1、正激變換器1正激變換器的工作原理正激變換器2Forward converter (正激變換器)Forward converter 是在Buck converter 中插入一個transformer 得到的.特點:1.電路比較簡單,銅耗較低;2.輸出電壓電流紋波較小;3.變壓器磁芯單邊磁化;4.開關管峰值電流較低;5.變壓器是個純粹的變壓器;6.變壓器鐵芯不必加氣隙; 但在有的鐵芯中為了減少Br,需加很小的氣隙.一, 基本電路電感不能省去磁能量在磁場中而不是在去磁線圈的電流里關斷時的電流與關斷時去磁回路的電流不等，因為能量相等而匝數不一樣LIE221正激變換器3二, 基本工作原理Q turned

2、 ONBrBSB = Bmax - BrImIm(max)正激變換器4二, 基本工作原理(續) 0, TonQ turned ONinVdtdW1sinTDWV1)(tLViPinMP正激變換器5二, 基本工作原理(續) Ton, TrQ turned OFFinWVV3復位繞組的電壓為:原副邊繞組上的電壓為:inWinWVKVVKV232131Where K13 = W1/W3, K23 = W2/W3正激變換器6二, 基本工作原理(續)Ton, TrQ turned OFFininQVKVV13Q上的電壓:Vin反向加在復位繞組W3上, 故磁通減小:inVdtdW3SRinTDWV3)(W

3、here DR = (Tr-Ton) / Ts正激變換器7二, 基本工作原理(續) Tr, Ts Q turned OFFQ off, & resetinQVVQ上的電壓:勵磁電流iM從W1轉移到W3上后, 減小到零:)(133onPinonPinWTtLVTLVKi到Tr時刻后, 所有繞組中電流為零, 電壓也為零.正激變換器8三. 輸入端電流電壓關系UP,IP)()(rmsPrmsPinininIUIVPinPrmsPVDUDU)(inPavePDVDUU)(inPVUinrmsPIDI1)(1)由(1)得PrmsPIDI)(PavePDII)(inavePII)(inPIDI1(2)(3)

4、正激變換器9US,IS四. 輸出端電流電壓關系DSrmsSrmsSoutoutoutVIIUIVP)()(DVVUDUDoutSrmsS/ )()(DoutSaveSVVDUU)(DVVUDoutS/ )(outSII (4)由(4)得SrmsSIDI)(SaveSDII)(outrmsSIDI)(outaveSDII)(,(5)(6)正激變換器10五. 磁通復位的關系BrBSB = Bmax - BrImIm(max)MPsPiniDTLV)(PPMPsinNLiDTV同理，可得)(RRMRsRinNLiTDV因為磁通復位，有)()(RRPNDND(7)(6)(6“)DDR1where正激變

5、換器11五. 磁通復位的關系(續)BrBSB = Bmax - BrImIm(max)UPUSVoutVinCfLfNPNSNRQDRQ關斷時,開關管上的耐壓為inRPinPinQVNNVUVUinPRDRRVNNU復位線圈箝位二極管的反向承壓為考慮Q的耐壓和變壓器窗口的利用率,因此,一般復位繞組NR取NP一樣. 即SPNN 正激變換器12最大占空比限制正激變換器13六,原副邊電流的關系UPUSVoutVinCfLfNPNSNRBrBSB = Bmax - BrImIm(max)2(min)(max)SSoutLfiiII同理，可得sfoutDSSSSDTLVVUiii)(min)(max)由

6、(8),(9)和(5)可得到sfDoutoutSTLVVDIi2)(1 (max)(8)(9)電感Lf上的電流平均值為輸出電流Iout.即sfDoutoutSTLVVDIi2)(1 (min)(10)(11)1,副邊電流正激變換器14六,原副邊電流的關系LfVoutVinUPUSCfNPNSNRBrBSB = Bmax - BrImIm(max)(14)(12)(13)2(max)2)1 (PSfinsoutPSPLNNLVDTDINNi2(min)2)1 (PSfinsoutPSPLNNLVDTDINNi由(6)和(12)可得原邊電流最大值MPPLPiii(max)(max)2,原邊電流正激

