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工程師不可不知的電源11種拓撲結構

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工程師不可不知的電源11種拓撲結構

分類:
電源技術
作者:
廣州市愛浦電子科技有限公司
來源:
原創
發布時間:
2021/01/08
瀏覽量

基本名詞
電源常見的拓撲結構
Buck降壓
•  Boost升壓
•  Buck-Boost降壓-升壓
•  flyback反激
•  Forward正激
•  Two-Transistor]
•    把輸入降至一個較低的電壓。
•    可能是最簡單的電路。
•    電感/電容濾波器濾平開關后的方波。
•    輸出總是小于或等于輸入。
•    輸入電流不連續 (斬波)。
•    輸出電流平滑。
2、Boost升壓
 
特點
把輸入升至一個較高的電壓。
•  與降壓一樣,但重新安排了電感、開關和二極管。
•  輸出總是比大于或等于輸入(忽略二極管的正向壓降)。
•  輸入電流平滑。
•  輸出電流不連續]
•    電感、開關和二極管的另一種安排方法。
•    結合了降壓和升壓電路的缺點。
•    輸入電流不連續 (斬波)。
•    輸出電流也不連續 (斬波)。
•    輸出總是與輸入反向 (注意電容的極性),但是幅度可以小于或大于輸入。
•    “反激”變換器實際是降壓-升壓電路隔離(變壓器耦合)形式。
4、Flyback反激
 
特點
如降壓-升壓電路一樣工作,但是電感有兩個繞組,而且同時作為變壓器和電感。
•  輸出可以為正或為負,由線圈和二極管的極性決定。
•  輸出電壓可以大于或小于輸入電壓,由變壓器的匝數比決定。
•  這是隔離拓撲結構中最簡單的
•  增加次級繞組和電路可以得到多個輸出。
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•    降壓電路的變壓器耦合形式。
•    不連續的輸入電流,平滑的輸出電流。
•    因為采用變壓器,輸出可以大于或小于輸入,可以是任何極性。
•    增加次級繞組和電路可以獲得多個輸出。
•    在每個開關周期中必須對變壓器磁芯去磁。常用的做法是增加一個與初級繞組匝數相同的繞組。
•    在開關接通階段存儲在初級電感中的能量,在開關斷開階段通過另外的繞組和二極管釋放。
6、Two-Transistor Forward雙晶體管正激
 
特點
兩個開關同時工作。
•  開關斷開時,存儲在變壓器中的能量使初級的極性反向,使二極管導通。
•  主要優點:
•  每個開關上的電壓永遠不會超過輸入電壓。
•  無需對繞組磁道復位。
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•    開關(FET)的驅動不同相,進行脈沖寬度調制(PWM)以調節輸出電壓。
•    良好的變壓器磁芯利用率---在兩個半周期中都傳輸功率。
•    全波拓撲結構,所以輸出紋波頻率是變壓器頻率的兩倍。
•    施加在FET上的電壓是輸入電壓的兩倍。
8、Half-Bridge半橋
 
特點
較高功率變換器極為常用的拓撲結構。
•  開關(FET)的驅動不同相,進行脈沖寬度調制(PWM)以調節輸出電壓。
•  良好的變壓器磁芯利用率---在兩個半周期中都傳輸功率。而且初級繞組的利用率優于推挽電路。
•  全波拓撲結構,所以輸出紋波頻率是變壓器頻率的兩倍。
•  施加在FET上的電壓與輸入電壓相等。
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•    較高功率變換器最為常用的拓撲結構。
•    開關(FET)以對角對的形式驅動,進行脈沖寬度調制(PWM)以調節輸出電壓。
•    良好的變壓器磁芯利用率---在兩個半周期中都傳輸功率。
•    全波拓撲結構,所以輸出紋波頻率是變壓器頻率的兩倍。
•    施加在 FETs上的電壓與輸入電壓相等。
•    在給定的功率下,初級電流是半橋的一半。
10、SEPIC單端初級電感變換器
 
特點
輸出電壓可以大于或小于輸入電壓。
•  與升壓電路一樣,輸入電流平滑,但是輸出電流不連續。
•  能量通過電容從輸入傳輸至輸出。
•  需要兩個電感。
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•    輸出反相
•    輸出電壓的幅度可以大于或小于輸入。
•    輸入電流和輸出電流都是平滑的。
•    能量通過電容從輸入傳輸至輸出。
•    需要兩個電感。
•    電感可以耦合獲得零紋波電感電流。
12、C’uk(Slobodan C’uk的專利)
下面講解幾種拓撲結構的工作細節
降壓調整器:
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•    升壓調整器 (連續導電)
•    變壓器工作
•    反激變壓器
•    正激變壓器
13、Buck-降壓調整器-連續導電
 
電感電流連續。
•  Vout]
•    電感電流仍然是連續的,只是當開關再次接通時 “達到”零。
這被稱為 “臨界導電”。
輸出電壓仍等于輸入電壓乘以D。
15、Buck-降壓調整器-不連續導電
 
在這種情況下,電感中的電流在每個周期的一段時間中為零。
•  輸出電壓仍然]
•    輸出電壓始終大于(或等于)輸入電壓。
•    輸入電流連續,輸出電流不連續(與降壓調整器相反)。
•    輸出電壓與負荷比(D)之間的關系不如在降壓調整器中那么簡單。在連續導電的情況下:
 
在本例中,Vin = 5,Vout = 15, and D = 2/3.Vout = 15,D = 2/3.
17、變壓器工作(包括初級電感的作用)
 
變壓器看作理想變壓器,它的初級(磁化)電感與初級并聯。
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•    此處初級電感很低,用于確定峰值電流和存儲的能量。當初級開關斷開時,能量傳送到次級。
19、Forward 正激變換變壓器
 
初級電感很高,因為無需存儲能量。
•  磁化電流]
•    此處回顧了目前開關式電源轉換中最常見的電路拓撲結構。
•    還有許多拓撲結構,但大多是此處所述拓撲的組合或變形。
•    每種拓撲結構包含獨特的設計權衡:
施加在開關上的電壓
斬波和平滑輸入輸出電流
繞組的利用率
•    選擇最佳的拓撲結構需要研究:
輸入和輸出電壓范圍
電流范圍
成本和性能、大小和重量之比

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