通过对一种正反激组合 DC
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孟 赟(1983!),女,硕士研究生,研究方向为DC /DC 电源及太阳能光伏发电系统。
利用推挽正激技术设计DC /DC 开关电源孟 赟1, 王 凯2, 潘俊民1(1.上海交通大学电气工程系,上海 200240;2.华北电网有限公司,北京 100053)摘 要:利用推挽正激变换技术设计了DC /DC 开关电源。
提出了基于推挽正激变换技术的电源电路拓扑和结构,阐述了该开关电源的工作及控制原理,并利用PSp ice 软件对该电路拓扑进行了仿真。
实验结果表明,该开关电源输出稳定、波形理想。
关键词:推挽正激;高频链;开关电源中图分类号:TM 46 文献标识码:B 文章编号:1001 5531(2007)17 0057 04A DC /DC S w itching Po w er Suppl y Based on Push PullFor ward Conversion T echni queME NG Yun 1, WANG K a i 2, PA N Jun m in1(1.Depart m ent of E lectrical Eng i n eering ,Shanghai Jiaotong University ,Shanghai 200240,Ch i n a ;2.North of Ch i n a E lectric Po w er G rid Co .,Ltd .,Be ijing 100053,Ch i n a)Abstract :A DC /DC s w itch i ng pow er supp l y was des i gned by using pus h pu ll for w ard conversi on techn i que .The topology and structure o f s w itch i ng power supp l y based on push pull for w ard conversion techn i que w as presen ted .T he opera ti on and contro l pr i nciple o f the s w itch i ng power supply w as expounded ,and the c ircuit topo l ogy was si m ulated by PSpice so ft wa re .The exper i m ent res u lt show s tha t t he s w itchi ng po w er supp l y s 'output is stab l e w ith i deal wave .K ey words :pu sh pull forward ;high frequency link (H FL);s w itch i ng po w er supp ly王 凯(1976!),男,工程师,硕士,从事继电保护工作。
dc-dc变换原理
DC-DC变换器是一种电子设备,用于将直流(DC)电压转换为另一种直流电压。
这种转换器在许多电子设备中都有广泛的应用,例如在电源适配器、电动汽车、太阳能系统和通信设备中都可以看到它们的身影。
DC-DC变换器的工作原理基于电感和电容的原理,通过精确控制开关管的导通和截止来实现输入电压到输出电压的变换。
DC-DC变换器的基本工作原理是利用电感和电容储存和释放能量,从而实现电压的升降。
当输入电压施加到变换器上时,开关管周期性地开关,这导致电感和电容中的能量储存和释放。
通过调整开关管的占空比和频率,可以实现对输出电压的精确控制。
在一个典型的升压型DC-DC变换器中,当开关管导通时,电流会通过电感和负载,从而储存能量。
当开关管截止时,电感中的储能会释放,从而提供给负载。
通过控制开关管的导通和截止时间,可以实现输出电压的精确控制。
相比于线性稳压器,DC-DC变换器具有更高的效率和更小的体积。
这使得它们在需要高效能转换和对电源体积要求严格的场合中
得到广泛应用。
总之,DC-DC变换器是一种非常重要的电子设备,它通过精确控制电感和电容的能量储存和释放,实现了输入电压到输出电压的精确变换。
在现代电子设备中,它们的应用已经变得非常普遍,为我们的生活带来了诸多便利。
