带隔离变压器的直流变换器1

第3章 直 流 变 换 器直流变换器，即直流-直流变换器，是将一种直流电源变换为另一种具有不同输出特性的直流电源。

直流变换是为解决系统效率，特别是大功率系统的效率而提出的解决方案。

它是一种将直流电能变换成负载所需的电压或电流可控的直流电能的电力电子装置。

它通过对电力电子器件的快速通、断控制而把恒定直流电压斩成一系列的脉冲电压，通过控制比的变化来改变这一脉冲序列的脉冲宽度，以实现输出电压平均值的调节，再经输出滤波器滤波，在被控负载上得到电压或电流可控的直流电能。

直流变换器按照电路拓扑可以分为基本的不带隔离变压器的直流变换器和带隔离变压器的直流变换器两大类。

基本的直流变换器是通过开关管，再经电容、电感等储能滤波元件将输入的直流电压变换为符合负载要求的直流电压或电流。

这种变换器适用于输入输出电压等级相差不大，且不要求电气隔离的应用场合。

基本的直流变换器有多种电路接线形式，根据其电路结构及功能分类，本章将讨论以下四种基本类型：（1）Buck 直流变换器；（2）Boost 直流变换器；（3）Buck-Boost 直流变换器；（4）Boost-Buck 直流变换器。

其中，（1）、（2）两种是直流变换器最基本的结构；（3）、（4）是前两种基本结构的组合形式。

本章将详细分析上述四种变换器的基本原理和稳态工作特性，分析过程中，为便于理解把变换器中的功率器件看作理想开关，并且对电路中电感和电容的损耗忽略不计。

此外还假定变换器的直流输入电源为理想的恒压电压源。

直流变换器输出端所带负载常用一等效电阻来表示。

而在直流电机驱动中，电机负载可表示为直流电压与绕组电阻和电感的串联等效电路。

3.1 基本直流变换器3.1.1 Buck 直流变换器Buck 变换器（又称作降压变换器）就是将直流输入电压变换成相对低的平均直流输出电压。

它的特点是输出电压比输入的电压低，但输出电流比输入电流高。

它主要用于直流稳压电源中，在这些应用场合，变换器的输出电压可根据输入电压和负载阻抗进行调节。

隔离型dcdc转换器工作原理
隔离型DC-DC转换器是一种能够将输入直流电压转换为输出直流电压的电子装置。

其工作原理基于电磁感应原理和开关技术。

隔离型DC-DC转换器通常由输入端、输出端和一对隔离变压器构成。

其工作步骤如下：
1. 输入电压通过输入端进入转换器。

输入电压可以是直流电源或者是其他形式的电源，例如直流电池。

2. 输入电压通过电容器进行滤波和稳压，确保输出电压稳定和干净。

3. 输入电压进入一个开关器件，例如MOSFET或者IGBT，通过控制开关器件的导通时间和截止时间，控制输入电压在隔离变压器的初级绕组中的输入时间。

4. 隔离变压器的初级绕组通过电磁感应作用将输入电压传递到次级绕组，同时将电压进行变换。

隔离变压器的绝缘层能够阻隔输入侧和输出侧之间的电流和电压，确保电气隔离性。

5. 变压器的次级绕组通过输出电容器进行滤波，将输出电流稳定和平滑，产生所需的输出电压。

6. 输出电压通过输出端给外部负载供电，为外部设备提供所需的电能。

隔离型DC-DC转换器可以通过调整开关器件的占空比和频率来控制输出电压的大小。

当需要改变输出电压时，控制电路会相应地改变开关器件的工作状态，以实现输出电压的调整。

这种转换器常用于电力电子和通信系统中，能够提供高效率、稳定的电源转换。

第3章 直流-直流变换电路 习题（3）
第1部分：填空题
1. 带隔离变压器的DC-DC 变换器的基本类型包括单端正激变换器和单端反激变换器，其中单端是指变压器磁通 变化。

