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开关电源中11种拓扑结构,怎么挑选才能事半功倍?

高工
2020-06-10 22:39:16     打赏

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这些拓扑结构都与开关式电路有关。

基本的脉冲宽度调制波形定义如下:

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 ■把输入降至一个较低的电压。   

 ■可能是最简单的电路。   

 ■电感/电容滤波器滤平开关后的方波。    

■输出总是小于或等于输入。    

■输入电流不连续 (斩波)。    

■输出电流平滑。

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■把输入升至一个较高的电压。

■与降压一样,但重新安排了电感、开关和二极管。    

■输出总是比大于或等于输入(忽略二极管的正向压降)。    

■输入电流平滑。   

■输出电流不连续 (斩波)。

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■电感、开关和二极管的另一种安排方法。

■结合了降压和升压电路的缺点。   

■输入电流不连续 (斩波)。    

■输出电流也不连续 (斩波)。    

■输出总是与输入反向 (注意电容的极性),但是幅度可以小于或大于输入。    

■“反激”变换器实际是降压-升压电路隔离(变压器耦合)形式。

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■如降压-升压电路一样工作,但是电感有两个绕组,而且同时作为变压器和电感。

■输出可以为正或为负,由线圈和二极管的极性决定。    

■输出电压可以大于或小于输入电压,由变压器的匝数比决定。    

■这是隔离拓扑结构中最简单的    

■增加次级绕组和电路可以得到多个输出。

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■降压电路的变压器耦合形式。

■不连续的输入电流,平滑的输出电流。    

■因为采用变压器,输出可以大于或小于输入,可以是任何极性。    

■增加次级绕组和电路可以获得多个输出。    

■在每个开关周期中必须对变压器磁芯去磁。常用的做法是增加一个与初级绕组匝数相同的绕组。  

■在开关接通阶段存储在初级电感中的能量,在开关断开阶段通过另外的绕组和二极管释放。

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■两个开关同时工作。

■开关断开时,存储在变压器中的能量使初级的极性反向,使二极管导通。    

■主要优点:    

■每个开关上的电压永远不会超过输入电压。    

■无需对绕组磁道复位。

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■开关(FET)的驱动不同相,进行脉冲宽度调制(PWM)以调节输出电压。

■良好的变压器磁芯利用率---在两个半周期中都传输功率。    

■全波拓扑结构,所以输出纹波频率是变压器频率的两倍。    

■施加在FET上的电压是输入电压的两倍。

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■较高功率变换器极为常用的拓扑结构。

■开关(FET)的驱动不同相,进行脉冲宽度调制(PWM)以调节输出电压。    

■良好的变压器磁芯利用率---在两个半周期中都传输功率。而且初级绕组的利用率优于推挽电路。  

■全波拓扑结构,所以输出纹波频率是变压器频率的两倍。    

■施加在FET上的电压与输入电压相等。

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■较高功率变换器最为常用的拓扑结构。

■开关(FET)以对角对的形式驱动,进行脉冲宽度调制(PWM)以调节输出电压。    

■良好的变压器磁芯利用率---在两个半周期中都传输功率。    

■全波拓扑结构,所以输出纹波频率是变压器频率的两倍。    

■施加在 FETs上的电压与输入电压相等。    

■在给定的功率下,初级电流是半桥的一半。

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■输出电压可以大于或小于输入电压。

■与升压电路一样,输入电流平滑,但是输出电流不连续。    

■能量通过电容从输入传输至输出。    

■需要两个电感。

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■输出反相

■输出电压的幅度可以大于或小于输入。    

■输入电流和输出电流都是平滑的。    

■能量通过电容从输入传输至输出。    

■需要两个电感。    

■电感可以耦合获得零纹波电感电流。

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下面讲解几种拓扑结构的工作细节

■降压调整器:    连续导电    临界导电    不连续导电    

■升压调整器 (连续导电)    

■变压器工作    

■反激变压器    

■正激变压器

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■电感电流连续。

■Vout 是其输入电压 (V1)的均值。    

■输出电压为输入电压乘以开关的负荷比 (D)。    

■接通时,电感电流从电池流出。    

■开关断开时电流流过二极管。    

■忽略开关和电感中的损耗, D与负载电流无关。    

■降压调整器和其派生电路的特征是:    输入电流不连续 (斩波), 输出电流连续 (平滑)。

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■电感电流仍然是连续的,只是当开关再次接通时 “达到”零。

这被称为 “临界导电”。    输出电压仍等于输入电压乘以D。

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■在这种情况下,电感中的电流在每个周期的一段时间中为零。

■输出电压仍然 (始终)是 v1的平均值。    

■输出电压不是输入电压乘以开关的负荷比 (D)。    

■当负载电流低于临界值时,D随着负载电流而变化(而Vout保持不变)。

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■输出电压始终大于(或等于)输入电压。

■输入电流连续,输出电流不连续(与降压调整器相反)。    

■输出电压与负荷比(D)之间的关系不如在降压调整器中那么简单。

在连续导电的情况下:


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在本例中,Vin = 5,

Vout = 15, and D = 2/3.    Vout = 15,D = 2/3.

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■变压器看作理想变压器,它的初级(磁化)电感与初级并联。

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■此处初级电感很低,用于确定峰值电流和存储的能量。当初级开关断开时,能量传送到次级。

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■初级电感很高,因为无需存储能量。

■磁化电流 (i1) 流入 “磁化电感”,使磁芯在初级开关断开后去磁 (电压反向)。

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■此处回顾了目前开关式电源转换中最常见的电路拓扑结构。

■还有许多拓扑结构,但大多是此处所述拓扑的组合或变形。    

■每种拓扑结构包含独特的设计权衡:    施加在开关上的电压    斩波和平滑输入输出电流    绕组的利用率    

■选择最佳的拓扑结构需要研究:    输入和输出电压范围    电流范围    成本和性能、大小和重量之比

转贴自网络



助工
2020-06-11 23:24:39     打赏
2楼

学到了


菜鸟
2020-06-12 12:46:54     打赏
3楼
学习了

工程师
2020-06-12 19:44:35     打赏
4楼

学习一下


工程师
2020-06-12 20:01:20     打赏
5楼

谢谢分享


工程师
2020-06-12 20:06:00     打赏
6楼

感谢楼主分享


工程师
2020-06-12 20:11:48     打赏
7楼

学习


工程师
2020-06-12 20:14:34     打赏
8楼

谢谢分享


工程师
2020-06-12 20:19:23     打赏
9楼

感谢楼主分享


院士
2020-06-13 22:15:29     打赏
10楼

谢谢楼主分享,这些都是精炼的理论知识,温故而知新。


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