本文主要通过对Droop 法DC/DC 变换器并联均流技术地研究,设计了一种基于 反激式电路拓扑地两个DC/DC 变换器并联输出地均流变换器•单端反激电路地电路拓扑及工作原理电路拓扑图1反激式变换器反激式变换器是在基本Buck-Boost 变换器中插入变压器形成地,线路组成见 图1所示.变压器原边绕组其实是充当一个储能电感地作用,后文将叙述到初级电 感量地设计将影响到反激式变换器地工作模式.b5E2R电路工作地第一阶段是能量存储阶段,此时开关管 地线性变化遵循式(1).dip th = f-5 f Lp(1)电路工作地第二阶段是能量传送阶段,此时开关管 副边整流二极管D 导通,出现感生电流.并且按照功率恒定原则,副边绕组安匝值 与原边安匝值相等.副边绕组电流IS 遵循式⑵PEan册吩片皿⑵其中为副边绕组电压,为变压器副边地等效电感.电路工作模式(1)工作模式改变地条件如图1所示地变换器,设开关管导通占空比为 D1,二极管导通占空比为D2,工作周期为Ts ,按稳态电感电流增量相等原则有: Vs Vo.⑶连续模式时,D1期间(开关管导通,二极管截止)存储在L 上地能量在D2期间 (开关管截止,二极管导通)没有完全放完,故有:RTCPD\ + D2 = \ (4)不连续模式时,D1期间(开关管导通,二极管截止)存储在L 上地能量在小于D2期间(开关管截止,二极管导通)已完全放完,故有:5PCzV小-―1 広、(5)从而可以推导临界连续地条件是:D1+D2=1且每周期开始时地IP=0Tr 导通,原边绕组电流Ip Tr 关断,原边电流为零,DXDiT 。
故有:其中,Lc为临界连续地电感值代入式⑶有:利用状态空间平均法可以建立CCM模式下地反激变换器地小信号模型,如图2所示.图2CCM模式下地反激变换器地小信号模型从中可以导出开环输出阻抗为:(8)其中由式(8)可以看出,对设计好地Buck-Boost变换器,其输出阻抗仅为开关管导通比地函数.通过PWM控制开关管地导通占空比D,就可以控制变换器地开环输出阻抗.jLBHr。
正激和反激工作原理嘿,朋友们!今天咱来聊聊正激和反激工作原理。
咱先说说正激工作原理哈,这就好比是一辆勇往直前的赛车,动力源源不断地输出,一刻不停歇。
电源通过开关管导通,能量就像洪水一样涌出来,然后经过变压器传递到负载端,那叫一个干脆利落!这过程就像是给机器注入了一股强大的力量,让它能够高效地运转起来。
你说神奇不神奇?再看看反激工作原理呢,它就有点像个调皮的小精灵啦!电源先给变压器储能,就像小精灵先把力量攒起来,等开关管关断的时候,这攒起来的能量一下子就释放出来啦,给负载供电。
这是不是很有意思呀?就好像小精灵在和我们玩捉迷藏,先藏起来能量,然后突然蹦出来给我们个惊喜。
你想想看,要是没有正激工作原理,那好多设备不就没办法稳定地工作啦?没有那持续不断的能量供应,那不就抓瞎啦!反激工作原理也是一样重要呀,它能在一些特定的情况下发挥出独特的作用,让整个系统更加灵活多变。
正激就像是一位可靠的大力士,总是坚定地提供力量;而反激呢,像是个机灵的小鬼头,总能找到巧妙的方式来发挥作用。
它们俩呀,就像是一对好搭档,相互配合,让各种电子设备能够正常运行。
你说我们生活中得有多少东西是靠着这正激和反激工作原理才能好好工作的呀!从我们每天用的手机,到家里的各种电器,哪一个离得开它们呀?这就像是一场无声的魔法,在背后默默地为我们服务呢!那我们是不是得好好珍惜它们呀?得好好了解它们的工作原理,这样我们才能更好地使用和维护我们身边的这些电子宝贝们呀!别小看这小小的正激和反激工作原理,它们可有着大用处呢!它们就像是隐藏在电子世界里的秘密武器,默默地守护着我们的科技生活。
所以呀,朋友们,可别小瞧了这正激和反激工作原理哦!它们可是电子世界里不可或缺的重要角色呢!原创不易,请尊重原创,谢谢!。
DC-DC反激变换器本文将介绍DC-DC反激变换器的基本概念和作用。
DC-DC反激变换器是一种电能转换器,主要用于将直流电源的电压转换为另一种电压,并在实现高效率的同时还能提供稳定的输出电压。
它在电子设备中广泛应用,比如电子产品的充电器、电池管理系统、通信设备和汽车电子系统等。
DC-DC反激变换器的基本原理是利用变压器实现电能的转换。
它包括一个输入电压和输出电压不同的变压器,以及一个开关管(如MOSFET)和一个电容滤波器。
在工作过程中,通过控制开关管的开关状态和开关频率,将输入电压经过变压器变换成所需要的输出电压。
变压器和电容滤波器的结合使得输出电压能够稳定且免受干扰。
DC-DC反激变换器的作用主要体现在两个方面。
首先,它可以将输入电压转换为所需要的输出电压,以满足电子设备对电源电压的需求。
其次,它具有提高电能转换效率和稳定输出电压的能力。
通过控制开关管的开关频率和占空比,可以有效减少能量损耗,提高电能转换的效率。
同时,通过变压器和电容滤波器的组合,可以实现对输出电压的稳定控制,确保电子设备正常工作。
