开关电源拓朴结构分析,FAE NAME：CARY.CHEN,SZ2,2,电源的分类,什么是Power Supply?,Power Supply,负载,Vin, Iin,Power Supply是一种提供电力能源的设备，它可以将一种电力能源形式转换成另外一种电力能源形式，并能对其进行控制和调节。,上级电能形式,Vo, Io,f, phase,f, phase,根据转换的形式分类: AC/DC, DC/DC, DC/AC, AC/AC,根据转换的方法分类: 线性电源，相控电源，开关电源,根据调控的效果分类: 稳压， 恒流， 调频，调相,根据调控的方法分类: 传统反馈控制，矢量控制，数位控制,3,开关电源的元件构成,开关电源的基本元件：,有源开关(Switch),二极管(Diode),电感(Inductor),电容器(Capacitor),变压器(Transformer),4,三种基本的非隔离开关电源,Vo=Vin *D/(1-D),Vo=Vin *D,Vo=Vin /(1-D),VoVin, 升压型电路,VoVin 当D0.5 升降压型电路,5,三种基本的隔离开关电源,正激型变换器,反激型变换器,桥式变换器,6,反激变换器（Flyback）工作原理 （电流连续模式）,根据变压器的伏秒平衡：,7,反激变换器（Flyback）工作原理 （电流断续模式）,根据变压器的伏秒平衡：,根据能量守恒：,8,反激变换器（Flyback）工作原理（1）,Vr=？,9,反激变换器（Flyback）工作原理（2）,Ploss=(Vc-Vin)2/R,Ploss=(Vc)2/R,10,反激变换器（Flyback）工作原理（3）,Vo=？,根据Co在DT时间的基本方程：,11,反激变换器（Flyback）工作原理（4）,多路输出的反激变换器：,减小交叉调整率的措施： 尽量减少两个绕组之间的漏感。 在辅助输出一路中加入尖峰抑制器（饱和电感） 主路输出工作于电流连续模式。 采用双路加权反馈的控制方式,12,反激变换器（Flyback）特征总结,缺点： 输出纹波电流大。 输出控制特性非线性。 通常需要辅助的吸收回路。 转换效率较低。,优点： 电路简单。 输入电压范围广。 容易实现多路输出。,13,谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)（1）,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,DS,Vgs,IL,Vds,D,1-D,T,Ip,VL,Io,Vin/n-Vo,-Vo,Im,Vin,IL,IL,Lm,Lk,Cr,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t0, t1,t5,14,谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)（2）,Io,n:1,Vin,Vo,L,G,DS,Vgs,IL,Vds,D,1-D,T,Ip,VL,Io,Vin/n-Vo,-Vo,Im,Vin,IL,IL,Lm,Lk,Cr,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t1, t2,t5,15,谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)（3）,Io,n:1,Vin,Vo,L,G,DS,Vgs,IL,Vds,D,1-D,T,Ip,VL,Io,Vin/n-Vo,-Vo,Im,Vin,IL,IL,Lm,Lk,Cr,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t2, t3,t5,16,谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)（4）,Io,n:1,Vin,Vo,L,G,DS,Vgs,IL,Vds,D,1-D,T,Ip,VL,Io,Vin/n-Vo,-Vo,Im,Vin,IL,IL,Lm,Lk,Cr,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t3, t4,t5,Lm,Cr的选取原则：,17,谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)（5）,Io,n:1,Vin,Vo,L,G,DS,Vgs,IL,Vds,D,1-D,T,Ip,VL,Io,Vin/n-Vo,-Vo,Im,Vin,IL,IL,Lm,Lk,Cr,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t4, t5,t5,(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T,根据电感的伏秒平衡：,Vo=VinD/n,18,谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)特征,Vin,Vo,Cr,缺点： 原边开管电压应力较高。 谐振电容的损耗大。 宽范围输入效率很难兼顾。,优点： 电路简单。 线性输出控制特性。 不需要辅助的吸收回路。,Vin,Vo,Cr,Vin,Vo,Cr,19,有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)（1）,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,DS,Sa,IL,Vds,D,T,Ip,VT,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,IL,IL,Lm,Lk,Cr,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t0, t1,t5,S1,S1,Sa,1-D,+ VT -,20,有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)（2）,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,DS,Sa,IL,Vds,D,Ip,VT,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,IL,IL,Lm,Lk,- Vc +,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t1, t2,t5,S1,S1,Sa,1-D,+ VT -,* 副边电压的死区跟Lk和Io有关，跟原边开管的死区无关,21,有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)（3）,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,DS,Sa,IL,Vds,D,Ip,VT,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,IL,IL,Lm,Lk,- Vc +,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t2, t3,t5,S1,S1,Sa,1-D,+ VT -,Sa在零电压条件下开通,* 原边开管的死区时间需满足：,22,有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)（4）,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,DS,Sa,IL,Vds,D,Ip,VT,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,IL,IL,Lm,Lk,- Vc +,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t3, t4,t5,S1,S1,1-D,+ VT -,激磁电流反向，变压器被复位,23,有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)（5）,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,DS,Sa,IL,Vds,D,Ip,VT,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,IL,IL,Lm,Lk,- Vc +,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t4, t5,t5,S1,S1,Sa,1-D,+ VT -,激磁电流对主开关的输出电容放电。,t6=t0,24,有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)（6）,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,DS,Sa,IL,Vds,D,Ip,VT,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,IL,IL,Lm,Lk,- Vc +,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t4, t5,t5,S1,S1,Sa,1-D,+ VT -,激磁电流对主开关的输出电容放电。,t6=t0,25,有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)（7）,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,DS,Sa,IL,Vds,D,Ip,VT,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,IL,IL,Lm,Lk,- Vc +,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t5, t6,t5,S1,S1,Sa,1-D,+ VT -,t5时刻副边二极管钳位主开关的输出电容放电结束。 t6时刻新的周期开始,t6=t0,26,有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)（8）,Io,n:1,Vin,Vo,Lo,G,DS,Sa,IL,Vds,D,Ip,VT,Io,Vin/n,-Vc/n,Im,Vin,IL,IL,Lm,Lk,- Vc +,t0,t1,t2,t3,t4,Ip,t5,S1,S1,Sa,1-D,+ VT -,t6=t0,(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T,根据电感的伏秒平衡：,Vo=VinD/n,VinDT=Vc(1-D)T,根据变压器的伏秒平衡：,Vc=VinD/(1-D),Vds=Vc+Vin,Vds=Vin/(1-D),27,有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)（9）,Vc=VinD/(1-D),Vds=Vin/(1-D),Vin,28,有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)（10）,Vin,Vo,