uk轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢

一種靈活的DC-DC轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu),它結(jié)合了升級(加速)和下調(diào)(buck)轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢,被稱為“uk轉(zhuǎn)換器 ” 。 它有斯洛博丹·庫克博士的名字,他開發(fā)了地形學(xué)并在1970年代末首次提出。 祖克轉(zhuǎn)換器對傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換器有若干好處,包括能夠處理各種輸入電壓、連續(xù)輸入和輸出電流,以及減少電磁干擾。 這些特點使得它成為各種電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用的可取選擇,特別是在有效的能源管理和最低限度電磁干擾至關(guān)重要的系統(tǒng)中。

電導(dǎo)電容器網(wǎng)絡(luò)(LC)用于在英國轉(zhuǎn)換器操作原則下兩個州之間轉(zhuǎn)換時維持能源傳輸。 關(guān)閉開關(guān)的On州和開關(guān)的OF州是轉(zhuǎn)換器的兩種操作模式。 在On州,輸入電容器儲存能源,而輸出電容器使負(fù)載具有能量,而輸入電容器將其儲存的能量輸送到OF州的產(chǎn)出電容器,繼續(xù)給負(fù)荷提供動力。輸入電容器和輸出電容器之間的這種能量傳輸不斷使輸入電流和輸出電流平滑,從而降低了轉(zhuǎn)換器的總體波紋和 EMI 排放 。

Circuit Topology and Key Components

所有先前描述的轉(zhuǎn)換器配置都有一個共同的缺點,即轉(zhuǎn)換器的輸入流、轉(zhuǎn)換器的輸出流或兩者都是不連續(xù)的。 使輸入和輸出流保持連續(xù),同時保留硬塊和推力轉(zhuǎn)換器的功能的一種方法是將這兩個轉(zhuǎn)換器的序列連接起來,如圖12所示。 這個新的轉(zhuǎn)換器的傳輸功能等于連通序列轉(zhuǎn)換器的傳輸功能的產(chǎn)物:

$$U = E cdot frac{T}{t_{OFF}} cdot frac{t_{ON}}{T} = E cdot frac{t_{ON}}{t_{OFF}}$$

在這種配置中,采用同步開關(guān)控制,這意味著兩個開關(guān)在t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/tON在 t 期間關(guān)閉兩個開關(guān)OFF期間。

Figure 12: Series connection of the boost and the buck converters

前一次轉(zhuǎn)換器配置的主要缺點是使用了四個轉(zhuǎn)換元件(S)1, S2, D1和 D2此外,目前C電容器中有很大的交替部分。1。 Slobodan uk博士提出了具有相同特性但數(shù)量較少的切換元件(圖13)的轉(zhuǎn)換器配置,稱為 uk 轉(zhuǎn)換器。關(guān)于對轉(zhuǎn)換器操作的分析,可以假定電容器C的容量。1和C2足夠大,足以忽略它們之間電壓的交替部分。

Figure 13: The ?uk converter circuit diagram

在此轉(zhuǎn)換器中, tON范圍 (圖14) , 開關(guān) S 被打開, 輸入器 L1與DC電源E相連,而二極管D則與電容器C的電壓呈反向偏向。1。在穩(wěn)定狀態(tài)下,整個導(dǎo)管的平均電壓為零,因此,整個電容器C的平均電壓為零。1 is $$U_{C1} = U + E$$

受E電壓的影響,電流通過引引L1從最小值增長到最大值。 同時, 輸入器L2與電壓相連,電壓等于電容器C的載荷電壓和電容器C的電壓之間的差額。1,因此其當(dāng)前值也從最低值直線增長到最高值。

Figure 14: The ?uk converter circuit diagram – interval tON

期間tOFF圖15)),當(dāng)S開關(guān)關(guān)關(guān)閉時,通過引號L的電流2通過二極管D關(guān)閉,連接導(dǎo)線L2至負(fù)載電壓,因此其當(dāng)前線性從最大值下降到最小值。同時,引引L1與電壓相連,電壓等于電容器C之間的電壓差別。1以及DC的電源E, 導(dǎo)致其電流從最大值下降到最低值。