综上所述,DC-DC反激变换器是一种重要的电能转换器,它能够将直流电源的电压转换为所需的输出电压,并实现高效率和稳定性。
它在电子设备中的应用广泛,为各种电子设备的正常运行提供了可靠的电源支持。
工作原理DC-DC反激变换器是一种常用的电力转换器,用于将一种直流电压转换为另一种不同的直流电压。
它采用了反激原理,通过周期性地开关和关断开关管,将输入电源的直流电压转换为输出电压。
反激原理是基于能量存储和释放的原理。
在DC-DC反激变换器中,关键组件包括开关管、变压器、输出滤波器和控制电路。
开关管:开关管是变换器的关键部分。
它根据控制电路的信号周期性地开关和关断,以控制输出电压。
常用的开关管包括晶体管和MOSFET。
变压器:变压器用于将输入电源的直流电压转换为需要的输出电压。
它由主绕组和副绕组组成,通过互感作用实现电压转换。
正激电路和反激电路工作原理嗨,朋友!今天咱们来聊聊正激电路的工作原理吧。
正激电路呢,就像是一个很有秩序的小团队在工作。
想象一下,这里面有电源这个大老板,它可是能量的源泉哦。
然后呢,有一个开关管,这个开关管就像是一个小门卫,特别机灵。
当电路开始工作的时候,电源把能量都准备好啦。
这个时候,开关管就开始发挥作用啦。
在它导通的时候呀,就像打开了一扇大门,电源的能量就可以顺着这个打开的通道,欢快地流向变压器啦。
变压器呢,就像是一个神奇的魔法盒,它会根据自己的匝数比来改变电压的大小。
这时候的变压器初级绕组就像是在大口大口地吃着能量,可积极啦。
而在变压器的次级绕组那边呢,也没闲着。
因为初级绕组在接收能量,根据电磁感应的魔法,次级绕组也开始有了对应的能量。
这时候呀,有一个整流二极管,这个二极管就像是一个交通指挥员,只允许电流朝着一个方向走。
它把从次级绕组来的交流电变成了直流电,就像把一群乱跑的小动物排成了整齐的队伍。
接着呢,还有一个输出滤波电容,这个电容就像是一个温柔的大姐姐,它把整流二极管输出的直流电变得更加平滑。
就好像是把有小波纹的水面抚平一样,让输出的电压更加稳定。
这样呢,在负载那里得到的就是稳定又合适的电压啦。
在正激电路里,还有一个很重要的部分,就是复位绕组。
为啥要有这个复位绕组呢?就像是玩游戏要遵守规则一样,变压器也需要复位。
复位绕组可以确保变压器在每个周期都能恢复到初始状态,准备好迎接下一次的能量传输。
如果没有这个复位绕组,变压器可能就会乱了套,就像小朋友玩游戏没有规则就会一团糟一样。
正激电路的工作就是这样一环扣一环的,每个元件都有自己的任务,大家齐心协力,才能把电源的能量顺利地、稳定地转化成负载所需要的电能。
就像一个和谐的大家庭,每个成员都发挥着自己独特的作用,缺了谁都不行呢。
宝子!现在咱们再来说说反激电路的工作原理吧。
反激电路可有趣啦。
这里面也有电源这个能量的源头。
不过呢,反激电路里的开关管一开始导通的时候,就像是在悄悄地积攒能量。
DC直流电源工作原理详解直流电源是一种能够将交流电转换为直流电供给电子设备使用的电源。
它是广泛应用于电子产品、通信设备、计算机等领域的一种重要电源类型。
DC直流电源的工作原理主要包括整流、滤波和稳压三个过程。
整流是将交流电转换为直流电的过程。
直流电源通常采用二极管整流电路,将交流电输入后,通过二极管的导通或截断来实现交流电到直流电的转换。
当交流电源的电能为正时,导通的二极管正向充电,将正半周的交流电能转换为正向直流电能。
当交流电源的电能为负时,截断的二极管截止导通,将负半周的交流电能屏蔽掉。
滤波是将整流的直流电进行平滑的过程。
在整流后的直流电中,仍然含有交流成分,需要通过滤波电路将其滤除,使得直流电的幅值更加稳定。
滤波电路通常采用电容器和电感元件组成。
电容器能够吸收交流电成分,使得直流电具有更加平滑的波形;而电感元件则能够限制直流电的变化率,起到稳定电压的作用。
通过合理配置电容器和电感元件的数值,可以实现直流电的稳压效果。
稳压是保持输出直流电电压稳定的过程。
在电子设备中,往往需要一个稳定且可调的直流电源,这就需要通过稳压电路进行实现。
稳压电路通常采用反馈控制的方式,监测输出直流电的电压反馈给稳压电路,通过调节控制元件(如三极管、MOSFET等)的导通或截断来实现对输出电压的稳定调节。
稳压电路可以根据电子设备的需求,实现固定电压稳压和可调电压稳压两种模式。
通过整流、滤波和稳压三个过程,DC直流电源将交流电转换为稳定的直流电,以满足不同电子设备对电源的需求。
同时,为了提高DC直流电源的安全性和稳定性,通常还会在直流电源的输入端设置过压保护、过流保护、短路保护等电路,以保护电子设备和用户的安全。
总之,DC直流电源通过整流、滤波和稳压三个过程实现将交流电转换为直流电供给电子设备使用。
