1、开关电源原理设计及实例第变压器隔离的DCDC变换器拓扑结构一般电力(如市电)要经过转换才能符合使用的需要。转换方式有交流转换成直流，高电压变成低电压，大功率中取小功率等。按电力电子的习惯称谓，AC-DC(AC表示交流电，DC表示直流电)称为整流，DC-AC称为逆变，AC-AC称为交流-交流直接变频(同时也变压)，DC-DC称为直流-直流变换。开关电源主要组成部分是DC-DC变换器，涉及频率变换，其实把直流电压变换为另一种直流电压最简单办法是串一个电阻，这样不涉及变频的问题，显得很简单，但是效率低。用一个半导体功率器件作为开关，使带有滤波器的负载线路与直流电压一会相接，一会断开，则负载上也得到另
2、一个直流电压。这就是DC-DC的基本手段，类似于“斩波”(Chop)作用。单端双端正激反激推挽半桥全桥单管双管DC-DC变换器带变压隔离器的变换器是从第3章基本变换器派生、组合、演变而来的。它们从哪个基本变换器变来，就带有哪个基本变换器的本质特征。所谓派生，是指变压隔离器插入到各基本变换器各不同的点上而形成的电路。由于变压隔离器有单端式、并联式、半桥式和全桥式四种，因此，可得到很多电路。所谓组合是指变换器的串联形式引起的变化。例如降压与升压变换器相串，或者升压与降压变换器相串等等。这与第3章讨论的角度不同，本章是有意识地往隔离方向引导，并加以讨论，从而得到一些有应用价值、使用较广的电路。图4-
3、1给出了隔离DC-DC变换器功能示意图。图 4-1 隔离DC-DC变换器功能示意图 升压和降压等变换器可以完成直流电压的变换。但实际上存在着转换功能上的局限性，例如，输入输出不隔离，输入输出电压比或电流比不能过大以及无法实现多路输出等。这种局限性只能用另一种开关变换器中的重要组件变压隔离器来克服。下面列出采用变压器隔离结构的原因：u输出端与输入端之间需要隔离；u变压器可以同时输出多组不同数值的电压，改变输出电压和输出电流很容易，只需改变变压器的匝数比和漆包线截面积的大小即可；u变压器初、次级互相隔离，不需共用同一个地。因此，变压器开关电源也有人把它称为离线式开关电源。这里的离线并不是不需要输入
4、电源，而是输入电源与输出电源之间没有导线连接，完全是通过磁场偶合传输能量；u变压器开关电源采用变压器把输入输出进行电器隔离的最大好处是，提高设备的绝缘强度，降低安全风险，同时还可以减轻EMI干扰，并且还容易进行功率匹配；u交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量；工作频率高于20kHz这一人耳的听觉极限，又可以避免变压器和电感产生噪音。表 4-1 各种不同的间接直流变流电路的比较用一个半导体功率器件作为开关，使带有滤波器的负载线路与直流电压一会相接，一会断开，则负载上也得到另一个直流电压。图 4-1 隔离DC-DC变换器功能示意图工作频率高于20kHz这一人耳
5、的听觉极限，又可以避免变压器和电感产生噪音。这里的离线并不是不需要输入电源，而是输入电源与输出电源之间没有导线连接，完全是通过磁场偶合传输能量；输出端与输入端之间需要隔离；转换方式有交流转换成直流，高电压变成低电压，大功率中取小功率等。由于原边绕组通过的是单向脉动电流，一个实用的单端变压隔离器电路必须采取措施，使变压器铁芯磁性复位，如图4-2所示。这是一个原边、副边同时工作的线路，称为正激变换器（Forward Converter），它广泛地应用在小功率电源小。下面列出采用变压器隔离结构的原因：但实际上存在着转换功能上的局限性，例如，输入输出不隔离，输入输出电压比或电流比不能过大以及无法实现多
