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【硬十宝典】——1.2【基础知识】开关电源各种拓扑结构的特点

文章目录

  • 1、基本名词
  • 2、Buck降压
  • 3、Boost升压
  • 4、Buck-Boost降压-升压
  • 5、Flyback反激
  • 6、Forward正激
  • 7、Two-Transistor Forward双晶体管正激
  • 8、Push-Pull推挽
  • 9、Half-Bridge半桥
  • 10、Full-Bridge全桥
  • 11、SEPIC单端初级电感变换器
  • 12、C’uk(Slobodan C’uk的专利)
  • 13.电路工作细节
  • 14、Buck-降压调节器-连续导电
  • 15、Buck-降压调节器-临界导电
  • 16、Buck-降压调节器-不连续导电
  • 17、Boost升压调整器
  • 18.变压器工作(包括初级电感)
  • 反激变压器
  • 20、Forward 正激变换变压器
  • 21、总结
  • 返回目录硬十宝典-1

1、基本名词

??■ Buck降压 ??■ Boost升压 ??■ Buck-Boost降压-升压 ??■ Flyback反激 ??■ Forward正激 ??■ Two-Transistor Forward双晶体管正激 ??■ Push-Pull推挽 ??■ Half Bridge半桥 ??■ Full Bridge全桥 ??■ SEPIC ??■ C’uk

基本脉冲宽度调制波形 所有这些拓扑结构都与开关电路有关。 基本脉冲宽度调制波形定义如下: 在这里插入图片描述

2、Buck降压

??■ 将输入降低到较低的电压。 ??■ 也许是最简单的电路。 ??■ 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)。 ??■ 输出电流平稳

3、Boost升压

** 特点** ??■ 将输入提升到更高的电压。 ??■ 电感、开关和二极管与降压相同。 ??■ 输出总是大于或等于输入(忽略二极管的正压降)。 ??■ 输入电流平稳。 ??■ 输出电流不连续 (斩波)。

4、Buck-Boost降压-升压

??■ 另一种安排电感、开关和二极管的方法。 ??■ 结合降压和升压电路的缺点。 ??■ 输入电流不连续 (斩波)。 ??■ 输出电流不连续 (斩波)。 ??■ 输出总是与输入相反 (注意电容器的极性),但范围可以小于或大于输入。 ??■ 反激变换器实际上是降压-升压电路隔离(变压器耦合)的形式。

5、Flyback反激

??■ 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。 ??■ 由线圈和二极管的极性决定,输出可为正或为负。 ??■ 由变压器的匝数比决定,输出电压可以大于或小于输入电压。 ??■ 这是隔离拓扑结构中最简单的 ??■ 增加次级绕组和电路可获得多个输出。

6、Forward正激

??■ 变压器耦合形式的降压电路。 ??■ 输入电流不连续,输出电流平稳。 ??■ 由于使用变压器,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获得多个输出。 ??■ 变压器磁芯必须在每个开关周期中去磁。常用的方法是增加与初级绕组匝数相同的绕组。 ??■ 在开关连接阶段存储在初级电感器中的能量,在开关断开阶段通过其他绕组和二极管释放。

7、Two-Transistor Forward双晶体管正激

??■ 两个开关同时工作。 ??■ 当开关断开时,储存在变压器中的能量反向初级极性,导致二极管。 ?主要优点: ??■ 每个开关上的电压永远不会超过输入电压。 ??■ 绕组磁道无需复位。

8、Push-Pull推挽

??■ 开关(FET)脉冲宽度调制由不同相驱动(PWM)调整输出电压。 ??■ 变压器磁芯利用率好—两个半周期传输功率。 ??■ 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上部电压是输入电压的两倍。

9、Half-Bridge半桥

??■ 拓扑结构是高功率变换器中最常用的。 ??■ 开关(FET)脉冲宽度调制由不同相驱动(PWM)调整输出电压。 ??■ 变压器磁芯利用率好——两个半周期传输功率。而且初级绕组利用率优于推拉电路。 ??■ 全波拓扑结构,因此输出纹波频率是变压器频率的两倍。 ??■ 施加在FET上电压等于输入电压。

10、Full-Bridge全桥

??■ 最常用的高功率变换器拓扑结构。 ??■ 开关(FET)脉冲宽度调制以对角对角驱动(PWM)调整输出电压。 ??■ 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,因此输出纹波频率是变压器频率的两倍。 ??■ 施加在 FETs上电压等于输入电压。 ??■ 在给定功率下,主电流是半桥的一半。

11、SEPIC单端初级电感变换器

??■ 输出电压可大于或小于输入电压。 ??■ 输入电流和升压电路一样平稳,但输出电流不连续。 ??■ 能量通过电容从输入传输到输出。 ??■ 需要两个电感。

12、C’uk(Slobodan C’uk的专利)

??■ 输出反相 ??■ 输出电压的范围可小于输入。 ??■ 输入电流和输出电流平稳。 ??■ 能量通过电容从输入传输到输出。 ??■ 需要两个电感。 ??■ 零纹波电感电流可以耦合。

13.电路工作细节

以下是拓扑结构的几个工作细节 ??■ 降压调节器: ???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

14、Buck-降压调节器-连续导电

??■ 电感电流连续。 ??■ Vout 它的输入电压 (V1)的均值。 ??■ 输出电压乘以开关的负载比 (D)。 ??■ 电感电流从电池中流出。 ??■ 当开关断开时,电流流过二极管。 ??■ 忽略开关和电感的损耗, D与负载电流无关。 ?其特点是: ???■ 输入电流不连续 (斩波), 连续输出电流 (平滑)。

15、Buck-降压调节器-临界导电

??■ 电感电流仍然连续,但当开关再次打开时 零。 ???这被称为 临界导电。 ???输出电压仍然等于输入电压乘D。

16、Buck-降压调节器-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内为零。 ??■ 输出电压仍然存在 (始终)是 v1的平均值。 ??■ 输出电压不是输入电压乘以开关的负载比 (D)。 ??■ 当负载电流低于临界值时,D随负载电流而变化(Vout保持不变)。

17Boost升压调整器

  ■ 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: V o = V i n ( 1 1 − D ) Vo =Vin ( \frac {1} {1-D}) Vo=Vin(1−D1​)   在本例中,Vin = 5,Vout = 15,and D = 2/3,Vout = 15,D = 2/3.

18、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。

19、反激变压器

  ■ 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。

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

21、总结

  ■ 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

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标签: 单电容半桥式变压器开关电源原理

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