1、開(kāi)關(guān)電源拓樸結(jié)構(gòu)分析開(kāi)關(guān)電源拓樸結(jié)構(gòu)分析FAE NAME：CARY.CHENSZ2電源的分類電源的分類什么是什么是Power Supply?Power Supply負(fù)載Vin, IinPower Supply是一種提供電力能源的設(shè)備，它可以將一種電力能源形式轉(zhuǎn)換成另外一種電力能源形式，并能對(duì)其進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。上級(jí)電能形式Vo, Io f, phasef, phase根據(jù)轉(zhuǎn)換的形式分類: AC/DC, DC/DC, DC/AC, AC/AC根據(jù)轉(zhuǎn)換的方法分類: 線性電源，相控電源，開(kāi)關(guān)電源根據(jù)調(diào)控的效果分類: 穩(wěn)壓， 恒流， 調(diào)頻，調(diào)相根據(jù)調(diào)控的方法分類: 傳統(tǒng)反饋控制，矢量控制，數(shù)位控制開(kāi)關(guān)電

2、源的元件構(gòu)成開(kāi)關(guān)電源的元件構(gòu)成開(kāi)關(guān)電源的基本元件：開(kāi)關(guān)電源的基本元件：有源開(kāi)關(guān)有源開(kāi)關(guān)(Switch)二極管二極管(Diode)電感電感(Inductor)電容器電容器(Capacitor)變壓器變壓器(Transformer)三種基本的非隔離開(kāi)關(guān)電源三種基本的非隔離開(kāi)關(guān)電源VinVoLIoSDVinVoDLIoS1DS2VinVoDLIoSVo=Vin *D/(1-D)Vo=Vin *DVo=Vin /(1-D)VoVin, Boost 升壓型電路VoVin, 當(dāng)DVin 當(dāng)D0.5buckboost 升降壓型電路三種基本的隔離開(kāi)關(guān)電源三種基本的隔離開(kāi)關(guān)電源VinVoSLmDVinVoLSD

3、1D2VinVoLS1D1D2S2正激型變換器反激型變換器橋式變換器反激變換器反激變換器Flyback工作原理工作原理 （電流連續(xù)模式）（電流連續(xù)模式）根據(jù)變壓器的伏秒平衡：TDnVoDTVin)1 (*)1 (*DnDVinVoIoVinVoGDSLmDn:1ConVoVinVds)1 (DVinVdsVgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nV oImVLVin-nVoID-p反激變換器反激變換器Flyback工作原理工作原理 （電流斷續(xù)模式）（電流斷續(xù)模式）根據(jù)變壓器的伏秒平衡：)1 (*DnDVinVoIoVinVoGDSLmDn:1CoVgsIDVdsD1-DTIoVinVi

4、n+nV oImVLVin-nVoID-p-nVoVoVo TRVoLmIp2221根據(jù)能量守恒：LmVinDTIpVinDLmRTVo2反激變換器反激變換器Flyback工作原理工作原理1）221221LkIpCdsVr nIIppDVgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nV oImVrVLVin-nVoID-p21DopDIDIIVr=？IoVinVoGDSLmDn:1LkCoLmTDVoID/)1 ( IpCdsLkVr*反激變換器反激變換器Flyback工作原理工作原理2）VcIoVinVoGDSLmDn:1LkCoVcRPloss=(Vc-Vin)2/RGDSLkVcRPl

5、oss=(Vc)2/R反激變換器反激變換器Flyback工作原理工作原理3）Vo=？IoVinVoGDSLmDn:1LkCo)1/(DIIIopDCoVgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nV oImVrICoID-p-IoVoDTIVCOOCDTIVOO/根據(jù)Co在DT時(shí)間的基本方程：反激變換器反激變換器Flyback工作原理工作原理4）多路輸出的反激變換器：多路輸出的反激變換器：)1 (*11DNpDVinNsVo)1 (*22DNpDVinNsVo減小交叉調(diào)整率的措施：減小交叉調(diào)整率的措施：盡量減少兩個(gè)繞組之間的漏感。盡量減少兩個(gè)繞組之間的漏感。在輔助輸出一路中加入尖峰抑制在輔