6、路输出等。它们从哪个基本变换器变来，就带有哪个基本变换器的本质特征。因此，变压器开关电源也有人把它称为离线式开关电源。这种局限性只能用另一种开关变换器中的重要组件变压隔离器来克服。一般单激式变压器开关电源在一个工作周期之内，只有半个周期向负载提供功率(或电压)输出。但实际上存在着转换功能上的局限性，例如，输入输出不隔离，输入输出电压比或电流比不能过大以及无法实现多路输出等。变压器可以同时输出多组不同数值的电压，改变输出电压和输出电流很容易，只需改变变压器的匝数比和漆包线截面积的大小即可；这与第3章讨论的角度不同，本章是有意识地往隔离方向引导，并加以讨论，从而得到一些有应用价值、使用较广的电路。
7、这里的离线并不是不需要输入电源，而是输入电源与输出电源之间没有导线连接，完全是通过磁场偶合传输能量；转换方式有交流转换成直流，高电压变成低电压，大功率中取小功率等。4.2.1 4.2.1 简介简介 单端正激变换器是一个隔离开关变换器，隔离型变换器的一个根本特点是有一个用于隔离的高频变压器，所以可以用于高电压的场合。由于引入了高频变压器极大的增加了变换器的种类，丰富了变换器的功能，也有效的扩大了变换器的使用范围。单端正激变换器拓扑以其结构简单、工作可靠、成本低廉而被广泛应用于独立的离线式中小功率电源设计中。在计算机、通信、工业控制、仪器仪表、医疗设备等领域，这类电源具有广阔的市场需求。所谓单激式
8、变压器开关电源，是指开关电源在一个工作周期之内，变压器的初级线圈只被直流电压激励一次。一般单激式变压器开关电源在一个工作周期之内，只有半个周期向负载提供功率(或电压)输出。当变压器的初级线圈正好被直流电压激励时，变压器的次级线圈也正好向负载提供功率输出，这种变压器开关电源称为正激式开关电源；当变压器的初级线圈正好被直流电压激励时，变压器的次级线圈没有向负载提供功率输出，而仅在变压器初级线圈的激励电压被关断后才向负载提供功率输出，这种变压器开关电源称为反激式开关电源，这种结构将在4.3节中详细介绍。4.2.2电路结构及工作原理 为使变换器结构简单，提高可靠性，减少成本和重量，图4-2示出了单端变
9、压隔离器与降压变换器结合的线路。这是一个原边、副边同时工作的线路，称为正激变换器（Forward Converter），它广泛地应用在小功率电源小。由于原边绕组通过的是单向脉动电流，一个实用的单端变压隔离器电路必须采取措施，使变压器铁芯磁性复位，如图4-2所示。用一个半导体功率器件作为开关，使带有滤波器的负载线路与直流电压一会相接，一会断开，则负载上也得到另一个直流电压。交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量；这就是DC-DC的基本手段，类似于“斩波”(Chop)作用。图 4-1 隔离DC-DC变换器功能示意图交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波
10、电感、滤波电容的体积和重量；一般单激式变压器开关电源在一个工作周期之内，只有半个周期向负载提供功率(或电压)输出。这种局限性只能用另一种开关变换器中的重要组件变压隔离器来克服。它们从哪个基本变换器变来，就带有哪个基本变换器的本质特征。开关电源主要组成部分是DC-DC变换器，涉及频率变换，其实把直流电压变换为另一种直流电压最简单办法是串一个电阻，这样不涉及变频的问题，显得很简单，但是效率低。开关电源原理设计及实例第变压器隔离的DCDC变换器拓扑结构这种局限性只能用另一种开关变换器中的重要组件变压隔离器来克服。输出端与输入端之间需要隔离；这种局限性只能用另一种开关变换器中的重要组件变压隔离器来克服
11、。所谓组合是指变换器的串联形式引起的变化。这里的离线并不是不需要输入电源，而是输入电源与输出电源之间没有导线连接，完全是通过磁场偶合传输能量；带变压隔离器的变换器是从第3章基本变换器派生、组合、演变而来的。这种局限性只能用另一种开关变换器中的重要组件变压隔离器来克服。按电力电子的习惯称谓，AC-DC(AC表示交流电，DC表示直流电)称为整流，DC-AC称为逆变，AC-AC称为交流-交流直接变频(同时也变压)，DC-DC称为直流-直流变换。这是一个原边、副边同时工作的线路，称为正激变换器（Forward Converter），它广泛地应用在小功率电源小。开关电源原理设计及实例第变压器隔离的DCD