2.正激变换器是指在开关管 时电源将能量直接传送给负载。

3.反激变换器是指在开关管 时电源将电能转为磁能储存在电感（变压器）中，当开关管 时再将磁能变为电能传送到负载。

第2部分：简答题
1. 画出隔离型Buck 变换器的电路结构并简述其工作原理。

2. 隔离型Buck 变换器在正常工作时为什么要设定最大占空比？
3. 画出隔离型Buck-Boost 变换器的电路结构并简述其工作原理。

4. 为什么反激式变换器不能在空载下工作？
第3部分：计算题
1.设计题图3－5所示的单端反激DC/DC 变换器。

输入直流电压Vs=12V ±10%，开关频率fs=100KHz ，额定负载电流1A ，最小负载电流0.1A ，要求输出电压Vo 恒定为48V ，电压纹波小于1%。

选择变压器变比N2/N1＝4，当电源电压±10%波动时，为了使输出电压恒定，占空比应在什么范围调节？
题图3－5
2.设计题图3－6所示的单端正激DC/DC 变换器。

输入直流电压Vs=48V ±10%，开关频率fs=100KHz ，额定负载电流1A ，最小负载电流0.1A ，要求输出电压Vo 恒定为12V ，电压纹波小于1%。

N1＝N3时，确定最大占空比，并确定升压比N2/N1的允许范围？
2s V O
F 题图3－6。

隔离双向dcdc变换器工作原理隔离双向DC-DC变换器是一种常见的电力电子转换器，用于在不同电压等级之间进行能量转换。

它具有两个方向的能量流，可以将电能从输入端转换到输出端，也可以将电能从输出端转换到输入端。

本文将详细介绍隔离双向DC-DC变换器的工作原理。

一、隔离双向DC-DC变换器的基本结构隔离双向DC-DC变换器由输入端、输出端、开关管、电感和电容等组成。

其中，开关管用于控制能量流的方向，电感和电容则用于实现能量的存储和平滑输出。

在工作过程中，输入端和输出端之间通过变压器进行隔离，这样可以实现输入端和输出端之间的电气隔离，提高系统的安全性。

二、隔离双向DC-DC变换器的工作原理隔离双向DC-DC变换器的工作原理可以分为两个方向：正向工作和反向工作。

1. 正向工作在正向工作模式下，输入电压Vin经过输入端的电感Li和电容Ci 进行滤波后，进入开关管，然后通过变压器传递到输出端。

在这个过程中，开关管周期性地打开和关闭，通过调整开关管的导通和关断时间，可以控制输出电压Vout的大小。

当开关管导通时，能量从输入端传递到输出端；当开关管关断时，能量则通过电感Li和电容Ci进行存储。

通过不断重复这个过程，可以实现输出端对输入端的能量转换。

2. 反向工作在反向工作模式下，输入电压Vout经过输出端的电感Lo和电容Co 进行滤波后，进入开关管，然后通过变压器传递到输入端。

与正向工作模式类似，通过调整开关管的导通和关断时间，可以控制输出电压Vin的大小。

当开关管导通时，能量从输出端传递到输入端；当开关管关断时，能量则通过电感Lo和电容Co进行存储。

通过不断重复这个过程，可以实现输入端对输出端的能量转换。

三、隔离双向DC-DC变换器的优势隔离双向DC-DC变换器相比其他类型的变换器具有以下几个优势：1. 双向能量流：隔离双向DC-DC变换器可以实现双向能量流，既可以将能量从输入端转换到输出端，也可以将能量从输出端转换到输入端。

MIT电力电子课程笔记D.Perreault★★隔离式DC/DC变换器动机：1 在输入和输出之间实现电器隔离 2 高传输比3 容易生成多路输出★第一个例子（Flyback变换器，间接变换类型）VoutD=−Vin1−D，D为占空比。