Figure 15: The ?uk converter circuit diagram – interval tOFF

在穩(wěn)定狀態(tài)下,整個導(dǎo)管的平均電壓為零,因此C電容器的平均電壓為零。1是:

$$U_{C1}=U+E$$

T期間感應(yīng)電流變化與T期間電壓的面積成正比:

$$u_L = L frac{di_L}{dt} Rightarrow Delta I_L = frac{1}{L} int_0^T u_L dt$$

在穩(wěn)定狀態(tài)下,導(dǎo)電流的總變化為零,因為整個導(dǎo)電器的平均電壓值為零:

$$Delta I_L |_{t_{ON}} = frac{E}{L_1} cdot T cdot d = Delta I_L |_{t_{OFF}} = frac{U_{C1} - E}{L_1} cdot T cdot (1 - d)$$

前一方程式的輸出 :

$$U = fracxhj7lvr{1 - d} cdot E = E cdot frac{t_{ON}}{t_{OFF}}$$

這是重力轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移功能。

uk轉(zhuǎn)換器由幾個關(guān)鍵部件組成,以獨特的地貌排列,以取得其有利的特征,如連續(xù)輸入和輸出流以及減少的 EMI。

輸入源:為轉(zhuǎn)換器提供輸入功率的 DC 電壓源。

輸入感應(yīng)器(L1):該感應(yīng)器儲存了國家能源局期間的能源,并將能源轉(zhuǎn)移給聯(lián)邦外務(wù)省期間的產(chǎn)出。

輸出輸入器(L2):該感應(yīng)器平滑輸出流,盡量減少波紋,促進(jìn)轉(zhuǎn)換器連續(xù)輸出流特性。

電容器(C1):這種電容器有助于轉(zhuǎn)換過程中輸入和輸出導(dǎo)線之間的能量轉(zhuǎn)移。

輸出電容器(C2):該電容器過濾器平滑輸出電壓,為負(fù)載提供穩(wěn)定的DC輸出。

開關(guān)( S):一般為MOSFET或IGBT,開關(guān)控制輸入和輸出引體之間的能源傳輸,在OO和FFP州之間交替進(jìn)行。

二極 (D):二極管確保當(dāng)前在切換過程中向正確方向流動,防止當(dāng)切換在離岸價格狀態(tài)下時逆向流動。

uk轉(zhuǎn)換器的獨特地形特征是由輸入導(dǎo)管(L1)、連接電容器(C1)和輸出導(dǎo)管(L2)組成的LC網(wǎng)絡(luò),輸入和輸出導(dǎo)管(L2)是連成的,連接電容器是它們之間的。當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時(美國州),輸入導(dǎo)管儲存能量和輸出電容器為負(fù)載提供動力。開關(guān)時(歐福爾州),輸入導(dǎo)管將其儲存的能量通過組合電容器轉(zhuǎn)移到輸出電容器,而輸出導(dǎo)管平滑輸出電流。

Continuous and Discontinuous Conduction Modes

uk轉(zhuǎn)換器可以兩種不同的導(dǎo)電模式運作:連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)和不連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)。運行模式取決于轉(zhuǎn)換器的負(fù)荷、切換頻率以及電路中的導(dǎo)電和電容器的值。

連續(xù)傳導(dǎo)模式(CCM):在轉(zhuǎn)換周期中,輸入和輸出導(dǎo)體流出的電流永遠(yuǎn)不會達(dá)到零。這種操作模式能產(chǎn)生更好的動態(tài)反應(yīng),減少 EMI,降低當(dāng)前波紋。為了保持恒定的流,需要更大的導(dǎo)引體和電容器。當(dāng)負(fù)荷足夠高或轉(zhuǎn)換頻率足夠低時,轉(zhuǎn)換器在CCM中運行。