12、C变换器拓扑结构开关电源原理设计及实例第变压器隔离的DCDC变换器拓扑结构一般单激式变压器开关电源在一个工作周期之内，只有半个周期向负载提供功率(或电压)输出。4.2.3 电路关键节点波形在计算机、通信、工业控制、仪器仪表、医疗设备等领域，这类电源具有广阔的市场需求。这种局限性只能用另一种开关变换器中的重要组件变压隔离器来克服。开关电源原理设计及实例第变压器隔离的DCDC变换器拓扑结构图 4-1 隔离DC-DC变换器功能示意图这种局限性只能用另一种开关变换器中的重要组件变压隔离器来克服。开关电源主要组成部分是DC-DC变换器，涉及频率变换，其实把直流电压变换为另一种直流电压最简单办法是串一个电
13、阻，这样不涉及变频的问题，显得很简单，但是效率低。这与第3章讨论的角度不同，本章是有意识地往隔离方向引导，并加以讨论，从而得到一些有应用价值、使用较广的电路。图4-1给出了隔离DC-DC变换器功能示意图。它们从哪个基本变换器变来，就带有哪个基本变换器的本质特征。单端正激变换器是一个隔离开关变换器，隔离型变换器的一个根本特点是有一个用于隔离的高频变压器，所以可以用于高电压的场合。一般单激式变压器开关电源在一个工作周期之内，只有半个周期向负载提供功率(或电压)输出。升压和降压等变换器可以完成直流电压的变换。这种局限性只能用另一种开关变换器中的重要组件变压隔离器来克服。按电力电子的习惯称谓，AC-D
14、C(AC表示交流电，DC表示直流电)称为整流，DC-AC称为逆变，AC-AC称为交流-交流直接变频(同时也变压)，DC-DC称为直流-直流变换。开关电源原理设计及实例第变压器隔离的DCDC变换器拓扑结构因此，变压器开关电源也有人把它称为离线式开关电源。但实际上存在着转换功能上的局限性，例如，输入输出不隔离，输入输出电压比或电流比不能过大以及无法实现多路输出等。这里的离线并不是不需要输入电源，而是输入电源与输出电源之间没有导线连接，完全是通过磁场偶合传输能量；它们从哪个基本变换器变来，就带有哪个基本变换器的本质特征。单端正激变换器是一个隔离开关变换器，隔离型变换器的一个根本特点是有一个用于隔离的
15、高频变压器，所以可以用于高电压的场合。用一个半导体功率器件作为开关，使带有滤波器的负载线路与直流电压一会相接，一会断开，则负载上也得到另一个直流电压。下面列出采用变压器隔离结构的原因：下面列出采用变压器隔离结构的原因：图4-1给出了隔离DC-DC变换器功能示意图。交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量；变压器可以同时输出多组不同数值的电压，改变输出电压和输出电流很容易，只需改变变压器的匝数比和漆包线截面积的大小即可；当变压器的初级线圈正好被直流电压激励时，变压器的次级线圈没有向负载提供功率输出，而仅在变压器初级线圈的激励电压被关断后才向负载提供功率输出，这种
16、变压器开关电源称为反激式开关电源，这种结构将在4.它们从哪个基本变换器变来，就带有哪个基本变换器的本质特征。表 4-1 各种不同的间接直流变流电路的比较所谓组合是指变换器的串联形式引起的变化。它们从哪个基本变换器变来，就带有哪个基本变换器的本质特征。因此，变压器开关电源也有人把它称为离线式开关电源。但实际上存在着转换功能上的局限性，例如，输入输出不隔离，输入输出电压比或电流比不能过大以及无法实现多路输出等。这种局限性只能用另一种开关变换器中的重要组件变压隔离器来克服。所谓派生，是指变压隔离器插入到各基本变换器各不同的点上而形成的电路。开关电源主要组成部分是DC-DC变换器，涉及频率变换，其实把
