隔离式低压大电流输出DCDC变换器拓扑分析

DCDC变换器拓扑结构分析⼀、正激变换电路由于正激DC/DC变换器具有电路拓扑简单，输⼈输出电⽓隔离，电压升、降范围宽，易于多路输出等优点，因此被⼴泛应⽤于中⼩功率电源变换场合。

然⽽，正激变换器的⼀个固有缺点是需要附加电路实现变压器磁复位。

采⽤磁复位绕组正激变换器川的优点是技术成熟可靠，磁化能量⽆损地回馈到直流电⽹中去。

但附加的磁复位绕组使变压器结构复杂化，变压器漏感引起的关断电压尖峰需要RC缓冲电路来抑制，占空⽐d<0.5，功率开关承受的电压应⼒与输⼈电源电压成正⽐。

RCD钳拉正激变换器图的优点是磁复位电路简单，占空⽐d可以⼤于0.5，功率开关承受电压应⼒较低此电路只是在原有的双管正激电路上添加了2个Lr、Cr谐振⽹络实现软开关。

图4中,L2为缓冲电感,Lm为变压器的励磁电感,C1和C2分别是开关管VS1和VS2的寄⽣电容。

电路拓扑在1个开关周期中可分为7个时间段描述。

下⾯将对每个时间段分别描述。

先假定在t0时刻之前,VS1和VS2关断,谐振电感Lr上的电流iLr为0,电容Cr上的电压UCr为-Uin,VD5关断,VD6正在续流。

为了使分析过程简化,在对电路分析之前,作如下⼏点假设:滤波电感L1⾜够⼤,在1个开关周期中可近似⽤恒流源I0等效代替;变压器漏感远⼩于励磁电感,在电路分析中忽略漏感的影响。

⼀个开关周期中电路的主要电量波形：1 t0~t1时间段在t0时刻,主功率开关管VS1和VS2同时导通,由于电感L2的作⽤,电流上升缓慢,VS1和VS2可以看成ZCS(零电流)导通。

在这⼀阶段,Lr、Cr开始谐振,VD5和VD6开始电流交换。

Cr上的电压从-Uin向Uin变化,电感Lr上的电流也从零上升。

当续流⼆极管VD6上的电流为零并且阻断时,这⼀时间段结束(这个时间段很短)。

此时,原边电流上升到I0/N(N=N1/N2,N1为原边匝数,N2为副边匝数)。

2 t1~t2时间段在t1~t2时间段,Lr和Cr继续谐振。

低压大电流DC/DC变换器拓扑分析摘要：目前对低压大电流DC/ DC 变换器的研究方兴未艾。

如何选择合适的拓扑电路是其首要任务。

从拓扑、应用方面系统地论述了低压大电流技术近期的发展，阐述了各种拓扑电路的特点及用途并进行了分析比较。

同时，详细地介绍了其关键的同步整流技术及其各种驱动方法。

1 引言随着电子技术的迅速发展，以及各种微处理器、IC 芯片和数字信号处理器的普及应用，对低压大电流输出的低压变换器的研究与应用成为日益重要的课题。

在低电压输出的情况下，一般的二极管整流很难达到较高效率，需采用同步整流技术，这就使得同步整流成为低压大电流技术中的关键技术。

另外，如何选择合适的拓扑，使变换器的性能最优化，也是一个极其重要的问题。

首先分别从变压器的初级和次级对各种基本拓扑进行分析比较，分别得出初级和次级适合于低压大电流的优化拓扑，然后进行组合，列举了3 种典型的拓扑，最后对优化的组合作进一步的比较分析。

2 基本拓扑及其优缺点分析以变压器为界，此类变换器的初级拓扑可从其所能传送的功率以及拓扑结构的复杂程度等方面进行分析。

在提高低压大电流变换器的效率中显得尤为重要的是其次级的拓扑。

本文首先从提高效率的角度对其进行分析，然后综合考虑其结构复杂性和驱动方式等的问题。

2. 1 变压器初级拓扑的优选相对于升压型变换器来说，降压型变换器更加适用于低压大电流变换器。

其变压器初级的基本拓扑主要可用正激式、反激式、推挽式、半桥式和全桥式等5 种。

但是，其中的反激式变换器显然不适合低压大电流的要求，因为它的输出纹波较大，变压器漏感引起较大的电压尖峰，功率不大（150W 以下）,变换器效率不高，因而只能在电压和负载调整率要求不高的场合使用。