7、變換器15七. 元器件的選擇BrBSB = Bmax - BrImIm(max)UPUSVoutVinCfLfNPNSNRQQ所承受的電壓為1.開關器件Q(max)(max)inRPinQVNNVUQ所流過的最大電流為(max)PQiI(15)(16)MPPLii(max)正激變換器16七. 元器件的選擇1.開關器件QIPL2(min)(max)1 (PSfinsPLPLNNLVDTDiiiPLiMUPUSVoutVinCfLfNPNSNRQ正激變換器17七. 元器件的選擇UPUSVoutVinCfLfNPNSNRQD1D22.整流二極管D1, D2, DRD1所承受的電壓為(max)1inR

8、SRDVNNUD1所流過的最大電流為(max)1SDiI(17)(18)sfDoutoutTLVVDI2)(1 (正激變換器18七. 元器件的選擇UPUSVoutVinCfLfNPNSNRQD1D22.二極管D1, D2, DRD2所承受的電壓為(max)2inPSRDVNNUD2所流過的最大電流為(max)2SDiI(19)(20)sfDoutoutTLVVDI2)(1 (注意：N的下標正激變換器19七. 元器件的選擇2.二極管D1, D2, DRDR所承受的電壓為(max)inPRDRRVNNUDR所流過的最大電流為PsinRPMPRPMRDRLDTVNNiNNiI(max)(21)(22

9、)UPUSVoutVinCfLfNPNSNRQD1D2正激變換器20七. 元器件的選擇UPUSVoutVinCfLfNPNSNRQD1D2IoutiLfVoppVoutC所承受的電壓為oppoutCVVU21Cf的容量(23)(24)3.濾波電容Cf假定電感上的電流連續. 事實上,在設計電感時必須滿足電流連續這一條件.oppfSsVCiTdtiq2221正激變換器21七. 元器件的選擇UPUSVoutVinCfLfNPNSNRQD1D2IoutiLfVoppVout(25)3.濾波電容Cf把(9)式28)(1 (soppfDoutffVLVVDCsfoutDsfoutDSSTLVVDDTLVV

10、Ui)(1 ()(代入(24), 有正激變換器22七. 元器件的選擇UPUSVoutVinCfLfNPNSNRQD1D2iLfA, Lf電感量的確定4. 濾波電感Lf的設計電感量大,對平滑輸出電流電壓有好處,同時減小了變壓器的銅耗;但電感器體積和重量增加,且Q, 和D1的開通損耗, D2的反向恢復損耗增大.電感量小, 輸出電流電壓的紋波增加,變壓器的銅耗增加些;但電感器體積和重量減小,且Q, 和D1的開通損耗, D2的反向恢復損耗也降低了.為此,一般取電感量Lf為額定電流臨界連續的電感量Lfmin的1.3倍.outsfoutDSITLVVDi2)(1 (min(26)正激變換器23七. 元器件

11、的選擇UPUSVoutVinCfLfNPNSNRQD1D2iLfA, Lf電感量的確定(續)4. 濾波電感Lf的設計soutoutDffIVVDL2)(1 (min(27)soutoutDfffIVVDLL2)(1 (3 . 13 . 1min(28)正激變換器24UPUSVoutVinCfLfNPNSNRQD1D2iLf七. 元器件的選擇4. 濾波電感Lf的設計B.選定磁芯材料和型式-B,Bm根據工作頻率,磁化形式,傳輸功率,線圈繞組的繞制等要求,以及磁芯的磁化曲線,供貨情況等來確定磁芯材料. C.確定磁芯型材的大小-Ae,AW,lm由電流密度參數法,有jBkIILAAmWrmsfWemax

12、(29)一般取0.4此頁之后的內容在講完變壓器電抗器設計之后才細講。正激變換器25七. 元器件的選擇UPUSVoutVinCfLfNPNSNRQD1D2jBkILAAmWfWeout26(30)4. 濾波電感Lf的設計iLfoutSIiI2(max)max正激變換器26七. 元器件的選擇UPUSVoutVinCfLfNPNSNRQD1D24. 濾波電感Lf的設計D. 根據電流大小和選定磁芯確定電感線圈匝數NLmaxLIN由磁鏈公式, 可得meoutfLBAILN2(31)正激變換器27七. 元器件的選擇UPUSVoutVinCfLfNPNSNRQD1D24. 濾波電感Lf的設計E. 根據電流大

