1、5.3 隔离型直直变换器,在基本的buck，boost，buck-boost变换器中引入隔离变压器，可以使变换器的输入电源与负载之间实现电气隔离，提高变换器运行的安全可靠性和电磁兼容性。同时，选样适当的变压器变比还可匹配电源电压Ui与负载所需的输出电压Uo，即使Ui与Uo相差很大也能使DC/DC变换器的占空比D数值适中而不至于接近于零或接近于1。此外引入变压器还可能设置多个二次绕组输出几个不同的直流电压 。,5.3 隔离型直直变换器,单管变换器中变压器的磁通只在单方向变化，称为单端变换器，仅用于小功率电源变换。 如果开关管导通时电源将能量直接传送至负载则称为正激变换器如果开关管导通时电源将电能
2、转为磁能储存在电感中，当开关管阻断时再将磁能变为电能传送到负载则称为反激变换器。 采用两个或四个开关管的带隔离变压器的多管变换器中变压器的磁通可在正、反两个方向变化。铁心的利用率高，这使变换器铁心体积减小为等效单管变换器的一半，带隔离变压器的多管DC/DC变换器常用于大功率领域。,5.3.1 单端正激型变换器,图中变压器的第三绕组为去磁绕组，其作用是将变压器铁芯中存储的能量（激磁能量）反激到电源中去。,图5.26 单端正激型变换器的电路原理图,1. 电感电流连续工作模式,（a）工作状态1（S接通）,（b）工作状态2（S断开）,5.3.1 单端正激型变换器,图5.27 单端正激型电路电流连续时的
3、工作波形,磁通复位,5.3.1 单端正激型变换器,2. 电感电流断续工作模式,图5.31 单端正激型变换器 电路电流断续时的工作波形,（a）工作状态1（S接通）,（b）工作状态2（S断开）,（c）工作状态3（电感电流为零）,5.3.1 单端正激型变换器,3.电感电流连续与断续的临界条件,4.单端正激变换器工作时开关管承受的反压,图5.32 双开关正激型变换器电路,电路中的两开关同时断开或接通，每一开关的额定电压为单开关结构的一半。 这种电路的特点是：当开关关断时，激磁电流通过二极管反激到电源，从而取消了专门的去磁绕组或吸收电路。,正激型电路的特点,正激型电路简单可靠，广泛用于功率为数百瓦至数千
4、瓦的开关电源中。 该电路中变压器的工作点仅处于磁化曲线平面的第1象限，变压器没有得到充分利用。 因此，同样的功率，其变压器体积、重量和损耗都大于推挽型、半桥型和全桥型电路。,5.3.2 单端反激型变换器,单端反激型变换器电路可以看成是将升降压型电路中的电感换成变压器绕组1和绕组2相互耦合的电感而得到的。,因此，单端反激型电路中的变压器在工作中总是经历着储能放电的过程，这一点与正激型电路不同。 反激型电路工作于电流连续模式时，其变压器磁芯的利用率会显著下降，因此，实际使用中通常避免该电路工作于电流连续模式。,1. 电感电流连续工作模式,图5.35 反激型电路电流连续时的工作波形,（a）工作状态1
5、（S接通）,（b）工作状态2（S断开）,2. 电感电流断续工作模式,图5.37 反激型电路电流断续时的工作波形,（a）,（b）,（c）,反激型变换器 的特点,反激型变换器电路的结构最为简单，元器件数少，因此成本较低，广泛应用于数瓦至数十瓦的小功率开关电源中。 但该电路变压器的工作点也仅处于磁化曲线平面的第1象限，变压器利用率低，而且开关器件承受的电流峰值很大，不适合用于较大功率的开关电源。,5.3.3 推挽型变换器,推挽型变换器电路如图5.39所示。,1. 电感电流连续工作模式,（a）工作状态1（S1接通）,（b）工作状态2（全部开关断）,图5.41 推挽型电路电流连续时的工作波形,（c）工作
6、状态3（S2接通）,（d）工作状态4（全部开关断）,2. 电感电流断续工作模式,（c）工作状态3（电感电流为零） （d）工作状态4（S2接通）,（a）工作状态1（S1接通） （b）工作状态2（Sl、S2断开）,（e）工作状态5（S1、S2断开）（f）工作状态6（电感电流为零） 图5.42 推挽型电路电流断续时的工作状态,图5.43 推挽型电路电流断续时的工作波形,5.3.4 半桥型变换器,在半桥型变换器电路中，变压器一次侧两端分别连接在电容C1、C2的连接点和开关Sl、S2的连接点。 电容C1、C2的电压均为Ui/2。 当S1关断、S2导通时，电源及电容C2上储能经变压器传递到二次侧，同时电源