17、直流电压变换为另一种直流电压最简单办法是串一个电阻，这样不涉及变频的问题，显得很简单，但是效率低。它们从哪个基本变换器变来，就带有哪个基本变换器的本质特征。下面列出采用变压器隔离结构的原因：用一个半导体功率器件作为开关，使带有滤波器的负载线路与直流电压一会相接，一会断开，则负载上也得到另一个直流电压。图 4-1 隔离DC-DC变换器功能示意图开关电源原理设计及实例第变压器隔离的DCDC变换器拓扑结构它们从哪个基本变换器变来，就带有哪个基本变换器的本质特征。交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量；下面列出采用变压器隔离结构的原因：输出端与输入端之间需要隔离；所
18、谓单激式变压器开关电源，是指开关电源在一个工作周期之内，变压器的初级线圈只被直流电压激励一次。它们从哪个基本变换器变来，就带有哪个基本变换器的本质特征。这是一个原边、副边同时工作的线路，称为正激变换器（Forward Converter），它广泛地应用在小功率电源小。这种局限性只能用另一种开关变换器中的重要组件变压隔离器来克服。所谓派生，是指变压隔离器插入到各基本变换器各不同的点上而形成的电路。这种局限性只能用另一种开关变换器中的重要组件变压隔离器来克服。它们从哪个基本变换器变来，就带有哪个基本变换器的本质特征。这种局限性只能用另一种开关变换器中的重要组件变压隔离器来克服。升压和降压等变换器可
19、以完成直流电压的变换。图 4-1 隔离DC-DC变换器功能示意图开关电源原理设计及实例第变压器隔离的DCDC变换器拓扑结构当变压器的初级线圈正好被直流电压激励时，变压器的次级线圈也正好向负载提供功率输出，这种变压器开关电源称为正激式开关电源；用一个半导体功率器件作为开关，使带有滤波器的负载线路与直流电压一会相接，一会断开，则负载上也得到另一个直流电压。输出端与输入端之间需要隔离；在计算机、通信、工业控制、仪器仪表、医疗设备等领域，这类电源具有广阔的市场需求。所谓组合是指变换器的串联形式引起的变化。交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量；开关电源主要组成部分是
20、DC-DC变换器，涉及频率变换，其实把直流电压变换为另一种直流电压最简单办法是串一个电阻，这样不涉及变频的问题，显得很简单，但是效率低。但实际上存在着转换功能上的局限性，例如，输入输出不隔离，输入输出电压比或电流比不能过大以及无法实现多路输出等。交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量；下面列出采用变压器隔离结构的原因：它们从哪个基本变换器变来，就带有哪个基本变换器的本质特征。工作频率高于20kHz这一人耳的听觉极限，又可以避免变压器和电感产生噪音。一般单激式变压器开关电源在一个工作周期之内，只有半个周期向负载提供功率(或电压)输出。输出端与输入端之间需要隔离
21、；单端正激变换器是一个隔离开关变换器，隔离型变换器的一个根本特点是有一个用于隔离的高频变压器，所以可以用于高电压的场合。它们从哪个基本变换器变来，就带有哪个基本变换器的本质特征。这里的离线并不是不需要输入电源，而是输入电源与输出电源之间没有导线连接，完全是通过磁场偶合传输能量；它们从哪个基本变换器变来，就带有哪个基本变换器的本质特征。下面列出采用变压器隔离结构的原因：开关电源原理设计及实例第变压器隔离的DCDC变换器拓扑结构当变压器的初级线圈正好被直流电压激励时，变压器的次级线圈也正好向负载提供功率输出，这种变压器开关电源称为正激式开关电源；下面列出采用变压器隔离结构的原因：变压器可以同时输出
22、多组不同数值的电压，改变输出电压和输出电流很容易，只需改变变压器的匝数比和漆包线截面积的大小即可；开关电源主要组成部分是DC-DC变换器，涉及频率变换，其实把直流电压变换为另一种直流电压最简单办法是串一个电阻，这样不涉及变频的问题，显得很简单，但是效率低。转换方式有交流转换成直流，高电压变成低电压，大功率中取小功率等。单端正激变换器是一个隔离开关变换器，隔离型变换器的一个根本特点是有一个用于隔离的高频变压器，所以可以用于高电压的场合。这就是DC-DC的基本手段，类似于“斩波”(Chop)作用。这就是DC-DC的基本手段，类似于“斩波”(Chop)作用。这种局限性只能用另一种开关变换器中的重要组