連續(xù)連續(xù)導(dǎo)導(dǎo)模式(DCM):在切換周期的一部分時間里,輸入和輸出感應(yīng)器流流的電流為零。與CCM相比,這種操作模式的當(dāng)前波紋更大,EMI更多,動態(tài)反應(yīng)較慢。不過,它允許使用較小的感應(yīng)器和電容器,這可能導(dǎo)致更便攜和便攜式轉(zhuǎn)換器的設(shè)計。當(dāng)負(fù)荷最小或切換頻率足夠高時,轉(zhuǎn)換器在DCM中運行。

Design Considerations和Calculations

設(shè)計uk轉(zhuǎn)換器涉及若干重要的考慮和計算,以確保最佳性能和具體應(yīng)用的效率,這些考慮包括選擇適當(dāng)?shù)臉?gòu)件價值、計算工作周期和確保穩(wěn)定性。

選擇構(gòu)成部分:轉(zhuǎn)換器的性能受到感應(yīng)器、電容器和開關(guān)選擇的極大影響。根據(jù)預(yù)期的輸出電壓、電流、輸入電壓射程和切換頻率,設(shè)計師必須仔細(xì)選擇這些部件。雖然電容器應(yīng)具有低等量序列抗藥性(ESR)和很強的波紋電流能力,但感應(yīng)器應(yīng)具有低核心損失和低序阻力。開關(guān)應(yīng)具有低狀態(tài)阻力和快速開關(guān)時間(通常是MOSFET)。

計算時值周期的計算: 值日周期為D,是開關(guān)在時間與總開關(guān)期間的比率。值日周期決定“uk”轉(zhuǎn)換器輸入電壓和輸出電壓之間的關(guān)系。以下公式表示輸入電壓(V)之間的關(guān)系。in),輸出電壓(V)out)和工作周期:

$$V_{out} = -frac{V_{in} cdot D}{1 - D}$$

設(shè)計師可以使用此公式計算特定輸入和輸出電壓所需的工作周期。

穩(wěn)定穩(wěn)定: uk 轉(zhuǎn)換器有幾個能源儲存部件,因此,它可能呈現(xiàn)復(fù)雜的動態(tài),因此,必須保證轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定。轉(zhuǎn)換器的控制環(huán)在其整個操作范圍中應(yīng)保持穩(wěn)定性。要評估轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性并創(chuàng)建一個考慮到這一點的控制環(huán),設(shè)計師可以使用根地分析或波德圖等方法。

效率效率效率:設(shè)計師應(yīng)減少導(dǎo)流和轉(zhuǎn)接損失,以達(dá)到更高的效率。為此,必須使用低損失部件,并優(yōu)化轉(zhuǎn)接頻率。必須保持平衡,因為提高轉(zhuǎn)接頻率還可能導(dǎo)致更大的轉(zhuǎn)接損失。

熱熱管理:設(shè)計師必須考慮uk轉(zhuǎn)換器的熱性能,因為過熱可能導(dǎo)致部件故障或效率下降。適當(dāng)?shù)臒岢两?、部件選擇和布局可以幫助處理熱問題。

效率效率效率 and Losses

效率是電力轉(zhuǎn)換器設(shè)計的一個重要方面,因為它直接影響到電力消耗、熱性能和部件可靠性,在“Zuk”轉(zhuǎn)換器中,各種因素都有助于效率和損失,這對于理解和盡量減少最佳性能至關(guān)重要。

行為損失:當(dāng)電導(dǎo)、電容器和切換器中切換裝置的電流流動時,即發(fā)生導(dǎo)電損失。這些部件的阻力產(chǎn)生熱,而熱因斷電而消失。為了盡量減少導(dǎo)電損失,設(shè)計師應(yīng)選擇低抗力部件,如低 ESR 電容器和低耐力導(dǎo)引器。

轉(zhuǎn)置損失:當(dāng)轉(zhuǎn)換器的開關(guān)在運行和關(guān)閉狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時,就會發(fā)生開關(guān)損失。在這一過渡期,開關(guān)之間的電流和電壓都是非零的,導(dǎo)致斷電。通過選擇快速開關(guān)裝置(如MOSFETs)和優(yōu)化開關(guān)頻率可以減少開關(guān)損失。然而,增加開關(guān)頻率也會增加開關(guān)損失,因此必須保持平衡。

