ACDC转换器结构

1AC/DC变换器电路1正激电路2反激电路3半桥电路4全桥电路5推挽电路6全波整流和全桥整流7开关电源2正激电路图8-16正激电路的原理图图8-17正激电路的理想化波形开关S开通后，变压器绕组W1两端的电压为上正下负，与其耦合的W2绕组两端的电压也是上正下负。因此VD1处于通态，VD2为断态，电感L的电流逐渐增长；S关断后，电感L通过VD2续流，VD1关断。变压器的励磁电流经N3绕组和VD3流回电源，所以S关断后承受的电压为。13(1)SiNuUN1）正激电路(Forward)的工作过程3正激电路图8-18磁心复位过程输出电压输出滤波电感电流连续的情况下输出电感电流不连续时2oi1NUUN2）变压器的磁心复位1rston3NttN开关S开通后，变压器的激磁电流由零开始，随时间线性的增长，直到S关断。为防止变压器的激磁电感饱和，必须设法使激磁电流在S关断后到下一次再开通的时间内降回零，这一过程称为变压器的磁心复位。变压器的磁心复位时间为4反激电路1）工作过程：图8-20反激电路的理想化波形图8-19反激电路原理图S开通后，VD处于断态，W1绕组的电流线性增长，电感储能增加；S关断后，W1绕组的电流被切断，变压器中的磁场能量通过W2绕组和VD向输出端释放。5反激电路2）反激电路的工作模式：电流连续模式：当S开通时，W2绕组中的电流尚未下降到零。输出电压关系：电流断续模式：S开通前，W2绕组中的电流已经下降到零。输出电压高于式（8-3）的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下，，因此反激电路不应工作于负载开路状态。oon2i1offUtNUNtoU(8-3)图8-20反激电路的理想化波形图8-19反激电路原理图6半桥电路S1与S2交替导通，使变压器一次侧形成幅值为Ui/2的交流电压。改变开关的占空比，就可以改变二次侧整流电压ud的平均值，也就改变了输出电压Uo。S1导通时，二极管VD1处于通态，S2导通时，二极管VD2处于通态;当两个开关都关断时，变压器绕组N1中的电流为零，VD1和VD2都处于通态，各分担一半的电流。S1或S2导通时电感L的电流逐渐上升，两个开关都关断时，电感L的电流逐渐下降。S1和S2断态时承受的峰值电压均为Ui。1）工作过程图8-21半桥电路原理图图8-22半桥电路的理想化波形7半桥电路2）数量关系由于电容的隔直作用，半桥电路对由于两个开关导通时间不对称而造成的变压器一次侧电压的直流分量有自动平衡作用，因此不容易发生变压器的偏磁和直流磁饱和。当滤波电感L的电流连续时：如果输出电感电流不连续，输出电压U0将高于式（8-4）的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下，oon2i1UtNUNT2io12NUUN(8-4)图8-21半桥电路原理图图8-22半桥电路的理想化波形8全桥电路全桥电路中，互为对角的两个开关同时导通，同一侧半桥上下两开关交替导通，使变压器一次侧形成幅值为Ui的交流电压，改变占空比就可以改变输出电压。当S1与S4开通后，VD1和VD4处于通态，电感L的电流逐渐上升；S2与S3开通后，二极管VD2和VD3处于通态，电感L的电流也上升。当4个开关都关断时，4个二极管都处于通态，各分担一半的电感电流，电感L的电流逐渐下降。S1和S2断态时承受的峰值电压均为Ui。1）工作过程图8-23全桥电路原理图图8-24全桥电路的理想化波形9全桥电路如果S1、S4与S2、S3的导通时间不对称，则交流电压uT中将含有直流分量，会在变压器一次侧产生很大的直流分量，造成磁路饱和，因此全桥电路应注意避免电压直流分量的产生，也可在一次侧回路串联一个电容，以阻断直流电流。2）数量关系滤波电感电流连续时：(8-5)输出电感电流断续时，输出电压Uo将高于式（8-5）的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下：oon2i12UtNUNT2oi1NUUN图8-23全桥电路原理图图8-24全桥电路的理想化波形10推挽电路图8-25推挽电路原理图图8-26推挽电路的理想化波形推挽电路中两个开关S1和S2交替导通，在绕组N1和N,1两端分别形成相位相反的交流电压。S1导通时，二极管VD1处于通态，电感L的电流逐渐上升。S2导通时，二极管VD2处于通态，电感L电流也逐渐上升。当两个开关都关断时，VD1和VD2都处于通态，各分担一半的电流。S1和S2断态时承受的峰值电压均为2倍Ui。1）工作过程11推挽电路2）数量关系S1和S2同时导通，相当于变压器一次侧绕组短路，因此应避免两个开关同时导通。滤波电感L电流连续时：(8-6)输出电感电流不连续时，输出电压Uo将高于式（8-6）的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下，oon2i12UtNUNT2oi1NUUN图8-25推挽电路原理图图8-26推挽电路的理想化波形12各种结构的比较电路优点缺点功率范围应用领域正激电路较简单，成本低，可靠性高，驱动电路简单变压器单向激磁，利用率低几百W~几kW各种中、小功率电源反激电路非常简单，成本很低，可靠性高，驱动电路简单难以达到较大的功率，变压器单向激磁，利用率低几W~几十W小功率电子设备、计算机设备、消费电子设备电源。全桥变压器双向励磁，容易达到大功率结构复杂，成本高，有直通问题，可靠性低，需要复杂的多组隔离驱动电路几百W~几百kW大功率工业用电源、焊接电源、电解电源等半桥变压器双向励磁，没有变压器偏磁问题，开关较少，成本低有直通问题，可靠性低，需要复杂的隔离驱动电路几百W~几kW各种工业用电源，计算机电源等推挽变压器双向励磁，变压器一次侧电流回路中只有一个开关，通态损耗较小，驱动简单有偏磁问题几百W~几kW低输入电压的电源表8-1各种不同的间接直流变流电路的比较13图8-27全波整流电路和全桥整流电路原理图全波整流和全桥整流双端电路中常用的整流电路形式为全波整流电路和全桥整流电路。a）全波整流电路1）全波整流电路的特点优点：电感L的电流回路中只有一个二极管压降，损耗小，而且整流电路中只需要2个二极管，元件数较少。缺点：二极管断态时承受的反压较高，对器件耐压要求较高，而且变压器二次侧绕组有中心抽头，结构较复杂。适用场合：输出电压较低的情况下（100V）。14全波整流和全桥整流a）全波整流电路b）全桥整流电路2）全桥电路的特点优点：二极管在断态承受的电压仅为交流电压幅值，变压器的绕组简单。缺点：电感L的电流回路中存在两个二极管压降，损耗较大，而且电路中需要4个二极管，元件数较多。适用场合：高压输出的情况下。图8-27全波整流电路和全桥整流电路原理图15全波整流和全桥整流3）同步整流电路：当电路的输出电压非常低时，可以采用同步整流电路，利用低电压MOSFET具有非常小的导通电阻的特性降低整流电路的导通损耗，进一步提高效率。图8-28同步整流电路原理