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  • 常見的各種開關(guān)電源拓?fù)涞膬?yōu)缺點(diǎn)對比
    常見的各種開關(guān)電源拓?fù)涞膬?yōu)缺點(diǎn)對比
  • 常見的各種開關(guān)電源拓?fù)涞膬?yōu)缺點(diǎn)對比
  •   發(fā)布日期: 2018-12-15  瀏覽次數(shù): 893
    1、基本名詞
    常見的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

    ■Buck降壓

    ■Boost升壓

    ■Buck-Boost降壓-升壓

    ■Flyback反激

    ■Forward正激

    ■Two-Transistor Forward雙晶體管正激

    ■Push-Pull推挽

    ■Half Bridge半橋

    ■Full Bridge全橋

    ■SEPIC

    ■C’uk
    基本的脈沖寬度調(diào)制波形
    這些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都與開關(guān)式電路有關(guān)。
    基本的脈沖寬度調(diào)制波形定義如下:

    2、Buck降壓

    特點(diǎn)
    ■把輸入降至一個(gè)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(guān)后的方波。

    ■輸出總是小于或等于輸入。

    ■輸入電流不連續(xù) (斬波)。

    ■輸出電流平滑。
    3、Boost升壓

    特點(diǎn)
    ■把輸入升至一個(gè)較高的電壓。

    ■與降壓一樣,但重新安排了電感、開關(guān)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(xù) (斬波)。
    4、Buck-Boost降壓-升壓

    特點(diǎn)

    ■電感、開關(guān)和二極管的另一種安排方法。

    ■結(jié)合了降壓和升壓電路的缺點(diǎn)。

    ■輸入電流不連續(xù) (斬波)。

    ■輸出電流也不連續(xù) (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(shí)際是降壓-升壓電路隔離(變壓器耦合)形式。
    5、Flyback反激

    特點(diǎn)

    ■如降壓-升壓電路一樣工作,但是電感有兩個(gè)繞組,而且同時(shí)作為變壓器和電感。

    ■輸出可以為正或?yàn)樨?fù),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(shù)比決定。

    ■這是隔離拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中最簡單的

    ■增加次級(jí)繞組和電路可以得到多個(gè)輸出。
    6、Forward正激

    特點(diǎn)

    ■降壓電路的變壓器耦合形式。

    ■不連續(xù)的輸入電流,平滑的輸出電流。

    ■因?yàn)椴捎米儔浩?,輸出可以大于或小于輸入,可以是任何極性。

    ■增加次級(jí)繞組和電路可以獲得多個(gè)輸出。

    ■在每個(gè)開關(guān)周期中必須對變壓器磁芯去磁。常用的做法是增加一個(gè)與初級(jí)繞組匝數(shù)相同的繞組。

    ■在開關(guān)接通階段存儲(chǔ)在初級(jí)電感中的能量,在開關(guān)斷開階段通過另外的繞組和二極管釋放。
    7、Two-Transistor Forward雙晶體管正激

    特點(diǎn)

    ■兩個(gè)開關(guān)同時(shí)工作。

    ■開關(guān)斷開時(shí),存儲(chǔ)在變壓器中的能量使初級(jí)的極性反向,使二極管導(dǎo)通。

    ■主要優(yōu)點(diǎn):

    ■每個(gè)開關(guān)上的電壓永遠(yuǎn)不會(huì)超過輸入電壓。

    ■無需對繞組磁道復(fù)位。
    8、Push-Pull推挽

    特點(diǎn)

    ■開關(guān)(FET)的驅(qū)動(dòng)不同相,進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制(PWM)以調(diào)節(jié)輸出電壓。

    ■良好的變壓器磁芯利用率---在兩個(gè)半周期中都傳輸功率。

    ■全波拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),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。
    9、Half-Bridge半橋

    特點(diǎn)

    ■較高功率變換器極為常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

    ■開關(guān)(FET)的驅(qū)動(dòng)不同相,進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制(PWM)以調(diào)節(jié)輸出電壓。

    ■良好的變壓器磁芯利用率---在兩個(gè)半周期中都傳輸功率。而且初級(jí)繞組的利用率優(yōu)于推挽電路。

    ■全波拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),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。
    10、Full-Bridge全橋