核心損失損失:電感器中的磁核心損失是由轉(zhuǎn)換器運行期間產(chǎn)生的交替磁場造成的。這些損失可以通過選擇低核心損失材料的感應(yīng)器核心和優(yōu)化轉(zhuǎn)換頻率以減少磁場變化速度來盡量減少。

電容器損失Zuk轉(zhuǎn)換器中的電容器由于等效序列抵抗力和電量損失而蒙受損失,選擇電量低和電量低的電容器有助于減少這些損失。

C. 控制損失和輔助損失:控制電路和輔助部件調(diào)節(jié) uk 轉(zhuǎn)換器的操作可能會造成額外損失。優(yōu)化控制電路的設(shè)計和選擇高效輔助部件可以最大限度地減少這些損失。

設(shè)計師通過理解和解決這些各種損失來源,可以提高天體轉(zhuǎn)換器的總體效率。 高效率可以降低電力消耗,有助于處理熱問題,擴(kuò)大轉(zhuǎn)換器的可靠性和壽命。

Applications and Examples

uk 轉(zhuǎn)換器在各個領(lǐng)域找到應(yīng)用,在這些領(lǐng)域,精確的調(diào)節(jié)、高效和低輸出波紋至關(guān)重要。

供電用品:%uk轉(zhuǎn)換器由于輸出波紋低、電磁干擾低、效率高,常常用于敏感電子設(shè)備的電力供應(yīng)。它們可以在膝上型電腦、醫(yī)療設(shè)備和儀器系統(tǒng)等設(shè)備中找到。

可再生能源系統(tǒng)在光電(PV)系統(tǒng)和風(fēng)能系統(tǒng)中,uk轉(zhuǎn)換器可充當(dāng)最大電點跟蹤(MPPT)轉(zhuǎn)換器,以優(yōu)化可再生能源的電力提取,也可用于能源儲存系統(tǒng)的電池充電線路,確保高效和穩(wěn)定的充電性能。

LED照明燈:uk轉(zhuǎn)換器適合LED照明應(yīng)用,向LED提供恒定的電流,同時保持高效率和低輸出波紋,確保穩(wěn)定的亮度和長LED壽命,這對于商業(yè)和工業(yè)照明設(shè)施特別重要。

汽車電子設(shè)備:由于能夠提升或逐步降低電壓,在汽車電子系統(tǒng)中使用“uk轉(zhuǎn)換器”,用于調(diào)節(jié)各種子系統(tǒng)的電壓等任務(wù),例如調(diào)節(jié)電容器、電窗和氣候控制等,其高效和低電離層特性使這些電離層適合這些對噪音敏感的環(huán)境。

電信電信在電信系統(tǒng)中,uk轉(zhuǎn)換器可以為輸入電壓不一的遠(yuǎn)程設(shè)備提供電力,確保穩(wěn)定的運行和一貫性能,此外,其低輸出波能有助于盡量減少對敏感通信信號的干擾。

機(jī)器人和工業(yè)控制:可在機(jī)器人和工業(yè)控制系統(tǒng)中使用uk轉(zhuǎn)換器,以提供穩(wěn)定的和受管制的動力來激活器、傳感器和其他部件,其高效和低 EMI特性有助于整個系統(tǒng)可靠性和性能。

這些例子顯示了uk轉(zhuǎn)換器對各種應(yīng)用的適應(yīng)性。它的特殊特性組合,包括高效率、最小輸出波紋和最小 EMI,使得它在各種電源轉(zhuǎn)換環(huán)境中成為明智的選擇。 工程師們可以通過理解其操作原理和設(shè)計因素,高效率地使用 uk 轉(zhuǎn)換器來滿足不同應(yīng)用的獨特要求。

責(zé)任編輯：彭菁