7、经变压器、S2向C1充电，C1储能增加； 反之，S1开通、S2关断时，电源及C1上储能经变压器传递到二次侧，此时电源经S1、变压器向C2充电，C2储能增加。,Sl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，变压器二次侧电压经D1、D2整流，L、C滤波后即得到直流输出电压。 改变开关的占空比，就可改变二次侧整流电压ud的平均值，也就改变了输出电压Uo。 Sl和S2断态时承受的峰值电压均为Ui。,1. 电感电流连续工作模,（a）工作状态l（Sl接通）,（b）工作状态2（S1、S2断开）,图5.46 半桥型电路电流连续时的工作波形,2. 电感电流断续工作模式,（a）工作状态1（S1接
8、通） （b）工作状态2（Sl、S2断开）,（c）工作状态3（电感电流为零） （d）工作状态4（S2接通）,（e）工作状态5（S1、S2断开）(f）工作状态6（电感电流为零）,5.3.5 全桥型变换器,图5.49 全桥型变换器的电路原理图,1. 电感电流连续工作模式,（a）工作状态1（Sl、S4接通）（b）工作状态2（全部开关断开）,（c）工作状态3（S2、S3接通） （d）工作状态4（全部开关断开）图5.50 半桥型电路电流连续时的工作状态,2. 电感电流断续工作模式,（a）工作状态1（Sl、S4接通）(b）工作状态2（全部开关断开）,（c）工作状态3（电感电流为零）（d）工作状态4（S2、S
9、3接通）,5.4 直流斩波器,直流斩波器主要是给直流电动机供电。直流斩波器除可调节直流电压的大小外，还可以用来调节电阻的大小和磁场的大小。 直流斩波器作为直流电动机调速的有效手段，在运输车辆上得到了广泛应用，如直流电网供电的地铁车辆、工矿电力机车、城市无轨电车、磁浮列车以及由蓄电池供电的搬运车、叉车、电动汽车等。,5.4.1 直流斩波器的基本类型 1. 降压斩波器,（a）原理电路 （b）电压、电流波形 图5.54 降压斩波器的原理电路及电压、电流波形,2. 升压斩波器,（a）原理电路 （b）电压、电流波形 图5.55 升压斩波器的原理电路及电压、电流波形,3. 第二象限斩波器,通过适当调节导通
10、比便可把负载电机的电压升到大于电源电压，从而把负载电机产生的能量反馈到电源中去，此时，电压跟电动机状态运行时的极性一致，而且是正的，但电枢电流改变了流向而成为负的，电机工作于第二象限，故称它为第二象限斩波器。,4. A型二象限斩波器,图中的开关管T1和二极管D1在电动机运行状态下工作，而T2与D2则在再生制动运行时工作。 控制T1的导通比可以调节电机的转速。 控制T2的导通比可以调节电机的制动功率。,5. B型二象限斩波器, T1、T2两斩波器同时工作，这时E为正，且 ，功率流向从电源到负载。 其中的一个斩波器T1和一个二极管D2同时导通，负载电路被短接， ，不管是正还是负，电枢电流均经这两个导通管续流。 D1、D2两二极管同时导通，这时为负，而且必须 ，功率流向从电机到电源，将电能反馈到电网去。,6. 四象限斩波器,使T4始终导通、T3始终关断，则控制T1、T2可使斩波器工作在第一象限和第二象限。 若T2始终导通、T1始终关断，则控制T3、T4可使斩波器工作在第三象限和第四象限。,5.4.4 多相多重斩波电路,所谓“相”是指从电源端看，不同相位的斩波回路数。所谓“重”是指从负载端看，不同相位的斩波回路数。,采用多相多重斩波电路的优点是： 电流脉动率下降，有利于牵引电机的运行。 平波电抗器的体积、重量会显著下降。 有利于输入滤波器的设计,作业 5.8 5.9 5.12 5.13,
