开关电源拓扑结构分析

开关电源拓扑结构分析

开关电源拓朴结构分析FAE NAME:CARY.CHEN SZ2

开关电源拓扑结构分析

电源的分类什么是Power Supply?上 级 电 能 形 式 Vin, Iin Vo, Io f, phase Power Supply 负载

f, phase

Power Supply是一种提供电力能源的设备，它可以将一种电力能源形式 转换成另外一种电力能源形式，并能对其进行控制和调节。

根据转换的形式分类: AC/DC,

DC/DC, DC/AC, AC/AC

根据转换的方法分类: 线性电源，相控电源，开关电源 根据调控的效果分类: 稳压， 恒流， 调频，调相

根据调控的方法分类: 传统反馈控制，矢量控制，数位控制2

开关电源拓扑结构分析

开关电源的元件构成开关电源的基本元件：

有源开关(Switch)

二极管(Diode)

电感(Inductor)

电容器(Capacitor)

变压器(Transformer) 3

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三种基本的非隔离开关电源D

L

Vo Io

S Vin

Vo=Vin *D

Vo<Vin, 降压型电路

L Vin

D

Vo Io

S

Vo=Vin /(1-D)

Vo>Vin, 升压型电路

D

L

Vo Io

S1 VinD

Vo<Vin, 当D<0.5 Vo=Vin *D/(1-D) Vo>Vin 当D>0.5

S2

升降压型电路4

开关电源拓扑结构分析

三种基本的隔离开关电源L Vin

Lm

D

Vo

Vin

D1D2

Vo

S

S

反激型变换器

正激型变换器

Vin

S2 D1

L Vo

S1

D2

桥式变换器5

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反激变换器(Flyback)工作原理 (电流连续模式)n:1D

Vin

Vo

IoVgs D

T 1-DVin+nVo

Lm Co

Vin

Vds D G S Im ID-p Ip

根据变压器的伏秒平衡：Vin * DT nVo * (1 D)TVds Vin nVo

ID

Vo

Vin * D n * (1 D)VL Vin

Io

Vin Vds (1 D)

-nVo 6

开关电源拓扑结构分析

反激变换器(Flyback)工作原理 (电流断续模式)n:1D

Vin

Vo

IoVgs D

T 1-DVin+nVo

Lm Co

Vds D G S Im ID-p ID

Vin

根据变压器的伏秒平衡：Vo Vin * D n * (1 D)Vo ' Vo

根据能量守恒：1 Vo 2 Lm Ip T 2 RVinDT Ip Lm2

Io

VL

Vin

RT Vo VinD 2 Lm

-nVo-nVo’ 7

开关电源拓扑结构分析

反激变换器(Flyback)工作原理(1)n:1D

Vin

Vo

IoVgs DVr

T 1-DVin+nVo

Lm CoLk D G S

Vin

Vds Ip Im ID-p IDIo

Vr=?

I D Vo (1 D)T / LmI D p Io I D 1 D 2

Ip 1 2

I D p n

VL

Vin

CdsVr 2 1 LkIp2 2

Vr

Lk * Ip Cds

-nVo 8

开关电源拓扑结构分析

反激变换器(Flyback)工作原理(2)n:1D

Vin

Vo

Io

R Vc

Lm CoLk D G S

Vc

Ploss=(Vc-Vin)2/RVcLk D

R

GS

Ploss=(Vc)2/R9

开关电源拓扑结构分析

反激变换器(Flyback)工作原理(3)n:1D T Vo Vgs

Vin

DVr

1-DVin+nVo Vin

Io

Lm CoLk D G S ID Im ID-p Vds

Ip

ICo I D p I o /(1 D)

Io

ΔVo=?根据Co在DT时间的基本方程：C VO I O DT VO I O DT / C

ICo-Io

Vo 10

开关电源拓扑结构分析

反激变换器(Flyback)工作原理(4)

多路输出的反激变换器：Vin Np Ns1 Lm Vo2 Ns2 Vo1

Vo1

Ns1*Vin * D Np * (1 D) Ns 2 *Vin * D Np * (1 D)

Vo 2

Lk G

减小交叉调整率的措施：1.反馈控制

尽量减少两个绕组之间的漏感。 在辅助输出一路中加入尖峰抑 制器(饱和电感) 主路输出工作于电流连续模式。 采用双路加权反馈的控制方式11

2

. 3. 4.

开关电源拓扑结构分析

反激变换器(Flyback)特征总结

Vin

Np Ns1 Lm

Vo1

优点：1. 2. 电路简单。 输入电压范围广。 容易实现多路输出。

Vo2 Ns2

3.

Lk G

缺点：1.反馈控制

输出纹波电流大。

2.3. 4.

输出控制特性非线性。通常需要辅助的吸收回路。 转换效率较低。

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谐振复位正激变换器(Resonant Reset Forward)(1)

T Vinn:1

Lo

Vo Io

Vgs

D

1-D

Lm

IL Vds Ip Lk D S IL

Vin

Cr

Ipt0 t1 t2 t3

Imt4 t5Io

G

ΔIL

[t0, t1] I m VinDT / Lm I L (Vin / n Vo) DT / LoVL Vin/n-Vo

I P I m n I L

-Vo 13

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谐振复位正激变换器(Resonant Reset Forward)(2)

T Vinn:1

L

Vo Io

Vgs

D

1-D

Lm

IL Vds Ip Lk D S IL

V1

VcVin

Cr

Ipt0 t1 t2 t3

Imt4 t5Io

G

ΔIL

[t1, t2] 2I p V1 Vc I m Lk Lm VL Vin/n-Vo

-Vo 14

开关电源拓扑结构分析

谐振复位正激变换器(Resonant Reset Forward)(3)

T Vinn:1

L

Vo Io

Vgs

D

1-D

Lm

IL Vds Ip Lk D S IL

V1

VcVin

Cr

Ipt0 t1 t2 t3

Imt4 t5Io

G

ΔIL

[t2, t3]Vc Vin DT 2 Lm CrVL Vin/n-Vo

-Vo 15

开关电源拓扑结构分析

谐振复位正激变换器(Resonant Reset Forward)(4)

T Vinn:1

L

Vo Io

Vgs

D

1-D

Lm

IL Vds Ip Lk D S IL

Vin

Cr

Ipt0 t1 t2 t3

Imt4 t5Io

G

ΔIL

[t3, t4]t 4 t1 LmCrVL Vin/n-Vo

Lm,Cr的选取原则：Lm * Cr 1

2

(1 Dmax ) 2 T 2

-Vo 16