13、小確定氣隙長度lgNIFmax)(0eFeFeelgmmAlAklRU由kirchhoff 磁壓定律:FUm得)(0maxeFeFeelgAlAklNI(32)正激變換器28七. 元器件的選擇UPUSVoutVinCfLfNPNSNRQD1D2進而, 有emoutflgFeFeABILkll2204最后可得gl(33)4. 濾波電感Lf的設計E. 根據電流大小確定氣隙長度lg(續)maxLIN由磁鏈公式, 可得,)(0maxmaxeFeFeelgAlAklLII正激變換器29七. 元器件的選擇UPUSVoutVinCfLfNPNSNRQD1D24. 濾波電感Lf的設計E. 根據電流大小確定氣隙

14、長度lg(續)或直接由(32)式計算 , 可得)2(0FeFemLoutlglBNIkl(34)正激變換器30七. 元器件的選擇UPUSVoutVinCfLfNPNSNRQD1D25. 變壓器的設計A.選定磁芯材料和型式-根據工作頻率,磁化形式,傳輸功率,線圈繞組的繞制等要求,以及磁芯的磁化曲線,供貨情況等來確定磁芯材料. B.確定磁芯型材的大小-Ae,AW,lm由電流密度參數法,有jkIkIkIkAAWrmsRRrmsSSrmsPPWe)()()(35)正激變換器31七. 元器件的選擇5.變壓器的設計UPUSVoutVinCfLfNPNSNRQD1D2BfDUANksPePPwhereBfD

15、UANksRineRRBfDUANksSeSS(36)取NP=NR, 故kp=kR正激變換器32七. 元器件的選擇UPUSVoutVinCfLfNPNSNRQD1D2(39)中的PM與Pin相比很小時,為計算方便,PM可忽略5.變壓器的設計令sWMoinWeBfjkPPPDAA(39)outDoutoutoVVVPP)(37)sPinMfLDVP3)(2(38)inMPinrmsMPinMIiDIIDPP3)(PsinMPrmsMRLfDVDiDI33)(38)正激變換器33七. 元器件的選擇UPUSVoutVinCfLfNPNSNRQD1D25.變壓器的設計根據(39),確定磁芯的大小. 于

16、是得到Ae,AW,lmC.確定原副邊繞組和去磁繞組匝數-NP,NS,和NR由(2),(5)知,)(inPSSDoutDVNNDUVV所以, 有max(min)min(max)DVDVinin(40)于是由(36)可得,esinPRBAfDVNNmaxesDoutSBAfVVN(41)(42)正激變換器34七. 元器件的選擇5.變壓器的設計UPUSVoutVinCfLfNPNSNRQD1D2D.確定原副邊線圈導線截面-AP,AS由(3),(6)和(38),可得jIDjIAoutrmsSSmax)(43)(44)jVDPjUPjIAininrmsPinrmsPP(min)max)()(jLfDVD

17、jLfDVDAPsinPsinRmax(min)max33(45)正激變換器35七. 元器件的選擇5.變壓器的設計E.關于變壓器磁芯氣隙問題BSBS磁場強度H或電流I沒有加氣隙的B - H曲線加氣隙后的B - H曲線BUPUSVoutVinCfLfNPNSNRQD1D2正激變換器36BSBS磁場強度H或電流I加氣隙后的B - H曲線B七. 元器件的選擇5.變壓器的設計E.關于變壓器磁芯氣隙問題(續)1)加氣隙后,能減小Br,對增加B有好處.但減小了激磁電感LP,也即增大了激磁電流;2)變壓器鐵芯不必加氣隙; 當鐵芯的磁滯回線Br較大時,才考慮加很小的氣隙.UPUSVoutVinCfLfNPNSNRQD1D2正激變換器37Vin八. 關于緩沖電路UPIinIPStrategy 1USVoutCfLfNSD1D2D1UPIinIPStrategy 2USVoutCfLfNSD2VinIinIPVoutLfNSD1VinUPStrategy 3USCfD2正激變換器381. RCD snubberwithoutWi