2. 2 变压器次级拓扑的优选2. 2. 1 同步整流技术基本原理同步整流技术旨在实现同步整流管栅极和源极之间的驱动信号与同步整流管漏极和源极之间开关同步。

理想的同步整流技术可使同步整流管起到和整流二极管同样的作用，即正向电压导通，反向电压关断。

隔离dcdc电源拓扑结构一、引言隔离DC-DC电源作为电子产品中不可或缺的组成部分，其主要功能是将输入电压转换为所需的输出电压，并且通过隔离器件实现输入输出间的电气隔离。

本文将介绍隔离DC-DC电源的拓扑结构。

二、非隔离式DC-DC电源非隔离式DC-DC电源是最简单的一种拓扑结构，其原理如下：通过一个开关管控制输入电压，使得输入电压在开关管导通期间充入能量存储元件（如电感），在开关管截止期间释放能量存储元件中的能量并将其转换为所需输出电压。

由于该结构没有使用隔离器件进行输入输出间的隔离，因此存在安全风险。

三、反激式DC-DC电源反激式DC-DC电源是一种基于变压器实现输入输出间隔离的拓扑结构，其原理如下：通过一个开关管控制输入端与变压器之间的连接，使得输入端充入能量存储元件（如电容），当开关管截止时，在变压器中产生高频交流磁场，通过磁耦合将能量传递到输出端，再通过输出端的整流电路转换为所需输出电压。

由于该结构使用了变压器进行输入输出间的隔离，因此能够有效降低安全风险。

四、正激式DC-DC电源正激式DC-DC电源是一种基于变压器实现输入输出间隔离的拓扑结构，其原理如下：通过一个开关管控制输入端与变压器之间的连接，使得输入端充入能量存储元件（如电感），当开关管导通时，在变压器中产生高频交流磁场，通过磁耦合将能量传递到输出端，再通过输出端的整流电路转换为所需输出电压。

由于该结构使用了变压器进行输入输出间的隔离，因此能够有效降低安全风险。

五、谐振式DC-DC电源谐振式DC-DC电源是一种基于谐振现象实现输入输出间隔离的拓扑结构，其原理如下：在开关管导通时，将能量存储元件中的能量传递到谐振网络中；在开关管截止时，利用谐振网络中形成的高频交流磁场将能量传递到输出端。

由于该结构使用了谐振网络进行输入输出间的隔离，因此能够有效降低安全风险。

六、总结本文简要介绍了隔离DC-DC电源的拓扑结构，包括非隔离式DC-DC电源、反激式DC-DC电源、正激式DC-DC电源和谐振式DC-DC电源。

摘要：首先阐述了三电平DC/DC变换器拓扑的推导过程，给出了6种非隔离三电平DC/DC变换器和5种隔离三电平DC/DC变换器拓扑结构；分析了三电平DC/DC变换器中，如何设计滤波电路的参数以提高其动态品质；最后以Buck三电平变换器和Buck Boost三电平变换器为例，分析了滑模控制在三电平DC/DC变换器中的应用前景。

关键词：三电平；DC/DC变换器；滑模控制1 引言J.Renes Pinheiro于1992年提出了零电压开关三电平DC/DC变换器[1]，该变换器的开关应力为输入直流电压的1/2，非常适合于输入电压高、输出功率大的应用场合。

因此，三电平DC/DC变换器引起了广泛关注，得到了长足发展。

目前，三电平技术在已有的DC/DC 变换器中，均得到了很好的应用。

部分三电平DC/DC变换器在降低开关应力的同时，还大大减小了滤波器的体积，提高了变换器的动态特性。

三电平技术的应用，充分体现了“采用有源控制的方式减小无源元件体积”的学术思想。

2 三电平DC/DC变换器拓扑的推导与发展2.1 三电平两种开关单元文献[2]分析了三电平DC/DC变换器的推导过程：用2只开关管串联代替1只开关管以降低电压应力，并引入1只箝位二极管和箝位电压源(它被均分为两个相等的电压源)确保2只开关管电压应力均衡。

