1、開關電源拓樸結構分析開關電源拓樸結構分析FAE NAME：CARY.CHENSZ22電源的分類電源的分類什么是什么是Power Supply?Power Supply負載Vin, IinPower Supply是一種提供電力能源的設備，它可以將一種電力能源形式轉換成另外一種電力能源形式，并能對其進行控制和調節。上級電能形式Vo, Io f, phasef, phase根據轉換的形式分類: AC/DC, DC/DC, DC/AC, AC/AC根據轉換的方法分類: 線性電源，相控電源，開關電源根據調控的效果分類: 穩壓， 恒流， 調頻，調相根據調控的方法分類: 傳統反饋控制，矢量控制，數位控制3開

2、關電源的元件構成開關電源的元件構成開關電源的基本元件：開關電源的基本元件：有源開關有源開關(Switch)二極管二極管(Diode)電感電感(Inductor)電容器電容器(Capacitor)變壓器變壓器(Transformer)4三種基本的非隔離開關電源三種基本的非隔離開關電源VinVoLIoSDVinVoDLIoS1DS2VinVoDLIoSVo=Vin *D/(1-D)Vo=Vin *DVo=Vin /(1-D)VoVin, 升壓型電路VoVin, 當DVin 當D0.5 升降壓型電路5三種基本的隔離開關電源三種基本的隔離開關電源VinVoSLmDVinVoLSD1D2VinVoLS1

3、D1D2S2正激型變換器反激型變換器橋式變換器6反激變換器（反激變換器（Flyback）工作原理工作原理 （電流連續模式）（電流連續模式）根據變壓器的伏秒平衡：TDnVoDTVin)1 (*)1 (*DnDVinVoIoVinVoGDSLmDn:1ConVoVinVds)1 (DVinVdsVgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nV oImVLVin-nVoID-p7反激變換器（反激變換器（Flyback）工作原理工作原理 （電流斷續模式）（電流斷續模式）根據變壓器的伏秒平衡：)1 (*DnDVinVoIoVinVoGDSLmDn:1CoVgsIDVdsD1-DTIoVinVin+n

4、V oImVLVin-nVoID-p-nVoVoVo TRVoLmIp2221根據能量守恒：LmVinDTIpVinDLmRTVo28反激變換器（反激變換器（Flyback）工作原理（工作原理（1）221221LkIpCdsVr nIIppDVgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nV oImVrVLVin-nVoID-p21DopDIDIIVr=？IoVinVoGDSLmDn:1LkCoLmTDVoID/)1 ( IpCdsLkVr*9反激變換器（反激變換器（Flyback）工作原理（工作原理（2）VcIoVinVoGDSLmDn:1LkCoVcRPloss=(Vc-Vin)2/RG

5、DSLkVcRPloss=(Vc)2/R10反激變換器（反激變換器（Flyback）工作原理（工作原理（3）Vo=？IoVinVoGDSLmDn:1LkCo)1/(DIIIopDCoVgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nV oImVrICoID-p-IoVoDTIVCOOCDTIVOO/根據Co在DT時間的基本方程：11反激變換器（反激變換器（Flyback）工作原理（工作原理（4）多路輸出的反激變換器：多路輸出的反激變換器：)1 (*11DNpDVinNsVo)1 (*22DNpDVinNsVo減小交叉調整率的措施：減小交叉調整率的措施：盡量減少兩個繞組之間的漏感。在輔助輸出一路

6、中加入尖峰抑制器（飽和電感） 主路輸出工作于電流連續模式。1.采用雙路加權反饋的控制方式VinVo1GLmNpLkVo2Ns2Ns1反饋控制12反激變換器（反激變換器（Flyback）特征總結特征總結缺點：缺點：輸出紋波電流大。輸出控制特性非線性。通常需要輔助的吸收回路。1.轉換效率較低。VinVo1GLmNpLkVo2Ns2Ns1反饋控制優點：優點：電路簡單。輸入電壓范圍廣。 1.容易實現多路輸出。13諧振復位正激變換器（諧振復位正激變換器（Resonant Reset Forward)（1）Ion:1VinVoLoGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVin

7、IL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt0, t1t5LmVinDTIm/LoDTVonVinIL/)/(LmPInII14諧振復位正激變換器（諧振復位正激變換器（Resonant Reset Forward)（2）Ion:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt1, t2t5LmLkIIVVmpc211VcV15諧振復位正激變換器（諧振復位正激變換器（Resonant Reset Forward)（3）Ion:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-