6、助輸出一路中加入尖峰抑制器飽和電感）器飽和電感） 主路輸出工作于電流連續(xù)模式。主路輸出工作于電流連續(xù)模式。采用雙路加權(quán)反饋的控制方式采用雙路加權(quán)反饋的控制方式VinVo1GLmNpLkVo2Ns2Ns1反饋控制反激變換器反激變換器Flyback特征總結(jié)特征總結(jié)缺陷：缺陷：輸出紋波電流大。輸出紋波電流大。輸出控制特性非線性。輸出控制特性非線性。通常需要輔助的吸收回路。通常需要輔助的吸收回路。轉(zhuǎn)換效率較低。轉(zhuǎn)換效率較低。VinVo1GLmNpLkVo2Ns2Ns1反饋控制優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單。電路簡(jiǎn)單。輸入電壓范圍廣。輸入電壓范圍廣。 容易實(shí)現(xiàn)多路輸出。容易實(shí)現(xiàn)多路輸出。諧振復(fù)位正激變換器諧振復(fù)位

7、正激變換器Resonant Reset Forward)（1）Ion:1VinVoLoGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt0, t1t5LmVinDTIm/LoDTVonVinIL/)/(LmPInII諧振復(fù)位正激變換器諧振復(fù)位正激變換器Resonant Reset Forward)（2）Ion:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt1, t2t5LmLkIIVVmpc211VcV諧振復(fù)位正激變換器諧

8、振復(fù)位正激變換器Resonant Reset Forward)（3）Ion:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt2, t3t51VcVcVrminCLDTV2諧振復(fù)位正激變換器諧振復(fù)位正激變換器Resonant Reset Forward)（4）Ion:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt3, t4t5LmCrtt 14Lm,Cr的選取原則：22max2)1 (1*TDCrLm諧振復(fù)位

9、正激變換器諧振復(fù)位正激變換器Resonant Reset Forward)（5）Ion:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt4, t5t5(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T根據(jù)電感的伏秒平衡：Vo=VinD/n諧振復(fù)位正激變換器諧振復(fù)位正激變換器Resonant Reset Forward)特征特征VinVoCr缺陷：缺陷：原邊開(kāi)管電壓應(yīng)力較高。原邊開(kāi)管電壓應(yīng)力較高。諧振電容的損耗大。諧振電容的損耗大。寬范圍輸入效率很難兼顧。寬范圍輸入效率很難兼顧。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單。電路簡(jiǎn)單。

10、線性輸出控制特性。線性輸出控制特性。不需要輔助的吸收回路。不需要輔助的吸收回路。 VinVoCrVinVoCr有源鉗位正激變換器有源鉗位正激變換器Active Clamped Forward)（1）Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDTIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt0, t1t5LmVinDTIm/LoDTVonVinIL/)/(LmPInIIS1S1Sa1-D+VT-有源鉗位正激變換器有源鉗位正激變換器Active Clamped Forward)（2）Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/

11、n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt1, t2t5LkIpttVcIm)() 12(S1S1Sa1-D+VT-VcLknIott/*)/() 12(1td2td* 副邊電壓的死區(qū)跟Lk和Io有關(guān)，跟原邊開(kāi)管的死區(qū)無(wú)關(guān)有源鉗位正激變換器有源鉗位正激變換器Active Clamped Forward)（3）Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt2, t3t5S1S1Sa1-D+VT-) 12(1tttd1td2tdSa在零電壓條件下開(kāi)通* 原邊開(kāi)管的死

12、區(qū)時(shí)間需滿足：有源鉗位正激變換器有源鉗位正激變換器Active Clamped Forward)（4）Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt3, t4t5S1S1Sa1-D+VT-1td2td激磁電流反向，變壓器被復(fù)位LmTDVcIm/)1 ( 有源鉗位正激變換器有源鉗位正激變換器Active Clamped Forward)（5）Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt4, t5t5S

