVT1=uVT2=uVT3=uVT4=(1/2)Ui
工作原理
VT截止
（1）原边：磁芯中的 剩磁能量通过VD2和N3 向输入电源馈送。
磁复位阶段
（2）副边：VD截止， VD1导通，L向负载释放 能量，电流直线下降。
N1 N3 trst N1 ton N3 Dmax 0.5
diL uL uo L dt
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隔离型Buck变换器——单端正激变换器
I2P UO U toff O (1 D) L2 fL2
I2P
I 2 Ptoff IO / T IO D 1 I2P
U O IO fL2
• 开关管的选择
I D max I1P UO IO N2 I2P N1 n 2 fL2
• 整流二级管的选择
I D max I 2 P U O IO n2 fL2
隔 离 型 DC/ DC 变换器
1
参考文献
[1] 张占松，蔡宣三 .开关电源的原理与设计，电子工业出版社
3.1 变压隔离器的理想结构
[2] SIOMN ANG, ALEJANDRO OLIVA. 开关功率变换 器——开关电源的原理、仿真和设计，机械工业出版社 4.2 正激变换器
概述
非隔离的DC/DC变换器的局限性
高Br的去磁方法
（a）加恒流源和变压器附加绕组
（b）外部加永久磁铁
强制磁芯去磁各种方法
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单端变压隔离器的磁通复位技术
高Br的去磁方法
（c）利用滤波电感作为恒流源
强制磁芯去磁各种方法
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单端变压隔离器的磁通复位技术
高电压源变换器中去磁电路
（a）利用 原边绕组本身
（b）利用部分原边绕组
UO
UN2
Hale Waihona Puke 18隔离型Buck变换器——单端正激变换器
隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
电路的构成
电感 —> 隔离变换器
基本Buck-Boost变换器
隔离型Buck-Boost变换器
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隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
电路的构成
单端反激式（Flyback）变换器
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I2p为VT截止时i2的幅值 N1 I2P I1P N2
隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
3种工作状态
• 变压器磁通临界连续状态
VT截止时间 toff 和绕组N2中电流 i2 衰减到零所需的时间相等 toff = (L2/UO)I2P
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隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器
N1绕组满足伏秒平衡：
trst
N1 N3
U i tonU i trst ton


N3 N1
为确保磁芯在下个开关周期之前完全复位，则：
T ton trst
trst 1 1 D D T 1 N3 / N1