它在现代电子技术中具有重要的应用价值,可以为各种电子设备提供稳定可靠的电源。
dcdc变换器的工作原理
dc/dc变换器是一种很重要的电气设备,可以将直流电压转换成不同的直流电压,为很多电子设备提供电源。
它以高效率和低成本闻名于世,在自动化,航天,汽车,智能机器人,通信,医疗等不同行业中得到广泛应用。
dc/dc变换器的工作原理是利用电感或电容,将一个直流电源的电压转换成另一种直流电压,并降低电压的损耗,从而满足电子设备的需求。
该变换器的结构包括输入电路,调节器,输出电路和保护电路。
输入电路的作用是将外部的直流电源引入到变换器。
而调节器可以调节变换器的输出电压。
变换器的输出电路则可以将变换器转换后的电压输出到外部电路。
而保护电路则可以当变换器出现故障时,使变换器不会出现过载或短路等现象,不至于损坏。
dc/dc变换器在实际中有多种型号,其输入电压根据变换器规格不同也有所不同。
常见有:正反变换器,耐受开路输出变换器,隔离变换器,周期调整变换器,智能变换器,恒流调研变换器等等。
dc/dc变换器的应用非常广泛,在电源系统中它可以有效节约电能,减少电磁辐射和降低温度变化。
它在直流电源的设计中有举足轻重的地位。
如今,dc/dc变换器在电子行业中普遍使用,为技术的发展提供了有力的支持。
一种反激同步整流DC-DC变换器设计摘要:对反激同步整流在低压小电流DC-DC变换器中的应用进行了研究,介绍了主电路工作原理,几种驱动方式及其优缺点,选择出适合于自驱动同步整流的反激电路拓扑,并通过样机试验,验证了该电路的实用性。
关键词:反激变换;同步整流;电路拓扑引言低压大电流DC-DC模块电源一直占模块电源市场需求的一半左右,对其相关技术的研究有着重要的应用价值。
模块电源的高效率是各厂家产品的亮点,也是业界追逐的重要目标之一。
同步整流可有效减少整流损耗,与适当的电路拓扑结合,可得到低成本的高效率变换器。
本文针对36V-75V输入,3.3V/15A输出的二次电源模块,在分析同步整流技术的基础上,根据同步整流的特点,选择出适合于自驱动同步整流的反激电路拓扑,进行了详细的电路分析和试验。
反激同步整流基本的反激电路结构如图1。
其工作原理:主MOSFET Q1导通时,进行电能储存,这时可把变压器看成一个电感,原边绕组电流Ip上升斜率由dIp/dt= Vs/Lp决定,磁芯不饱和,则Ip 线性增加;磁芯内的磁感应强度将从Br增加到工作峰值Bm;Q1关断时,原边电流将降到零,副边整流管开通,感生电流将出现在副边;按功率恒定原则,副边安匝值与原边安匝值相等。
在稳态时,开关导通期间,变压器内磁通增量△Φ应等于反激期间内的磁通变化量,即:△Φ=VsTon / Np=Vs'Toff / Ns从此式可见,如果磁通增量相等的工作点稳定建立时,变压器原边绕组每匝的伏-秒值必然等于副边每匝绕组的伏-秒值。
反激变换器的拓扑实际就是一个BUCK-BOOST组合的变换器拓扑的应用,而且如果副边采用同步整流,电路总是工作于CCM的模式下,其电压增益M=V o/Vs=K·D/(1-D)(K为原副边匝数比)用PMOSFET和MOSFET替代图1中的萧特基二极管,可以实现同步整流的4种电路结构如图2和图3反激电路的开关电压波形见图4,是标准的矩形波,非常适合同步整流驱动。
正激反激电路原理正激反激电路是一种用于电源电路中的电路设计,它是一种在转换器中产生交流电压的方式。
这种电路可以被用于机器人、电子制造、计算机设备和医疗设备等很多领域。
本文将介绍正激反激电路的原理、工作方式和应用。
1. 原理正激反激电路是一种在转换器中产生交流电压的方式。
它是通过变压器、开关器件、电容器和二极管组成的。
这种电路可以产生可控的输出电压,并使用一个反馈回路来保持输出电压稳定。
应用这种电路的原理是利用输出端的屏蔽二极管对变压器产生自感峰值反向冲击的过程来完成。
2. 工作方式在正激反激电路中,开关器件是一个非常重要的组成部分。
开关器件的任务是打开和关闭电路,以便控制电压和电流。
当开关器件关闭时,电容器中的电荷被放电,电感器中的磁场随着电流变化而崩溃,导致二极管变成导通状态,从而使电容器的负极上升到一个负电压。
当开关器件打开时,磁势能被储存在电感器中,启动变压器的一端将产生一个高电流峰值。
使用此时的电容器,将其存储的电能释放,以达到输出电压的目的。
输出电压的稳定性由反馈回路控制。
此反馈回路可提供相应的控制信号,使反向电流在二极管上产生相同的电压,使输出电压保持在需要的范围内。
3. 应用在机器人中,电源电路通常需要承受较大的工作负载,在这种情况下,使用交流转换器就变得非常有用了。
