LED隔离开关变换器

　　LED隔离开关变换器的拓扑结构有很多种，但其中三种比较常用，它们是逆向变换器、正向变换器和推挽变换器。在这些电路中，从输入电源到负载的能量转换是通过一个变压器磁通耦合或其他磁性元件实现的。

　　(1)推挽变换器与半桥变换器。推挽变换器与半桥变换器是典型的逆变整流型变换器，电路结构如下图所示。加在变压器一次绕组上的电压幅度为输入电压U1宽度为开关导通时间ton的脉冲波形，变压器二次电压经二极管VD1、VD2全波整流为直流。

　　推挽式开关电源典型电路如下图(a)所示。它属于双端式变换电路，高频变压器的磁心工作在磁滞回线的两侧。电路使用两个开关管Vl和V2，两个开关管在外激励方波信号的控制下交替导通与截止，在变压器二次绕组得到方波电压，经整流滤波变为所需要的直流电压。

　　这种电路的优点是两个开关管容易驱动，主要缺点是开关管的耐压要达到两倍电路峰值电压。电路的输出功率较大，一般在100～500W范围内。

　　下图(b)表示半桥变换器的电路结构。如只从输出侧滤波器来看，工作原理和降压型变换器完全相同，二次侧滤波电感用于存储能量。电压变换比m与降压型变换器相类似，即

　　式中：n为变压器的匝数比，　　为一次绕组的匝数；N2为二次绕组的匝数。

　　(2)单端激励型变换器。

　　1)单端反激式开关电源。单端反激式开关电源典型电路如下图所示。电路中所谓的单端是指高频变换器的磁心仅工作在磁滞回线的一侧。所谓反激是指当开关管VT1导通时，高频变压器T-次绕组的感应电压为上正下负，整流器流二极管VD1处于截止状态，在一次绕组中储存能量；当开关管VT1截止时，变压器T-次绕组中存储的能量，通过二次绕组及VD1整流和电容C滤波后向负载输出。

　　单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路，输出功率为20～100W，可以同时输出不同的电压且有较好的电压调整率。唯一的缺点是输出的纹波电压较大，外特性差，适用于相对固定的负载。

　　单端反激式开关电源使用的开关管VT1承受的最大反向电压是电路工作电压值的两倍，工作频率在20～200kHz之间。

　　2)单端正激式开关电源典型电路如下图所示。这种电路在形式上与单端反激式电路相似，但工作情形不同。当开关管VT1导通时，VD2也导通，这时电网向负载传送能量，滤波电感L储存能量；当开关管VT1截止时，电感L通过续流二极管VD3继续向负载释放能量。它是采用变压器耦合的降压型变换器电路，与推挽型变换器一样，加在变压器一次侧（一半）的电压振幅为输入电压Ui宽度为开关导通时间ton的脉冲波形，变压器二次电压经二极管全波整流器流变为直流。电压变换比为m=D/n。

　　开关断开时，变压器释放能量，二极管VD3和绕组N3就是为此而设，能量通过它们反馈到输入侧。开关断开时，绕组Ni中存储的能量转移到绕组N3中，为防止变压器饱和，在开关断开期间内变压器必须全部消磁，则tre≤(l-D)Ts。

　　在电路中还设有钳位线圈与二极管VD1，它可以将开关管VT1的最高电压限制在两倍电源电压之间。为满足磁心复位条件，即磁通建立和复位时间应相等，所以电路中脉冲的占空比不能大于50%。

　　由于这种电路在开关管VT1导通时，通过变压器向负载传送能量，所以输出功率范围大，可输出50～200W的功率。电路使用的变压器结构复杂，体积也较大，正因为这个原因，这种电路的实际应用较少。

　　3)隔离型CuK变换器。隔离型CuK变换器典型电路如下图所示。开关断开时，电感L1的电流LL1对电容Cn充电，同时C12也充电（二极管VD导通），开关V导通时，二极管VD变为截止状态，C12通过L2向负载放电。

　　4)电流变换器。电流变换器典型电路如下图所示，它是逆变整流型变换器。

　　下图(a)是能量回馈方式，开关VT导通时，电感器L的一次侧电压为Ud-nUo（式中n=N1/N2），电感L励磁并储存能量；VT断开时，储存在电感L中的能量通过二极管VD3反馈到输入侧。对于下图(b)所示的变换器，两只开关同时导通时，加在电感L上的电压为Ui电感L励磁并储存能量。任意一只开关断开时，反向电压（nUo-Ud）加到电感L上，电感L释放能量，其工作原理与升压型变换器类似。

　　5)全桥变换器。全桥变换器典型电路如下图所示，Vl、V3及V2、V4是两对开关管，重复交互通断。但两对开关导通有时间差（即死区时间），所以变压器一次侧加的电压UAB为脉冲宽度等于其时间差的方形波电压。变压器二次侧的二极管将此电压整流变为方波，再经滤波器变为平滑直流电供给负载。电压变换比为m=D／n。

　　6)准谐振变换器。在PWM电路中接入电感和电容的谐振电路，流经开关的电流以及加在开关两端的电压波形为准正弦波，这种电路称为准谐振型变换器。下图表示出电流谐振开关和电压谐振开关基本电路及工作波形。

　　下图(a)是电流谐振开关，谐振用电感Lr和开关VT串联，流经开关的电流为正弦波的一部分。当开关导通时，电流is从O以正弦波形状上升，上升到电流峰值后，又以正弦波形状减小到零。电流变为零之后，开关断开，波形图如下图(a)所示。开关再次导通时，重复以上过程。由此可见，开关在零电流时通断，这样动作的开关叫做零电流开关(Zero-Cur-rentSwitch)，简称为ZCS。在零电流开关中，开关通断时与电压重叠的电流非常小，从而可以降低开关损耗。采用电流谐振开关时，寄生电感可作为谐振电路元件的一部分，这样可以降低开关断开时产生的浪涌电压。

　　下图(b)所示电路为电压谐振开关，谐振电容Cr与开关并联，加在开关两端的电压波形为正弦波的一部分。开关断开时，开关两端电压从0以正弦波形状上升，上升到峰值后又以正弦波形状下降为零。电压变为零之后，开关导通，波形图如下图(b)所示。开关再断开时，重复以上过程。可见开关在零电压处通断，这样动作的开关叫做零电压开关(Zero-VoltageSwitch)．简称ZVS。在零电压开关中，开关通断时与电流重叠的电压非常小，从而可以降低开关损耗。这种开关中寄生电感与电容作为谐振元件的一部分，可以消除开关导通时的电流浪涌与断开时的电压浪涌。

　　电流谐振开关中开关导通时电流脉冲宽度ton由谐振电路决定，为了进行脉冲控制，需要保持导通时间不变，改变开关的断开时间。对于电压谐振开关，开关断开时的电压脉冲宽度toff由谐振电路决定，为了进行脉冲控制，需要保持开关的断开时间不变，改变开关的导通时间。在以上两种情况下，改变开关工作周期，则谐振变换器就由改变开关工作频率进行控制。
　　
　　在下图所示电路中，开关电压或电流的波形为半波，但也可以为全波，因此谐波开关又可分为半波谐振开关和全波谐振开关两种。

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