23、件变压隔离器来克服。但实际上存在着转换功能上的局限性，例如，输入输出不隔离，输入输出电压比或电流比不能过大以及无法实现多路输出等。变压器开关电源采用变压器把输入输出进行电器隔离的最大好处是，提高设备的绝缘强度，降低安全风险，同时还可以减轻EMI干扰，并且还容易进行功率匹配；为使变换器结构简单，提高可靠性，减少成本和重量，图4-2示出了单端变压隔离器与降压变换器结合的线路。4.6.3电路关键节点波形下面列出采用变压器隔离结构的原因：由于原边绕组通过的是单向脉动电流，一个实用的单端变压隔离器电路必须采取措施，使变压器铁芯磁性复位，如图4-2所示。开关电源原理设计及实例第变压器隔离的DCDC变换器拓
24、扑结构所谓组合是指变换器的串联形式引起的变化。变压器开关电源采用变压器把输入输出进行电器隔离的最大好处是，提高设备的绝缘强度，降低安全风险，同时还可以减轻EMI干扰，并且还容易进行功率匹配；按电力电子的习惯称谓，AC-DC(AC表示交流电，DC表示直流电)称为整流，DC-AC称为逆变，AC-AC称为交流-交流直接变频(同时也变压)，DC-DC称为直流-直流变换。这是一个原边、副边同时工作的线路，称为正激变换器（Forward Converter），它广泛地应用在小功率电源小。下面列出采用变压器隔离结构的原因：交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量；变压器可以
25、同时输出多组不同数值的电压，改变输出电压和输出电流很容易，只需改变变压器的匝数比和漆包线截面积的大小即可；交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量；但实际上存在着转换功能上的局限性，例如，输入输出不隔离，输入输出电压比或电流比不能过大以及无法实现多路输出等。这就是DC-DC的基本手段，类似于“斩波”(Chop)作用。变压器可以同时输出多组不同数值的电压，改变输出电压和输出电流很容易，只需改变变压器的匝数比和漆包线截面积的大小即可；开关电源原理设计及实例第变压器隔离的DCDC变换器拓扑结构下面列出采用变压器隔离结构的原因：这种局限性只能用另一种开关变换器中的重要
26、组件变压隔离器来克服。下面列出采用变压器隔离结构的原因：由于原边绕组通过的是单向脉动电流，一个实用的单端变压隔离器电路必须采取措施，使变压器铁芯磁性复位，如图4-2所示。这是一个原边、副边同时工作的线路，称为正激变换器（Forward Converter），它广泛地应用在小功率电源小。这种局限性只能用另一种开关变换器中的重要组件变压隔离器来克服。这里的离线并不是不需要输入电源，而是输入电源与输出电源之间没有导线连接，完全是通过磁场偶合传输能量；当变压器的初级线圈正好被直流电压激励时，变压器的次级线圈也正好向负载提供功率输出，这种变压器开关电源称为正激式开关电源；图 4-1 隔离DC-DC变换器
27、功能示意图开关电源主要组成部分是DC-DC变换器，涉及频率变换，其实把直流电压变换为另一种直流电压最简单办法是串一个电阻，这样不涉及变频的问题，显得很简单，但是效率低。升压和降压等变换器可以完成直流电压的变换。这种局限性只能用另一种开关变换器中的重要组件变压隔离器来克服。这种局限性只能用另一种开关变换器中的重要组件变压隔离器来克服。开关电源原理设计及实例第变压器隔离的DCDC变换器拓扑结构例如降压与升压变换器相串，或者升压与降压变换器相串等等。因此，变压器开关电源也有人把它称为离线式开关电源。交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量；这与第3章讨论的角度不同，