电路中开关管的位置不同，其箝位电压源与箝位二极管的接法也不同。

文中提取出2个三电平开关单元如图1所示。

图1(a)中，箝位二极管的阳极与箝位电压源的中点相连，称之为阳极单元；图1(b)中，箝位二极管的阴极与箝位电压源的中点相连，称之为阴极单元。

2.2 六种非隔离三电平DC/DC变换器三电平DC/DC变换器的推导过程可以总结为以下三个步骤：一是将基本变换器的开关管替换为相互串联的2只开关管；二是寻找或构成箝位电压源；三是从箝位电压源的中点引入1只箝位二极管到相互串联的2只开关管的中点，箝位二极管的放置与2只开关管与箝位电压源联接的地方有关。

六种基本DCDC变换器拓扑结构总结DC-DC变换器是一种将一种直流电压转换为另一种直流电压的电子设备。

根据其拓扑结构，可以将DC-DC变换器分为六种基本拓扑结构。

下面将对这六种拓扑结构进行总结。

1. 升压型拓扑结构（Boost Converter）：升压型拓扑结构是将输入电压提升到更高电压的一种拓扑结构。

其基本结构由一个电感、一个开关管、一个二极管和一个输出滤波电容组成。

工作原理为当开关管打开时，电感储存能量；当开关管关闭时，电感释放储存的能量，将电流经过二极管和输出滤波电容供给负载。

2. Buck拓扑结构（降压型拓扑结构）：Buck拓扑结构是将输入电压降低到更低电压的一种拓扑结构。

其基本结构由一个电感、一个开关管和一个输出滤波电容组成。

工作原理为当开关管打开时，电感储存能量；当开关管关闭时，电感释放储存的能量，将电流经过输出滤波电容供给负载。

3. Buck-Boost拓扑结构（降升压型拓扑结构）：Buck-Boost拓扑结构可以实现输入电压的增益和降低。

其基本结构由一个电感、一个开关管和一个输出滤波电容组成。

工作原理为当开关管打开时，电感储存能量；当开关管关闭时，电感释放储存的能量，将电流经过输出滤波电容供给负载。

该拓扑结构可以实现输入电压大于、等于或小于输出电压的转换。

4. 反激型拓扑结构（Flyback Converter）：反激型拓扑结构是一种将输入电压转换为输出电压的一种拓扑结构。

其基本结构由一个变压器、一个开关管和一个输出滤波电容组成。

工作原理为开关管导通时，电能储存在变压器中；开关管关闭时，变压器释放储存的能量，将电流经过输出滤波电容供给负载。

5. 单边反激型拓扑结构（Half-Bridge Converter）：单边反激型拓扑结构也是一种将输入电压转换为输出电压的一种拓扑结构。

其基本结构由两个开关管、一对二极管和一个输出滤波电容组成。

工作原理为开关管交替导通和关闭，将输入直流电压分别连接到变压器的两个输入端，以实现电压的转换。

低压大电流大功率软开关全桥变换器拓扑结构分析*杨钰辉 **(南京船舶雷达研究所,江苏南京210003)摘 要:分析研究了低压大电流全桥变换器电路拓扑结构。

分别介绍了功率变压器初级移相控制零电压(ZVS)P WM和移相控制零电压零电流(ZVZCS)P WM软开关全桥变换器主电路拓扑结构,以及功率变压器次级适宜采用的不同电路拓扑形式,并对其优缺点进行了对比分析。

文中简要说明了在变换器输入级加入功率因数校正环节的必要性。

关键词:发射机;变换器;拓扑结构中图分类号:TN830 文献标识码:A 文章编号:1009-0401(2007)04-0047-04 The topol ogical anal ysis of the f u ll bri dge converter based on lo w voltage,h i gh curre nt,h i gh po wer soft s w itchesY ANG Yu hui(N anjing M arine Radar Institute,N anjing210015,China)A bstract:I n th is paper,the topo log ical struct u re o f t h e lo w voltage,h i g h curren,t full bridge(FB) converter is ana l y zed.The m a i n c ircuit topolog ies of the Z VS P WM and ZVZCS P WM based so ft s w itc h i n g,full bridge converters used i n the pri m ary stage of the transfor m er are intr oduced.Besi d es,the d ifferent circu it topolog ical structures of the secondary stage o f the transfor m er are presented w ith the ir advantages and d isadvantages co m pared.The necessity of addi n g a part for pow er factor correction i n the i n put stage of t h e converter is g i v en briefly.K eyw ords:solid state trans m itter;converter;topo l o g i c al structure1 引 言随着固态功率放大技术的发展,固态脉冲雷达发射机所需电源的功率也随之增大。

