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  • 常見的各種開關電源拓撲的優(yōu)缺點對比
    常見的各種開關電源拓撲的優(yōu)缺點對比
  • 常見的各種開關電源拓撲的優(yōu)缺點對比
  •   發(fā)布日期: 2018-12-15  瀏覽次數(shù): 876
    1、基本名詞
    常見的基本拓撲結構

    ■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
    這些拓撲結構都與開關式電路有關。
    基本的脈沖寬度調(diào)制波形定義如下:

    2、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。

    ■電感/電容濾波器濾平開關后的方波。

    ■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
    ■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

    ■電感、開關和二極管的另一種安排方法。

    ■結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。
    5、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,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。

    ■這是隔離拓撲結構中最簡單的

    ■增加次級繞組和電路可以得到多個輸出。
    6、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。

    ■在開關接通階段存儲在初級電感中的能量,在開關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

    ■兩個開關同時工作。

    ■開關斷開時,存儲在變壓器中的能量使初級的極性反向,使二極管導通。

    ■主要優(yōu)點:

    ■每個開關上的電壓永遠不會超過輸入電壓。

    ■無需對繞組磁道復位。
    8、Push-Pull推挽

    特點

    ■開關(FET)的驅(qū)動不同相,進行脈沖寬度調(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。

    ■全波拓撲結構,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

    ■較高功率變換器極為常用的拓撲結構。

    ■開關(FET)的驅(qū)動不同相,進行脈沖寬度調(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。

    ■全波拓撲結構,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

    ■較高功率變換器最為常用的拓撲結構。

    ■開關(FET)以對角對的形式驅(qū)動,進行脈沖寬度調(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。

    ■全波拓撲結構,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。
    11、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。
    12、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。
    13、電路工作的細節(jié)
    下面講解幾種拓撲結構的工作細節(jié)
    ■降壓調(diào)整器:

    連續(xù)導電

    臨界導電

    不連續(xù)導電

    ■升壓調(diào)整器 (連續(xù)導電)

    ■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的負荷比 (D)。

    ■接通時,電感電流從電池流出。

    ■開關斷開時電流流過二極管。

    ■忽略開關和電感中的損耗, D與負載電流無關。

    ■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-臨界導電

    ■電感電流仍然是連續(xù)的,只是當開關再次接通時 “達到”零。

    這被稱為 “臨界導電”。

    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)導電

    ■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的負荷比 (D)。

    ■當負載電流低于臨界值時,D隨著負載電流而變化(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)。

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

    在本例中,Vin = 5,

    Vout = 15, and D = 2/3.

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

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

    ■此處初級電感很低,用于確定峰值電流和存儲的能量。當初級開關斷開時,能量傳送到次級。
    20、Forward 正激變換變壓器

    ■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”,使磁芯在初級開關斷開后去磁 (電壓反向)。
    21、總結
    ■此處回顧了目前開關式電源轉換中最常見的電路拓撲結構。

    ■還有許多拓撲結構,但大多是此處所述拓撲的組合或變形。

    ■每種拓撲結構包含獨特的設計權衡:

    施加在開關上的電壓

    斬波和平滑輸入輸出電流

    繞組的利用率

    ■選擇最佳的拓撲結構需要研究:

    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
    本文轉載自: 網(wǎng)絡


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