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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：
Buck降壓
特點
■ 把輸入降至一個較低的電壓。
■ 可能是最簡單的電路。
■ 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。
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(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)。
Buck-Boost降壓-升壓
特點
■ 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。
■ 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”變換器實際是降壓-升壓電路隔離(變壓器耦合)形式。
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(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
■ 增加次級繞組和電路可以得到多個輸出。
Forward正激
特點
■ 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(guān)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(shù)相同的繞組。
■ 在開關(guān)接通階段存儲在初級電感中的能量，在開關(guān)斷開階段通過另外的繞組和二極管釋放。
Two-Transistor Forward雙晶體管正激
特點
■ 兩個開關(guān)同時工作。
■ 開關(guān)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(dǎo)通。
■ 主要優(yōu)點：
■ 每個開關(guān)上的電壓永遠(yuǎn)不會超過輸入電壓。
■ 無需對繞組磁道復(fù)位。
Push-Pull推挽
特點
■ 開關(guān)(FET)的驅(qū)動不同相，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。
Half-Bridge半橋
特點
■ 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---在兩個半周期中都傳輸功率。而且初級繞組的利用率優(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。
Full-Bridge全橋
特點
■ 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，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，初級電流是半橋的一半。
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(xù)。
■ 能量通過電容從輸入傳輸至輸出。
■ 需要兩個電感。
C’uk(Slobodan C’uk的專利)
特點
■ 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。
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
Buck-降壓調(diào)整器-連續(xù)導(dǎo)電
特點
■ 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，電感電流從電池流出。
■ 開關(guān)斷開時電流流過二極管。
■ 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)。
Buck-降壓調(diào)整器-臨界導(dǎo)電
特點
■ 電感電流仍然是連續(xù)的，只是當(dāng)開關(guān)再次接通時 “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。
Buck-降壓調(diào)整器-不連續(xù)導(dǎo)電
特點
■ 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 (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,D隨著負(fù)載電流而變化(而Vout保持不變)。
Boost升壓調(diào)整器
特點
■ 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.
變壓器工作(包括初級電感的作用)
特點
■ 變壓器看作理想變壓器，它的初級(磁化)電感與初級并聯(lián)。
反激變壓器
特點
■ 此處初級電感很低，用于確定峰值電流和存儲的能量。當(dāng)初級開關(guān)斷開時，能量傳送到次級。
Forward 正激變換變壓器
特點
■ 初級電感很高，因為無需存儲能量。
■ 磁化電流 (i1) 流入 “磁化電感”，使磁芯在初級開關(guān)斷開后去磁 (電壓反向)。
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
工商網(wǎng)監(jiān)
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