《变压器和开关电源》课件.ppt

*************************************Buck-Boost变换器1工作原理Buck-Boost变换器能根据占空比实现升压或降压功能，且输出电压极性与输入相反。当开关管Q导通时，输入电压施加在电感L上，电感储能，输出电容向负载供电。当开关管关断时，电感能量通过二极管D释放到输出电容和负载。2特性方程理想Buck-Boost变换器的输出电压与输入电压的关系为：Vout=-Vin×D/(1-D)。当D0.5时，|Vout|0.5时，|Vout|Vin，表现为升压特性。负号表示输出电压极性与输入相反。3改进型拓扑为克服传统Buck-Boost的缺点，现代应用中常用改进型拓扑，如SEPIC、?uk和四开关Buck-Boost。这些拓扑能保持输出极性与输入相同，且具有更好的效率和动态性能。其中四开关Buck-Boost是效率最高的选择。Buck-Boost变换器适用于输入电压范围宽，且有时高于输出电压、有时低于输出电压的场合。典型应用包括：电池供电系统（电池电压随放电降低）、汽车电子（汽车电压在启动、怠速和运行时变化很大）、便携设备电源管理等。选择Buck-Boost拓扑时，需权衡传统Buck-Boost的简单性与改进型拓扑的性能优势。对于高效率、高性能要求的应用，现代设计多采用SEPIC或四开关Buck-Boost拓扑。Flyback变换器工作原理Flyback（反激式）变换器是最常用的隔离型开关电源拓扑之一。当开关管Q导通时，原边绕组通电，在变压器中储存能量，此时次边二极管截止。当开关管关断时，变压器中储存的能量通过次边二极管释放到输出电容和负载。变压器设计Flyback变换器中的变压器实际上是一个带气隙的耦合电感，需要特别设计。气隙的存在使变压器能够储存能量，但也增加了漏感。变压器设计需要平衡储能能力、漏感大小、温升控制等多方面因素。关键技术漏感抑制是Flyback设计的关键，常用RCD钳位或有源钳位电路抑制漏感尖峰。工作模式包括连续模式(CCM)、不连续模式(DCM)和临界导通模式(CRM)，不同模式有各自的优缺点和适用场景。Flyback变换器因其结构简单、器件数量少而被广泛应用于低功率（通常200W）场合，如手机充电器、笔记本适配器、电视机电源等。其优点是成本低、电路简单、容易实现多路输出；缺点是变压器利用率低、漏感问题显著、输出纹波相对较大。Forward变换器工作原理Forward（正激式）变换器在开关管导通期间直接向负载传输能量，而非储存在变压器中。当开关管Q导通时，能量通过变压器从输入传输到输出，同时在输出电感L中储存能量。当开关管关断时，输出电感释放能量到负载，电流通过续流二极管D2形成回路。变压器复位Forward变换器的核心技术问题是变压器磁复位，即在开关管关断期间消除变压器磁芯中的剩余磁通，防止磁饱和。常见复位方法包括：第三绕组复位（传统方法）、RCD复位、有源钳位复位和双开关Forward（最高效）。变压器设计与Flyback变换器不同，Forward变换器的变压器是真正的变压器，主要传输能量而非储存能量。变压器设计需重点考虑饱和问题、漏感控制和温升限制。通常不需要气隙（或只有很小的气隙），以获得较高的磁耦合系数。输出滤波Forward变换器的输出级是一个典型的Buck结构（电感+电容），因此具有较小的输出纹波，适合对电压质量要求较高的应用。输出电感的设计需平衡纹波电流大小、响应速度和物理尺寸。Forward变换器常用于50W-500W功率范围的应用，如服务器电源、通信电源等。其优点是输出纹波小、效率高、动态响应好；缺点是器件数量多于Flyback、变压器复位设计复杂。在大于200W的应用中，Forward通常比Flyback更具优势。半桥变换器工作原理半桥变换器使用两个开关管（通常为MOSFET或IGBT）交替工作，产生交替的方波电压施加在变压器原边。两个开关管之间必须有死区时间，防止直通短路。变压器次边采用中心抽头或全波整流，输出级同样为L-C滤波结构。分压电容半桥变换器的特点是使用两个分压电容将输入电压平均分配，使变压器原边最大只承受输入电压的一半，降低了器件的电压应力。分压电容的选择需要考虑纹波电流能力和等效串联电阻（ESR）。优缺点优点：比Forward拓扑适合更高功率，变压器利用率高，原边开关管电压应力为输入电压（而非两倍输入电压）。缺点：控制复杂度高，死区时间控制关键，分压电容增加了成本和体积，变压器设计要求更严格。半桥变换器通常应用于200W-1000W功率范围，如PC电源、工业电源等。在过去，半桥变换器在中