13、1S1Sa1-D+VT-1td2td激磁電流對(duì)主開(kāi)關(guān)的輸出電容放電。t6=t0有源鉗位正激變換器有源鉗位正激變換器Active Clamped Forward)（6）Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt4, t5t5S1S1Sa1-D+VT-1td2td激磁電流對(duì)主開(kāi)關(guān)的輸出電容放電。t6=t0有源鉗位正激變換器有源鉗位正激變換器Active Clamped Forward)（7）Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-

14、Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt5, t6t5S1S1Sa1-D+VT-1td2tdt5時(shí)刻副邊二極管鉗位主開(kāi)關(guān)的輸出電容放電結(jié)束。t6時(shí)刻新的周期開(kāi)始t6=t0有源鉗位正激變換器有源鉗位正激變換器Active Clamped Forward)（8）Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt5S1S1Sa1-D+VT-1td2tdt6=t0(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T根據(jù)電感的伏秒平衡：Vo=VinD/nVinDT=Vc(1-D)T根據(jù)變壓器的伏秒平衡：Vc=VinD/(1-

15、D)Vds=Vc+VinVds=Vin/(1-D)有源鉗位正激變換器有源鉗位正激變換器Active Clamped Forward)（9）00.10.20.30.40.50.60.70.80.91012345678910Vc D()Vds D()DVc=VinD/(1-D)Vds=Vin/(1-D)Vin有源鉗位正激變換器有源鉗位正激變換器Active Clamped Forward)（10）VinVoVinVoVinVoSaSaSa缺陷：缺陷：鉗位電壓建立較慢，啟動(dòng)過(guò)程變鉗位電壓建立較慢，啟動(dòng)過(guò)程變壓器易偏磁。壓器易偏磁。對(duì)輸入電壓的動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢。對(duì)輸入電壓的動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：變壓器最優(yōu)

16、化復(fù)位電壓應(yīng)力變壓器最優(yōu)化復(fù)位電壓應(yīng)力低）。低）。輸入電壓范圍寬。輸入電壓范圍寬。線性輸出控制特性。線性輸出控制特性。不需要輔助的吸收回路。不需要輔助的吸收回路。 橋式變換器橋式變換器Bridge Type Converter)VinVoLS1D1D2S2半橋變換器VinVoLS1D1D2S2全橋變換器VinVoLS1D1D2S2推挽變換器VinVoS1D2S2半橋變換器倍流整流）橋式變換器橋式變換器Bridge Type Converter)（1）VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoCBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t

17、2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2Vct0, t1變換器正半周工作，Ip, Im增加；Vc減少。LmDTVinIm/2) 12/()/(CDTnIoVcC1C1橋式變換器橋式變換器Bridge Type Converter)（2）VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2VcC1CC1Vin/2t1, t2S1關(guān)斷，變壓器副邊續(xù)流，原邊漏感能量被S2體二極管鉗位。橋式變換器橋式變換器Bridge Type Converter)（3）Vi

18、nVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2VcC1CC1Vin/2t2, t3S1，S2全部關(guān)斷，變壓器副邊續(xù)流，Lm保持不變，D1,D2電流之差為L(zhǎng)m。橋式變換器橋式變換器Bridge Type Converter)（4）VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoABS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2Vin/2VTVct3, t4變換器負(fù)半周工

19、作，Ip, Im減少；Vc增加。LmDTVinIm/2) 12/()/(CDTnIoVc 橋式變換器橋式變換器Bridge Type Converter)（5）VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoABS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2Vin/2VTVct4, t5S2關(guān)斷，變壓器副邊續(xù)流，原邊漏感能量被S1體二極管鉗位。橋式變換器橋式變換器Bridge Type Converter)（6）VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2VcC1CC1Vin/2t5, t6S1，S2全部關(guān)斷，變壓器副邊續(xù)流，Lm保持不變，D1,D2電流之差為L(zhǎng)m。t0, t1LoDTVonVinIL/)2(t1, t3LoTDVoIL/)2/1 (DnVinVo 5 . 0D橋式變換器橋式變換器Bridge Type Con