大电流低电压开关电源拓扑结构和总体设计-设计应用1、电源总体设计电源为恒流源工作方式，其输出电流可在45~90A连续可调，并稳定工作，输出功率1.35kW，采用PWM控制，开关频率30kHz。

图1是电源框架图，图中未画出保护电路框图。

单相220V交流输入经工频整流、滤波后向DC/DC全桥变换器供电。

在电源合闸接入电源电压瞬间，由于电容器上的初始电压为零，电容器初始充电会形成很大的瞬间冲击电流，软启动电路用于防止该瞬间冲击电流，改善电源启动性能，保护EMI滤波器、工频整流器件及电容器等，以保证开关电源正常而可靠运行。

DC/DC全桥变换器主要由四个开关管组成的桥式逆变电路、高频变压器、输出高频整流及滤波电路组成，桥式逆变电路在控制及驱动电路作用下，将直流转换成高频方波交流，再经高频变压器降压以及副边高频整流、滤波后输出直流。

电源控制电路由专用集成芯片SG3525及其外围电路构成PWM调制，经光电隔离、功率放大后直接驱动全桥变换器开关管，由于电源工作在恒流方式，且电流较大，所以应用电流传感器采样输出直流电流作为控制信号，反馈到控制电路，以实现PWM调制，达到稳定输出电流的目的。

2、主电路设计本电源主电路拓扑结构如图2所示，由于该电源具有大电流低电压的特点，对高频干扰信号以及合闸瞬间的浪涌电流非常敏感，因此220VAC/50Hz交流电整流前先经EMI滤波器滤波，大大减小了交流电源输入的电磁干扰，同时防止开关电源产生的谐波串扰到输入电源端。

高频变压器是DC/DC全桥变换器的磁性元件，许多其它主电路元器件的参数设计都依赖于变压器的参数，对其进行合理优化设计非常重要。

本电源的高频变压器设计采用AP法，AP就是指磁芯有效截面积和线圈有效窗口面积的乘积。

磁芯选用一对E型软磁铁氧体，考虑到变换器工作频率，磁芯工作磁感应强度BW设计为0.16T，根据电源主电路拓扑结构，高频变压器的计算功率为：式中AW为磁芯窗口面积；Ae为磁芯有效截面积；K0为窗口使用系数，一般典型值取0.4；Kf为波形系数，本变压器原副边绕组波形为方波，取Kf=4；fs为变压器工作频率（Hz）；J为绕组导线电流密度，设计为400A/cm2。

常见DC/DC变换器拓扑综述Sometimes电源网SIMPLY SMARTER™提要：1.非隔离变换器2.隔离变换器非隔离变换器拓扑•BUCK（降压）类型变换器•BOOST （升压）类型变换器•BUCK－BOOST （升降压）类型变换器BUCK（降压）类型变换器基本BUCK变换器基于耦合电感的BUCK变换器BUCK变换器的并联同步整流BUCK变换器吸收电路，来抑制尖峰。

可以采用直接并联，或者交错并联的方法。

多相交错并联可以减少输入输出电流纹波，更为常用。

并联还需要注意的就是均流问题。

改进的办法：二极管模拟技术BUCK（降压）类型变换器的应用1.通信，工业，消费类电子等降压场合，比如POL，VRM2.适配器前级的PFC电路3.LED的驱动•等等BOOST变换器的应用Boost变换器由于动态响应，保护等问题，在应用领域没有BUCK这么广泛。

但是可以用在一些升压的场合。

最为常见的是PFC应用，由于boost输入电流可以连续，结构简单，是PFC电路的主流拓扑这个拓扑，当终导通的时候，可作为间切换。

隔离变换器拓扑1.Flyback2.Forward3.Push Pull4.Half Bridge5.Full Bridge6.ZVS7. ResonantD2，D3也是用来钳位漏感尖峰，并不是用来复位。

原边的电容可以是一个或者两个，稳态时候是一样的，但是启动时候，略有差别。

3.不对称控制方式LLC半桥变换器现在比较流行的谐振变换器。

可以实现比较完全的软开关。

但是由于是变频控制，在适应宽电压输入，以及过流限流方面比较困难。

LLC全桥大功率谐振变换器其他事实上，DC/DC的拓扑还远不止如此，很多拓扑由于不是很常用，不为人熟知，比如CUK，ZETA，推挽正激，四开关推挽，隔离Boost拓扑群，不对称反激变换器，LCC谐振变换器，以及单级PFC，串并联组合拓扑等等。