    特點(diǎn)

    ■較高功率變換器最為常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

    ■開關(guān)(FET)以對角對的形式驅(qū)動(dòng),進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制(PWM)以調(diào)節(jié)輸出電壓。

    ■良好的變壓器磁芯利用率---在兩個(gè)半周期中都傳輸功率。

    ■全波拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),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(jí)電流是半橋的一半。
    11、SEPIC單端初級(jí)電感變換器

    特點(diǎn)

    ■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(xù)。

    ■能量通過電容從輸入傳輸至輸出。

    ■需要兩個(gè)電感。
    12、C’uk(Slobodan C’uk的專利)

    特點(diǎn)

    ■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(gè)電感。

    ■電感可以耦合獲得零紋波電感電流。
    13、電路工作的細(xì)節(jié)
    下面講解幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作細(xì)節(jié)
    ■降壓調(diào)整器:

    連續(xù)導(dǎo)電

    臨界導(dǎo)電

    不連續(xù)導(dǎo)電

    ■升壓調(diào)整器 (連續(xù)導(dǎo)電)

    ■變壓器工作

    ■反激變壓器

    ■正激變壓器
    14、Buck-降壓調(diào)整器-連續(xù)導(dǎo)電

    ■電感電流連續(xù)。

    ■Vout 是其輸入電壓 (V1)的均值。

    ■輸出電壓為輸入電壓乘以開關(guān)的負(fù)荷比 (D)。

    ■接通時(shí),電感電流從電池流出。

    ■開關(guān)斷開時(shí)電流流過二極管。

    ■忽略開關(guān)和電感中的損耗, D與負(fù)載電流無關(guān)。

    ■降壓調(diào)整器和其派生電路的特征是:

    輸入電流不連續(xù) (斬波), 輸出電流連續(xù) (平滑)。
    15、Buck-降壓調(diào)整器-臨界導(dǎo)電

    ■電感電流仍然是連續(xù)的,只是當(dāng)開關(guān)再次接通時(shí) “達(dá)到”零。

    這被稱為 “臨界導(dǎo)電”。

    輸出電壓仍等于輸入電壓乘以D。
    16、Buck-降壓調(diào)整器-不連續(xù)導(dǎo)電

    ■在這種情況下,電感中的電流在每個(gè)周期的一段時(shí)間中為零。

    ■輸出電壓仍然 (始終)是 v1的平均值。

    ■輸出電壓不是輸入電壓乘以開關(guān)的負(fù)荷比 (D)。

    ■當(dāng)負(fù)載電流低于臨界值時(shí),D隨著負(fù)載電流而變化(而Vout保持不變)。
    17、Boost升壓調(diào)整器

    ■輸出電壓始終大于(或等于)輸入電壓。

    ■輸入電流連續(xù),輸出電流不連續(xù)(與降壓調(diào)整器相反)。

    ■輸出電壓與負(fù)荷比(D)之間的關(guān)系不如在降壓調(diào)整器中那么簡單。在連續(xù)導(dǎo)電的情況下:

    在本例中,Vin = 5,

    Vout = 15, and D = 2/3.

    Vout = 15,D = 2/3.
    18、變壓器工作(包括初級(jí)電感的作用)

    ■變壓器看作理想變壓器,它的初級(jí)(磁化)電感與初級(jí)并聯(lián)。
    19、反激變壓器

    ■此處初級(jí)電感很低,用于確定峰值電流和存儲(chǔ)的能量。當(dāng)初級(jí)開關(guān)斷開時(shí),能量傳送到次級(jí)。
    20、Forward 正激變換變壓器

    ■初級(jí)電感很高,因?yàn)闊o需存儲(chǔ)能量。

    ■磁化電流 (i1) 流入 “磁化電感”,使磁芯在初級(jí)開關(guān)斷開后去磁 (電壓反向)。
    21、總結(jié)
    ■此處回顧了目前開關(guān)式電源轉(zhuǎn)換中最常見的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

    ■還有許多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),但大多是此處所述拓?fù)涞慕M合或變形。

    ■每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包含獨(dú)特的設(shè)計(jì)權(quán)衡:

    施加在開關(guān)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)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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