此外,交流转换器的效率也高,可以为机器人提供所需的功率。
在计算机设备中,交流转换器可以用于调整电压,以便为其他设备提供所需的电流。
此外,它还可以提供更高的效率和更低的热量产生,从而延长设备的使用寿命。
在医疗设备中,需要高效率的电源电路以确保正确的电源工作。
正激反激电路可以为医疗设备提供所需的功率和稳定性,并且可以轻松地控制输出电压。
这个特点对于医疗设备来说非常重要。
电流源型双向DCDC变换器的研究一、本文概述随着能源危机和环境污染问题的日益严重,节能减排、绿色出行等概念逐渐成为社会关注的焦点。
在这样的背景下,电动汽车以其环保、节能的优势逐渐受到人们的青睐。
而电动汽车的发展离不开其核心部件——电池管理系统。
电池管理系统的主要功能包括电池状态监测、能量管理、热管理以及安全保护等,其中,能量管理尤为重要。
能量管理不仅关系到电动汽车的续航里程,更关乎电池的使用寿命和安全性。
因此,高效、稳定的电池能量管理技术是电动汽车领域的研究热点。
电流源型双向DC-DC变换器作为一种重要的电池能量管理装置,能够实现电池与电动汽车之间的高效能量交换,对于提高电动汽车的能量利用率、延长电池寿命以及保证电池安全具有重要意义。
本文旨在深入研究电流源型双向DC-DC变换器的工作原理、控制策略以及优化方法,以期为电动汽车电池管理系统的设计与优化提供理论支持和实践指导。
具体而言,本文首先将对电流源型双向DC-DC变换器的基本结构和工作原理进行详细介绍,为后续研究奠定理论基础。
针对不同类型的电流源型双向DC-DC变换器,分析其特点和应用场景,并提出相应的控制策略。
在此基础上,本文将重点研究电流源型双向DC-DC变换器的优化方法,包括参数优化、效率优化以及动态响应优化等,以提高其在实际应用中的性能表现。
本文将通过实验验证所提控制策略和优化方法的有效性,并对实验结果进行分析和讨论,为电流源型双向DC-DC变换器在电动汽车电池管理系统中的应用提供有力支持。
本文旨在全面、深入地研究电流源型双向DC-DC变换器的关键技术,为电动汽车电池管理系统的设计与优化提供有益参考,推动电动汽车技术的持续发展和广泛应用。
二、电流源型双向DCDC变换器的基本原理电流源型双向DC-DC变换器是一种特殊的电力电子转换装置,其核心功能是实现直流电源之间的能量转换,并且能够在双向模式下工作。
这种变换器在能源管理、电池充放电控制、电动汽车、可再生能源系统等领域具有广泛的应用前景。
DCDC电路原理与应用直流直流(DCDC)电路是一种用于转换直流电压的电子电路。
直流直流电路的原理是利用电感和双稳态开关元件(如MOSFET和BJT)制作一种能够将直流电压转换为不同电压级别的电路。
直流直流电路主要应用于电子设备中,比如便携式电子设备、计算机、通信设备等。
直流直流电路的原理基于电感的存储和释放能量的特性。
电感是一种储存电能的元件,当电流通过电感时,它的磁场会存储电能。
而当电流停止流动时,电感会释放储存的电能,产生反向的电压。
利用这种特性,直流直流电路可以通过切断电流和连接电流来调整电压。
在一个典型的DCDC电路中,有一个输入电压源和一个输出电压负载。
输入电压通过一个开关元件控制,这个开关元件会周期性地切断和连接电流。
当开关元件切断电流时,电感储存电能。
当开关元件连接电流时,电感释放电能,输出电压产生。
直流直流电路通常由一个开关元件、电感、输出电容和二极管组成。
开关元件用于控制电流的切断和连接,常见的开关元件有MOSFET和BJT。
电感和输出电容用于储存和释放电能,平稳输出电压。
二极管则用于保护开关元件和提供反向电流路径。
DCDC电路有很多应用。
其中最常见的应用是电子设备中的电源管理。
电子设备通常需要不同电压级别来驱动不同的电子元件。
而直流直流电路可以通过调整开关元件的切断和连接来实现不同电压级别的输出。
另外,DCDC电路还可以用于能量转换、电池充电、太阳能电池管理等方面。
总之,直流直流(DCDC)电路是一种用于转换直流电压的电子电路。
它的原理是利用电感储存和释放电能的特性来实现不同电压级别的转换。
DCDC电路的应用广泛,特别是在电子设备中的电源管理。
通过DCDC电路,可以实现高效的能量转换和优化电子设备的功耗。
电源正激反激工作原理嘿,朋友!你有没有想过,咱们日常使用的那些电子设备,像手机、电脑之类的,它们的电源是怎么工作的呢?今天呀,我就来给你讲讲电源里正激和反激工作原理这档子事儿。
先来说说正激吧。
想象一下,电源就像是一个小工厂,这个小工厂的任务就是把输入的电进行加工,然后输出适合我们设备使用的电。
正激电源里呢,就好像有一个非常守时的工人。
在变压器初级线圈通电的时候,这个工人就开始干活儿啦。