8、Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt2, t3t51VcVcVrminCLDTV216諧振復位正激變換器（諧振復位正激變換器（Resonant Reset Forward)（4）Ion:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt3, t4t5LmCrtt 14Lm,Cr的選取原則：22max2)1 (1*TDCrLm17諧振復位正激變換器（諧振復位正激變換器（Resonant Reset Forward)（5）Ion:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-

9、DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt4, t5t5(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T根據電感的伏秒平衡：Vo=VinD/n18諧振復位正激變換器（諧振復位正激變換器（Resonant Reset Forward)特征特征VinVoCr缺點：缺點：原邊開管電壓應力較高。諧振電容的損耗大。1.寬范圍輸入效率很難兼顧。優點：優點：電路簡單。線性輸出控制特性。1.不需要輔助的吸收回路。 VinVoCrVinVoCr19有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)（1）Ion:1VinVoL

10、oGDSSaILVdsDTIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLkCrt0t1 t2 t3t4Ipt0, t1t5LmVinDTIm/LoDTVonVinIL/)/(LmPInIIS1S1Sa1-D+VT-20有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)（2）Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt1, t2t5LkIpttVcIm)() 12(S1S1Sa1-D+VT-VcLknIott/*)/() 12(1td2td* 副邊電

11、壓的死區跟Lk和Io有關，跟原邊開管的死區無關21有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)（3）Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt2, t3t5S1S1Sa1-D+VT-) 12(1tttd1td2tdSa在零電壓條件下開通* 原邊開管的死區時間需滿足：22有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)（4）Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL

12、ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt3, t4t5S1S1Sa1-D+VT-1td2td激磁電流反向，變壓器被復位LmTDVcIm/)1 ( 23有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)（5）Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt4, t5t5S1S1Sa1-D+VT-1td2td激磁電流對主開關的輸出電容放電。t6=t024有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)（6）Ion:1Vi

13、nVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt4, t5t5S1S1Sa1-D+VT-1td2td激磁電流對主開關的輸出電容放電。t6=t025有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)（7）Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt5, t6t5S1S1Sa1-D+VT-1td2tdt5時刻副邊二極管鉗位主開關的輸出電容放電結束。t6時刻新的周期開始t6=t026有

14、源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)（8）Ion:1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinIL ILLmLk-Vc+t0t1 t2 t3t4Ipt5S1S1Sa1-D+VT-1td2tdt6=t0(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T根據電感的伏秒平衡：Vo=VinD/nVinDT=Vc(1-D)T根據變壓器的伏秒平衡：Vc=VinD/(1-D)Vds=Vc+VinVds=Vin/(1-D)27有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)（9）00.10.20.

15、30.40.50.60.70.80.91012345678910Vc D()Vds D()DVc=VinD/(1-D)Vds=Vin/(1-D)Vin28有源鉗位正激變換器（有源鉗位正激變換器（Active Clamped Forward)（10）VinVoVinVoVinVoSaSaSa缺點：缺點：鉗位電壓建立較慢，啟動過程變壓器易偏磁。1.對輸入電壓的動態響應慢。優點：優點：變壓器最優化復位（電壓應力低）。輸入電壓范圍寬。線性輸出控制特性。1.不需要輔助的吸收回路。 29橋式變換器（橋式變換器（Bridge Type Converter)VinVoLS1D1D2S2半橋變換器VinVoLS

16、1D1D2S2全橋變換器VinVoLS1D1D2S2推挽變換器VinVoS1D2S2半橋變換器（倍流整流）30橋式變換器（橋式變換器（Bridge Type Converter)（1）VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoCBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2Vct0, t1變換器正半周工作，Ip, Im增加；Vc減少。LmDTVinIm/2) 12/()/(CDTnIoVcC1C131橋式變換器（橋式變換器（Bridge Type Converter)（2）VinVoLoS1D

17、1D2S2n:1+1LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2VcC1CC1Vin/2t1, t2S1關斷，變壓器副邊續流，原邊漏感能量被S2體二極管鉗位。32橋式變換器（橋式變換器（Bridge Type Converter)（3）VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2VcC1CC1Vin/2t2, t3S1，S2全部關斷，變壓器副邊續

18、流，Lm保持不變，D1,D2電流之差為Lm。33橋式變換器（橋式變換器（Bridge Type Converter)（4）VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoABS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2Vin/2VTVct3, t4變換器負半周工作，Ip, Im減少；Vc增加。LmDTVinIm/2) 12/()/(CDTnIoVc 34橋式變換器（橋式變換器（Bridge Type Converter)（5）VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoABS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinIL t0t1t2t3 t4 t5S2Dt6=t0T/2T/2Vin/2VTVct4, t5S2關斷，變壓器副邊續流，原邊漏感能量被S1體二極管鉗位。35橋式變換器（橋式變換器（Bridge Type Converter)（6）VinVoLoS