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DC-DC变压器概念

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DC-DC变压器概念

纵观前面的所有5V1A电源适配器正激变换器拓扑,高频变压器已经被作为是电源适配器变换器拓扑整体的一个部分。可是,也可以证明变压器并不改变变换器的基本形式。其标准基本部件是降压和升压变换器。在所有正激变换器结构中,变压器的主要功能是提供输入输出间的电隔离和电压转换。

在变压器级引入理想DC-DC变压器(可在直流输入时提供直流输出的变压器)的概念很有用。虽然从传统的理想变压器形式来看,这似乎是奇怪的概念。理想变压器可以通过从直流到交流的所有频率面没有功率损耗。它可提供任何需要的电压或电流比例系数,以及输入输出间无限好的电绝缘。它可以对所有绕组提供相同的性能。很明显这样的理想器件是不存在的。

 

6V电源适配器DC-DC变压器概念的基本原理

对DC-DC变压器概念感到奇怪的原因是对非理想器件的公认,实际变压器只能在很短时间将直流输入传送到直流输出,这是由于电感有限且磁心很快饱和。可是利用在饱和出现前将所有变压器接线端反向的方法,可以克服该实际局限性。

旋转直流变换器和同步振荡器(示于图中,但现在已不用)正是这样工作的,即借助于转换开关或电同步继电器来完成变压器输入和输出端反向的物理过程。下面将对该简单的振荡器进行详细分析

  

图中,开关S1(a)和S1(b)同轴且彼此同步。该同步振荡器电路(除机械限制外)是一个几乎理想的DC-DC变压器。开关是通过感应进行的,因此是完全双向作用的。该变压器可将直流从输入传递到输出或反之。这完全是由于机械开关的双向性质。该电路为现代DC-DC变压器概念提供了一个很好的模型。

在现代半导体替代电路中,因为由无方向的半导体代替了机械开关,所以不存在双向作用。在方波DC-DC变换器中,原边开关S1(a)的作用由2个无方向的晶体管或功率MOSFET来完成,而副边同步开关S1(b)的作用由二极管整流器来完成。可是基本概念与同步振荡器的相同(在饱和出现前,保证将变压器的输入和输出反向,从而实现DC-DC变换)。

 

DC-DC变压器举例

在本例中,用推挽变换器来说明其工作原理。图2。17。2表示了一个典型的自激振荡方波变换器。这种变换器的特点是以全导通角工作,即不使用脉宽调制,每个晶体管的导通占整个周期的50%。同时在这种简单结构中,变换器没有调节作用,直流输出电压会随输入而变化。

 

 

当变换器以这种方式工作时,就是一个真正的DC-DC变压器。其主要功能是提供升高或降低的直流电压或电流、电隔离和多个输出。这些输出根据需要可以是独立的、共地的或反极性的。

由于是自激振荡,所需要的驱动元件很少,变换器具有损耗非常低的优点。全导通角工作使输入和输出非常接近于直流,所以几乎不需要滤波。

DC-DC变压器的输入阻抗对输出阻抗的影响非常小。全导通角工作使变压器的利用率和效率很高。在多输出应用中,各个独立输出之间的统一调整性很好,一般好于2%。

示于图中的简单自激振荡变换器是一种Royer电路的改进电路,该电路在第14、15和16章中已有更全面的描述。虽然这种变换器通常依靠变压器的饱和来启动两个开关管的转换,但在本例中,转换时的集电极电流由R3和R4以及D1和D2的齐纳电压决定,变压器并不饱和,因此提供了过载保护检测。这是在原Royer电路的增益限制开关作用上的一个相当大的改进。

这种简单的DC-DC变换器还有许多变化,但工作原理是类似的。它的主要吸引力是极低的成本和极有效率的工作。有时认为其缺点是出现在这些简单系统中的频率变化(因为输入电压和负载的变化)。可是由于输入输出应是直流,与工作频率无关,所以若有有效的屏蔽措施,在所有的应用场合这种情况是可以接受的。

 

DC-DC变压器(自激振荡方波变换器)由于没有调节功能而不能单独使用。因此通常要附加其他的调节电路以形成可调节的系统。

对于低功率应用场合,比如说最多到10W,这种变换器常常使用线性三端输出调节器,在单独直流输入时对所有多输出进行全调节。

常常将这些小功率可调节变换器制造成密封的部件,用来产生附加的局部电源适配器电压这些部件常常直接安装在用户印制电路板上。

对于大功率应用场合,简单的单变压器电路可以用来为较大的变换器提供驱动,得到双变压器自激振荡变换器。其优点是使较大的变压器不会工作于饱和方式。

开关变换器可以位于DC-DC变压器之前,具有对直流变压器输出的闭环控制。对于多输出应用场合,由于DC-DC变压器的低电源适配器阻抗提供了非常好的负载特性,并对附加辅助输出具有交叉调节作用,所以这是理想的组合。

应注意理想形式的DC-DC变压器只提供电压变换和原边与副边的隔离,因此它只是种温和的模块。它不改变功率控制方法的基本特性。降压变换器仍然是保持转换特性不变的降压变换器,升压变换器也同样如此。降压或升压过程通常融入DC-DC变换器中使这些基本关系不易被察觉。

总之,降压或升压变换器位于DC-DC变换器之前或之后,甚至集成于DC-DC变换器内部,它们保留了基本降压或升压变换器的所有特性。

 


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| 发布时间:2018.10.24    来源:电源适配器厂家
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