初级线圈一通上电,变压器就像是一个神奇的桥梁,把能量从这边传到那边。
初级线圈的电就像一群听话的小蚂蚁,按照规定的路线,有条不紊地在变压器里流动,然后在次级线圈感应出相应的电。
这时候呀,次级线圈输出的电就像是经过精心包装的商品,能够直接为我们的设备所用。
而且哦,在这个过程中,为了保证工作的稳定,还会有一个小小的电路来把多余的能量存储起来,就像小仓库一样。
你说,这是不是很神奇呢?你会不会想,这个正激电源的设计怎么这么巧妙呢?再来说说反激电源。
这反激电源呀,和正激有点不一样。
如果把正激电源比作是白天按部就班工作的工人,那反激电源就有点像是夜晚偷偷加班的神秘人。
在初级线圈通电的时候,反激电源不是马上就把能量传递到次级线圈,而是先把能量存储在变压器里,就像把宝藏先藏在一个神秘的地方。
这时候,变压器就像是一个大口袋,把初级线圈送来的能量一股脑儿地装起来。
等到初级线圈断电了,嘿,这时候才是反激电源真正发挥威力的时候呢!它把之前存储在变压器里的能量一下子释放到次级线圈,就像打开了一个装满宝藏的口袋,把宝藏一股脑儿地倒出来。
这种方式是不是很独特呢?你可能会觉得奇怪,为啥要这么折腾呢?其实呀,这样做有它的好处,对于一些小型的、对成本比较敏感的电源设计来说,反激电源的这种工作方式能够节省不少元件,就像我们过日子能省则省一样。
我有个朋友,叫小李,他之前对电源一窍不通。
有一次,他的手机充电器坏了,他就跑来问我电源的事儿。
我就给他讲了正激和反激电源的工作原理。
主题: 常见反激式、正激式、桥式、推挽式DC/DC电源变换器的拓扑类型常见DC/DC电源变换器的拓扑类型见表1~表3所列。
表中给出不同的电路结构,同时也给出相应的电压及电流波形(设相关的电感电流为连续工作方式)。
PWM表示脉宽调制波形,U1为直流输入电压,UDS为功率开关管S1(MOSFFT)的漏一源极电压。
ID1为S1的漏极电流。
IF1为D1的工作电流,U0为输出电压,IL为负载电流。
T为周期,t为UO呈高电平(或低电平)的时问及开关导通时间,D为占空比,有关系式:D=t/T。
C1、C2均为输入端滤波电容,CO为输出端滤波电容,L1、L2为电感。
1、常见单管DC/DC电源变换器
2、常见反激式或正激式DCDC电源变换器
3、常见桥式或推挽式DCDC电源变换器。
DC-DC 电路工作原理
DC-DC 电路,即直流 - 直流转换器,是一种电力电子电路,它可以将直流电从一个电压转换为另一个电压。
DC-DC 电路在现代电子产品中扮演着不可或缺的角色,与线性稳压器相比,它们具有多项优势,如高效率、较低的热量散发等。
DC-DC 电路的工作原理一般采用脉冲宽度调制(PWM)方法,实现直流电压升压、降压和变换极性输出。
其基本构成部分包括电源开关管、储能电感、续流二极体、滤波电容、分压电阻等。
以降压式 DC-DC 转换器为例,其工作原理如下:
1. 输入电压 Vin 经过整流电路(如二极管)变为直流电压,然后通过滤波电容去除脉动,得到平滑的直流电压。
2. 电源开关管(如 MOSFET 或晶体管)在脉冲宽度调制信号的控制下,周期性地导通和截止。
当电源开关管导通时,储能电感 L 储存能量;当电源开关管截止时,储能电感 L 释放能量,使得输出电压 Vout 稳定。
3. 续流二极体在电源开关管截止期间,为负载提供电流。
4. 分压电阻 r1 和 r2 用于产生误差反馈信号 fb,用以稳定输出电压和调整输出电压的高低。
5. 滤波电容 C 用于去除输出电压的脉动,使电压更加平滑。
通过以上原理,DC-DC 电路可以实现输入电压和输出电压之间的转换、升压、降压以及极性变换等功能。
不同类型的 DC-DC 转换器(如升压型、降压型、Buck-Boost 型等)在工作原理上略有差异,
但整体框架相似。
常见的 DC-DC 芯片有 mc34063、lm2596 等。
通过对一种正反激组合DC-DC变换器的研究探讨有源箝位技术的作用龙飞,李晓帆,高奇峰,蔡志开(华中科技大学,武汉 430074,hustlfei@)摘要:通过对一种已经提出的正反激组合DC-DC变换器的深入研究,分析和讨论了有源箝位技术的作用。
并给出了在该正反激组合变换器中加上有源箝位回路后的波形。
