《开关电源电路》课件.ppt

*************************************Flyback电路的设计考虑变压器设计核心组件，决定性能和效率2开关器件选择承受输入和反射电压3输出整流器影响效率和可靠性控制方式决定稳定性和响应速度5吸收电路处理漏感引起的电压尖峰变压器设计是Flyback电路中最关键的部分。需要考虑的因素包括：初级电感值（影响能量存储和电流纹波）、匝比（决定输出电压）、气隙尺寸（影响能量存储能力）、漏感控制（避免过高的电压尖峰）和温升控制（防止过热）。对于输入电压范围宽的应用，需要确保在最低输入电压和最大负载下，变压器不会饱和；同时在最高输入电压下，开关器件的电压应力不会超过安全范围。这通常需要仔细平衡变压器参数和控制策略。现代Flyback设计中，同步整流技术（用MOSFET代替二极管）越来越普遍，特别是在低输出电压高电流应用中，可显著提高效率。谐振Flyback和准谐振Flyback等改进型拓扑也被广泛采用，以降低开关损耗，提高效率。Forward（正激）拓扑基本原理Forward电路是一种基于变压器的隔离型DC-DC转换器，变压器作为能量传输媒介而非存储元件。当开关管导通时，能量直接从初级传输到次级；当开关管关断时，必须有磁复位机制防止变压器饱和。与Flyback不同，Forward电路在次级侧需要附加电感和二极管，形成类似Buck电路的结构，提供连续的输出电流。主要特点提供输入输出电气隔离能量直接传输，效率高适合中高功率应用（100W-500W）输出电流连续，电压纹波小元器件数量比Flyback多需要磁复位机制典型应用计算机电源电信电源工业控制电源服务器电源高效率低纹波应用Forward拓扑在需要更高功率、更高效率或更低输出纹波的应用中比Flyback更具优势。由于能量直接传输而非存储后再释放，Forward电路的变压器可以更小，效率更高，尤其在较高功率下。然而，Forward电路的复杂度和成本也高于Flyback，主要是因为额外的输出电感和二极管，以及必要的磁复位电路。在低功率应用中，这些额外成本可能不具成本效益。Forward电路的工作原理能量传输阶段开关管Q导通，输入电源通过变压器初级向次级传输能量。次级感应电压使整流二极管D1导通，续流二极管D2截止，能量通过输出电感L传输至负载，同时电感储能。2续流阶段开关管Q关断，变压器初级感应电压极性反转，次级也反转。整流二极管D1截止，续流二极管D2导通，电感释放能量维持负载电流连续。磁复位阶段开关管关断期间，变压器磁芯中的磁通量必须复位，防止下一周期导致磁芯饱和。复位可通过第三绕组、RCD吸收电路或两开关Forward等方式实现。Forward电路的工作原理与Buck电路类似，但通过变压器提供隔离和电压变换。变压器的匝比决定了电压变换比，输出电压可根据公式Vout=D×Vin×(Ns/Np)计算，其中D为占空比，Ns/Np为变压器次级与初级的匝比。由于磁复位的需要，单开关Forward电路的最大占空比通常限制在0.5以下，以确保有足够时间完成磁复位。这限制了电压变换的范围，在输入电压范围宽的应用中可能是一个挑战。两开关Forward、主动钳位Forward等改进型拓扑可以提高允许的最大占空比，改善电压变换范围，同时降低开关器件的电压应力。Forward电路的设计考虑变压器设计Forward变压器设计与Flyback不同，磁芯无需气隙（或极小气隙），初级电感需要足够大以限制励磁电流，但不需要储存全部能量。关键是确保在最大占空比下不会发生磁饱和。磁复位方案复位绕组方案简单有效，但增加了变压器复杂度；RCD钳位简单但有额外损耗；两开关Forward无需专门复位电路，但需要两个开关器件。选择取决于功率、效率和成本要求。输出滤波输出电感和电容的选择影响电压纹波和负载瞬态响应。电感值越大，电流纹波越小，但动态响应变慢；电容ESR越低，电压纹波越小，但可能影响控制环路稳定性。控制策略Forward电路通常采用电压模式或电流模式控制。电流模式控制提供周期循环保护、更好的线性输入响应和更简单的环路补偿，是现代设计中常用的选择。Forward电路的一个重要参数是漏感，它会导致开关关断时出现高电压尖峰。良好的变压器设计和布局可以最小化漏感，但通常仍需要吸收电路来保护开关器件。常用的吸收电路包括RC吸收和RCD钳位等。在高频Forward设计中，次级整流二极管的反向恢复特性对效率有显著影响。肖特基二极管或快恢复二极管是常见选择，而同步整流技术可进一步提高效率，特别是在低电压高电流输出应