28、本章是有意识地往隔离方向引导，并加以讨论，从而得到一些有应用价值、使用较广的电路。变压器可以同时输出多组不同数值的电压，改变输出电压和输出电流很容易，只需改变变压器的匝数比和漆包线截面积的大小即可；例如降压与升压变换器相串，或者升压与降压变换器相串等等。当变压器的初级线圈正好被直流电压激励时，变压器的次级线圈也正好向负载提供功率输出，这种变压器开关电源称为正激式开关电源；下面列出采用变压器隔离结构的原因：转换方式有交流转换成直流，高电压变成低电压，大功率中取小功率等。按电力电子的习惯称谓，AC-DC(AC表示交流电，DC表示直流电)称为整流，DC-AC称为逆变，AC-AC称为交流-交流直接变频
29、(同时也变压)，DC-DC称为直流-直流变换。这里的离线并不是不需要输入电源，而是输入电源与输出电源之间没有导线连接，完全是通过磁场偶合传输能量；这就是DC-DC的基本手段，类似于“斩波”(Chop)作用。图 4-1 隔离DC-DC变换器功能示意图但实际上存在着转换功能上的局限性，例如，输入输出不隔离，输入输出电压比或电流比不能过大以及无法实现多路输出等。变压器开关电源采用变压器把输入输出进行电器隔离的最大好处是，提高设备的绝缘强度，降低安全风险，同时还可以减轻EMI干扰，并且还容易进行功率匹配；图 4-1 隔离DC-DC变换器功能示意图按电力电子的习惯称谓，AC-DC(AC表示交流电，DC表
30、示直流电)称为整流，DC-AC称为逆变，AC-AC称为交流-交流直接变频(同时也变压)，DC-DC称为直流-直流变换。所谓单激式变压器开关电源，是指开关电源在一个工作周期之内，变压器的初级线圈只被直流电压激励一次。下面列出采用变压器隔离结构的原因：交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量；这种局限性只能用另一种开关变换器中的重要组件变压隔离器来克服。变压器开关电源采用变压器把输入输出进行电器隔离的最大好处是，提高设备的绝缘强度，降低安全风险，同时还可以减轻EMI干扰，并且还容易进行功率匹配；因此，变压器开关电源也有人把它称为离线式开关电源。变压器可以同时输出多
31、组不同数值的电压，改变输出电压和输出电流很容易，只需改变变压器的匝数比和漆包线截面积的大小即可；所谓派生，是指变压隔离器插入到各基本变换器各不同的点上而形成的电路。这里的离线并不是不需要输入电源，而是输入电源与输出电源之间没有导线连接，完全是通过磁场偶合传输能量；一般单激式变压器开关电源在一个工作周期之内，只有半个周期向负载提供功率(或电压)输出。例如降压与升压变换器相串，或者升压与降压变换器相串等等。但实际上存在着转换功能上的局限性，例如，输入输出不隔离，输入输出电压比或电流比不能过大以及无法实现多路输出等。所谓单激式变压器开关电源，是指开关电源在一个工作周期之内，变压器的初级线圈只被直流电
32、压激励一次。交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量；按电力电子的习惯称谓，AC-DC(AC表示交流电，DC表示直流电)称为整流，DC-AC称为逆变，AC-AC称为交流-交流直接变频(同时也变压)，DC-DC称为直流-直流变换。但实际上存在着转换功能上的局限性，例如，输入输出不隔离，输入输出电压比或电流比不能过大以及无法实现多路输出等。升压和降压等变换器可以完成直流电压的变换。它们从哪个基本变换器变来，就带有哪个基本变换器的本质特征。这是一个原边、副边同时工作的线路，称为正激变换器（Forward Converter），它广泛地应用在小功率电源小。当变压器的初级线圈正好被直流电压激励时，变压器的次级线圈没有向负载提供功率输出，而仅在变压器初级线圈的激励电压被关断后才向负载提供功率输出，这种变压器开关电源称为反激式开关电源，这种结构将在4.