关键词:正反激组合变换器;有源箝位技术Analyze Active-clamp Technology According to Studying a Forward-flybackConverter’s TopologyAbstract: According to studying a kind of Forward-flyback converter’s topology having been proposed, analyzing the active-clamp technology. This paper gives some conclusion about active-clamp technology’s merit.Keyword: forward-flyback converter; active-clamp1 引 言正、反激DC-DC变换器主要用于中小功率场合,其的优点是:结构简单,控制方便,原副方隔离,可以方便的实现多路输出。
其中反激变换器的结构尤为简单经济,但由于反激变换只在开关管关断期间才向副方传送能量,所以输出电压纹波较大。
正激变换器只在开关管开通期间向副方传送能量,但由于有较大的输出滤波电感,输出电压纹波较反激变换器要小一些。
而正反激组合DC-DC变换器综合了二者的优点,并且在开关管开通和关断期间都可以向副方传递能量,提高了变换器的功率密度。
2 被提出的一种正反激组合变换器在《一种正-反激组合变换器的研究》[1]一文中提出了一种正反激组合DC-DC变换器,其拓扑结构如图1所示。
该电路拓扑较为简单。
副方使用了4个二极管,导通压降较大,所以不适合在低压大电流的情况下使用,更适合于输出电压较高的场合,例如用于48V的通信电源。
其基本工作原理为:开关管T1导通时,电流流经D1、Lo、负载、D4回路,工作在正激模式下。
开关管T1关断时,Lo中电流经过负载、D3、D1续流,变压器铁心中储存的磁能通过D2、负载、D3回路释放,这一回路工作在反激模式下。
Lo图1 一种正反激组合变换器的拓扑结构但图1所示正反激组合变换器电感Lo 不能工作在电流连续模式(CCM)下,只能工作在电流断续模式(DCM)下。
具体分析如下:首先假设Lo中电流连续,那么在开关管开通期间,Lo上电流增加量为:△I Lo(上升)= DTV in /NL o (1)△I Lo(下降)= (1-D)TV0 /L o (2)当电路工作在稳态时,有△I Lo(上升)=△I Lo(下降)由式(1)与式(2)V o = DV in / N (3)其中D为导通比,T为开关周期。
V in为原方输入电压,V o为输出电压,N为变压器变比。
当开关管T1导通时加在变压器原方的伏秒积为+DTVin。
当开关管T1关断时,加在变压器付方上的伏秒积为-(1-D)TVo,折算到变压器原方为- N (1-D)TVo,将式(1)带入得到T1关断时等效加在变压器原方的伏秒积为-D(1-D)TVin。
因为D(1-D) TVin 恒小于DTVin,即加在变压器上的伏秒积不对称,导致变压器铁心偏磁,磁通无法复位。
所以在上述电路中,Lo无法工作在电流连续模式下,只能在电流断续模式下工作,这样导致输出电流纹波较大。
3 增加有源箝位回路对于反激变换器来说,其隔离变压器实际不是工作在普通变压器状态,而是作为一个具有隔离作用的储能电感。
开关管导通期间,原方电流转变为磁场能量储存在变压器铁心中。
在开关管关断期间,储存在变压器铁心中的磁场能量转移到副边释放,所以反激变换器中铁心磁通是可以自动复位的。
因此,反激变换器的隔离变压器一般带有气隙,气隙主要有两个作用:一是增加变压器传送的功率,因为铁心加上气隙以后,磁化曲线如图2(b):图2 变压器磁化曲线图(a) 未加气隙的磁化曲线图(b) 加气隙的磁化曲线图由图中可以看出,加上气隙以后,磁化曲线向H轴倾斜,变压器传输的功率的公式[4]为:∫⋅=BwBr HdBVefP变压器加上气隙以后,传送功率增大,即阴影部分面积增大。
当然带来的缺点是铁心损耗也增大,但可以通过适当减小△B减小铁心损耗。
二是防止变压器铁心饱和,当加上气隙磁化曲线向H轴倾斜时,图2(b)中磁滞回线顶点与饱和磁通Bsat距离增大。
在正激变换器中,其隔离变压器工作在正常的变压器状态,开关管导通期间磁化电流在铁心中也产生一定的磁能,当开关管关断后,这些磁场能量无法转移到副边释放,所以造成铁心中磁通不能复位。
为了使正激变换器铁心中磁通复位,现在一般采用有源箝位技术,为正激变换器铁心中储存的磁能提供一条释放回路,如图3所示:Lr图3 带有源箝位的单端正激变换器有源箝位的正激变换器利用Cs和辅助开关管T2为变压器铁心磁能提供一条释放回路,复位变压器铁心磁通。
并能吸收变压器漏感Lr上的能量,将主开关管T1上的电压箝位在Vin+Vcs附近。
同时当Lr足够大时,可以实现主开关管的软开关[2]。
对于箝位电压Vcs,为了保证变压器可以复位磁通,原边绕组所加的正负电压伏秒积必须相等。
所以Vcs=DVin/(1-D)[3]。
伏秒积为-(1-D)TVcs=-DTVin。
采用有源箝位回路的第二个好处就是可以将变压器原方漏感能量吸收掉,防止漏感Lr对主开关管结电容Cr充电使开关管上出现尖峰电压。