插入一个变压器后DVin+(1−D)N1Vout=0N2VoutDN2=()Vi n1−DN1将磁路设计成一个元件：具有气隙的电感，能量存贮在励磁电感中。

例如：Flyback变压器。

圆圈的第一部分：能量通过线圈1存储在变压器中。

圆圈的第二部分：通过线圈2能量流出变压器。

1 能量存贮在变压器的励磁电感之中，像电感一样设计，只不过多出第二个线圈。

2 可以通过绕线的方向改变输出电压的极性。

3 可以使用接地的主开关4 变比可以减小开关的容量5 通过增加绕组来增加输出端口数变压器隔离同样可以用在直接类变换器中。

★隔离式buck变换器本质上就是buck加上变压器隔离。

开关导通的时候：Vx=(开关关断：Vx=0N2)VinN1VoutN2=()D可以推导出，VNin1考虑励磁电感效应，必须要求<Vµ>=0，否则核心将会饱和。

必须要为励磁电流iµ提供一条路径，直到核心回到零磁通。

(与Flyback变换器不同，励磁电感在此处并不需要)。

必须要使核心的磁通在每个周期都能回到零磁通。

一个简单的办法，钳位复位电路。

λµ=Lµiµ=N1BcoreAc，所以Bcore=LµN1Aciµ核心的峰值磁通BPK=VinDTN1Ac我们要确保Vµdt→0，即能够使核心复位。

否则，核心的磁通会因为电流随着时间不断漂移，最终达到饱和。

∫所以，Vz(1−D)T≥VinDT⇒Vz≥Vin即VpkD1−D，开关的峰值电压为输入电压加上齐纳电压，Vin1−DD=Vin+Vz。

V≥V()+V()=inin故pk。

当Dmax=0.5时，Vpk=2Vin；1−D1−D1−D当Dmax=0.75时，Vpk=4Vin。

隔离双向dcdc变换器工作原理隔离双向DC-DC变换器是一种高效率的电力转换器件，其主要作用是将直流电能转换为另一种电压或电流形式。

与传统单向DC-DC变换器不同，双向DC-DC变换器可以实现电力的双向传输，即可以将电能从一个电源传输到另一个电源，也可以将电能从负载传输回电源。

在能源存储系统、电动汽车和太阳能光伏系统等领域中得到了广泛应用。

隔离双向DC-DC变换器的基本工作原理是采用高频交流变压器进行电力转换。

变压器的输入端接入电源，变压器的输出端接入负载。

当电源输入电压较高时，经过变压器降压后，输出到负载端的电压会相应升高。

当负载端产生电压时，经过变压器升压后，输出到电源端的电压也会相应升高。

隔离双向DC-DC变换器的关键部件是高频交流变压器。

变压器的工作频率一般在几十kHz到数百kHz之间。

变压器的匝数比决定了输入端和输出端的电压比例。

变压器的磁芯材料也非常重要，一般采用高磁导率的铁氧体材料，以提高变压器的效率和功率密度。

隔离双向DC-DC变换器的控制方式有很多种，其中比较常见的是PWM控制方式。

通过控制PWM信号的占空比，可以实现对输出电压的调节。

当负载端产生电压时，PWM信号的占空比会相应减小，使输出电压下降，从而使电能从负载端传回电源端。

当电源端输出电压较高时，PWM信号的占空比会相应增大，使输出电压升高，从而将电能从电源端传送到负载端。

隔离双向DC-DC变换器的优点是功率密度高、效率高、输出电压稳定、负载适应性强等。

因此，隔离双向DC-DC变换器被广泛应用于电动汽车的电力转换、太阳能光伏系统的电力管理、电力电子设备的稳压等领域。

隔离双向DC-DC变换器是一种高效率、高稳定性的电力转换器件，其基本工作原理是采用高频交流变压器进行电力转换，控制方式多样。

随着新能源技术的不断发展，隔离双向DC-DC变换器的应用前景将会越来越广阔。