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张玉兰

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工程师不可不知的电源11种拓扑结构

基本名词
电源常见的拓扑结构
Buck降压
  • Boost升压
  • Buck-Boost降压-升压
  • Flyback反激
  • Forward正激
  • Two-Transistor]
    • 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。
  • 2、Boost升压
    特点
    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]
    • 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。
  • 4、Flyback反激
    特点
    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。
  • 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。
  • 6、Two-Transistor Forward双晶体管正激
    特点
    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。
  • 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。
  • 8、Half-Bridge半桥
    特点
    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。
  • 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。
  • 10、SEPIC单端初级电感变换器
    特点
    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。
  • 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。
  • 12、C’uk(Slobodan C’uk的专利)
    下面讲解几种拓扑结构的工作细节
    降压调整器:
  • 升压调整器 (连续导电)
  • 变压器工作
  • 反激变压器
  • 正激变压器
  • 13、Buck-降压调整器-连续导电
    电感电流连续。
  • Vout]
    • 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。
    15、Buck-降压调整器-不连续导电
    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]
    • 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:
  • 在本例中,Vin = 5,Vout = 15, and D = 2/3.Vout = 15,D = 2/3.
    17、变压器工作(包括初级电感的作用)
    变压器看作理想变压器,它的初级(磁化)电感与初级并联。
  • 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。
  • 19、Forward 正激变换变压器
    初级电感很高,因为无需存储能量。
  • 磁化电流]
    • 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

    回帖(1)

    王栋春

    2019-6-30 22:30:56
    资料不错 感谢楼主分享
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