第三个好处是可以实现主开关管与辅助开关管的软开关。
因此有源箝位回路也可以用于单端反激变换器和正反激组合变换器中,帮助吸收变压器漏感能量,并实现主开关管与辅助开关管的软开关。
而上述正反激组合变换器同时运行在正激和反激状态,所以Lo只能工作在DCM 模式下。
如果给图1所示电路加上有源箝位回路的,如图4所示:图4 带有源箝位的正反激组合变换器其中,Lm为变压器的等效励磁电感。
在文献[3]中提到带有源箝位的正激变换器可以双向对称磁化变压器,使变压器工作在B-H回线的一、三象限,使变压器得到充分利用,使占空比可以大于0.5。
那么该正反激组合变换器在加上有源箝位回路以后能否在保证Lo工作在CCM模式下复位变压器磁通呢?分析如下:假设Lo工作在CCM下时,由式(3)依然有V o = DV in / N。
当电路进入反激状态,变压器付方被箝位在输出电压V o,此时原方箝位电容上电压必然为NV o。
利用有源箝位回路复位变压器的条件是保证箝位电容加在变压器的伏秒积与开关管开通时伏秒积绝对值相等。
开关管开通时,伏秒积为:VS = DTV in (4)开关管关断时,箝位电容Cs复位变压器磁通所需要的电压为:= VS/(1-D) = DTV in /(1-D) (5)而现在箝位电容所能提供的电压为:V Cs = NV o = DV in < V Cs’因此即使加上有源箝位回路也不能在保证Lo工作在CCM模式下复位磁通。
事实上这是由该电路的内在特性决定的。
也就是说,该电路只要有反激存在,就不能使Lo 工作于CCM模式下。
单端正激与单端反激变换器之所以可以实现磁复位是因为基本的单端正激变换器和反激变换器主电路拓扑本身可以实现磁复位,当然正激变换器要提供必要的复位回路,以前一般采用加上复位绕组提供复位回路。
对于单端正激变换器,如图3,一旦开关管关断,由于二极管D1截止,变压器付方将处于悬浮状态,从而原方复位电压完全由V Cs决定。
有源箝位回路只是作为一种辅助手段,提供一条复位回路,不可能对主电路工作原理有根本性的改变。
所以该电路即使加上有源箝位回路,输出滤波电感Lo不可以工作在CCM模式下,只能是Lm工作在CCM模式下,而Lo工作在DCM模式下,如[1]文中提到的那样。
基本波形如图5:I L mI'L o图5 不带有源箝位的正反激组合变换器的基本波形当变压器等效励磁电感L m工作在CCM 模式下时,开关管开通其间,L m电流上升为:△I Lm (上升)= DTV in / L m (6)当开关管关断时,付方L m电流下降为:△I Lm’(下降)= (1-D)TV o /L m’ (7)L m’为折算到付方的等效励磁电感。
折算到原方为:△I Lm(下降) = △I Lm’(下降)/N (8)将L m’= L m/N2带入式(8),得到:△I Lm(下降) = N(1-D)TV o /L m (9)当电路进入稳态,由△I Lm (上升) = △I Lm(下降)得到:V o = DV in/ N(1-D) (10) 4 带有源箝位的正反激组合变换器的工作波形虽然有源箝位回路不能使L o工作在CCM 模式下,但仍然可以吸收变压器原方漏感能量,降低开关管电压应力,将开关管T1上电位箝位在NV o+V in附近,并且实现电路主辅开关管的软开关,提高效率。
参考文献[2],本文给出了加上有源箝位回路以后该变换器的基本工作波形如图6:图6中I Lm与I Lo的波形与图5中波形基本相同,证明有源箝位回路不能改变原主电路的工作原理。
I m +I L o /NV i nI L oI mI L rV c rt 0t 1t 2t 3t 4V i n +N V oD 3D 4D 4D 2G 1G 2t 5t 6t 7t 8t 9t 10 图 6 带有源箝位的正反激组合变换器的工波形5 结论有源箝位技术可以适用于任何单管带变压器隔离的DC-D C 电路中,有源箝位回路可以为主电路提供磁复位回路,但不能改变主电路的基本工作原理。
有源箝位技术可以吸收变压器原方漏感,降低主开关管电压应力。
同时有源箝位技术可以实现变换器的软开关。
参考文献:[1] 王国礼等. 一种正-反激组合变换器的研究[J].电力电子技术,2001,(2):4~6. [2] 张卫平等. 绿色电源-现代电能变换技术及应用[M]. 北京:科学出版社,2001. [3] 阮新波,严仰光. 直流开关电源的软开关技术[M]. 北京:科学出版社,2000.[4] 张占松,蔡宣三. 开关电源的原理与设计[M].北京:电子工业出版社,1998.作者简介:龙飞 男,硕士研究生,主要从事电力电子和电气传动技术的研究和开发。