Veinte tipos de topología de fuente de alimentación conmutada.

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2022-03-17 129

¿Qué es la topología? La llamada topología del circuito es el método de conexión de dispositivos de potencia y componentes electromagnéticos en el circuito, y el diseño de los componentes magnéticos, el circuito de compensación de bucle cerrado y todos los demás componentes del circuito dependen de la topología. Las topologías más básicas son convertidores buck, boost y boost/buck, flyback aislado, forward, push-pull, medio puente y puente completo.
Existen alrededor de 14 topologías comunes de fuente de alimentación conmutada, cada una de las cuales tiene sus propias características y ocasiones aplicables. El principio de selección es ver si se trata de una salida de alta o baja potencia, de alto o bajo voltaje, y si hay la menor cantidad de componentes posible.
Por lo tanto, es muy importante estar familiarizado con las ventajas, desventajas y campos de aplicación de las diferentes topologías para poder seleccionar las topologías adecuadamente. Una elección equivocada hará que el diseño de la dieta esté condenado al fracaso desde el principio. A continuación se resumen 20 topologías básicas de fuentes de alimentación conmutadas para ayudar al sistema a dominar el principio de funcionamiento y las características básicas de cada estructura de circuito.

Comparación de 20 topologías de fuentes de alimentación conmutadas

Topología básica común de: ■ Buck reductor ■ Boost boost ■ Buck-Boost buck-boost ■ Flyback flyback ■ Excitación directa hacia adelante ■ Transistor doble directo hacia adelante de dos transistores ■ Push-Pull push-pull ■ Medio puente Medio puente ■ Puente completo Puente Completo ■ SEPIC ■ C'uk

Forma de onda básica de modulación de ancho de pulso de

Todas estas topologías están relacionadas con circuitos de conmutación, y la forma de onda básica de modulación de ancho de pulso se define de la siguiente manera:

三、Buck 降压

Características:
■ Reduzca la entrada a un voltaje más bajo.
■ Probablemente el circuito más sencillo.
■ El filtro inductor/condensador suaviza la onda cuadrada después de la conmutación.
■ La salida es siempre menor o igual que la entrada.
■ Corriente de entrada discontinua (corte)
■ Corriente de salida suave

impulso impulso

Características:
■ Eleve la entrada a un voltaje más alto.
■ Igual que el reductor, pero el inductor, el interruptor y el diodo están reorganizados.
■ La relación de salida es siempre mayor o igual a la entrada (ignorando la caída de tensión directa del diodo)
■ Suavizado de corriente de entrada
■ Corriente de salida discontinua (corte)

Buck-Boost Buck-Boost

Características:
■ Otro método de disposición de inductores, interruptores y diodos.
■ Combina las desventajas de los circuitos reductores y elevadores.
■ Corriente de entrada discontinua (corte)
■ La corriente de salida también es discontinua (corte)
■ La salida siempre es opuesta a la entrada (tenga en cuenta la polaridad del condensador), pero la amplitud puede ser menor o mayor que la entrada.
■ El convertidor "Flyback" en realidad tiene la forma de aislamiento de circuito reductor-elevador (acoplamiento de transformador).

retorno de retorno

Características:
■ Funciona como un circuito reductor-elevador, pero el inductor tiene dos devanados, que sirven como transformador e inductor.
■ La salida puede ser positiva o negativa, determinada por la polaridad de la bobina y el diodo.
■ El voltaje de salida puede ser mayor o menor que el voltaje de entrada, que está determinado por la relación de vueltas del transformador.
■ Ésta es la topología aislada más simple.
■ Se pueden obtener múltiples salidas agregando devanados y circuitos secundarios.

adelante esta emocionado

Características:
■ Forma de acoplamiento del transformador del circuito reductor.
■ Corriente de entrada discontinua y corriente de salida suave.
■ Debido a que se utiliza el transformador, la salida puede ser mayor o menor que la entrada y puede ser de cualquier polaridad.
■ Se pueden obtener múltiples salidas agregando devanados y circuitos secundarios.
■ El núcleo del transformador debe desmagnetizarse en cada ciclo de conmutación. La práctica común es agregar un devanado con el mismo número de vueltas que el devanado primario.
■ La energía almacenada en el inductor primario durante la fase de conexión se libera a través de devanados y diodos adicionales durante la fase de desconexión.

Características:■ Forma de acoplamiento del transformador del circuito reductor.■ Corriente de entrada discontinua y corriente de salida suave.■ Debido a que se utiliza el transformador, la salida puede ser mayor o menor que la entrada y puede ser de cualquier polaridad.■ Se pueden obtener múltiples salidas agregando devanados y circuitos secundarios.■ El núcleo del transformador debe desmagnetizarse en cada ciclo de conmutación. La práctica común es agregar un devanado con el mismo número de vueltas que el devanado primario.■ La energía almacenada en el inductor primario durante la fase de conexión se libera a través de devanados y diodos adicionales durante la fase de desconexión.

Dos transistores adelante Doble transistor adelante

Características:
■ Dos interruptores funcionan al mismo tiempo.
■ Cuando el interruptor está apagado, la energía almacenada en el transformador invierte la polaridad del primario y enciende el diodo.Ventajas principales:
■ El voltaje en cada interruptor nunca excederá el voltaje de entrada.
■ No es necesario restablecer la pista de bobinado.

empujar-tirar empujar-tirar

Características:
■ El interruptor (FET) controla diferentes fases y realiza modulación de ancho de pulso (PWM) para ajustar el voltaje de salida.
■ Buen índice de utilización de la transmisión de potencia del núcleo del transformador en ambos semiciclos.
■ Topología de onda completa, por lo que la frecuencia de rizado de salida es el doble que la del transformador.
■ El voltaje aplicado al FET es el doble del voltaje de entrada.

Medio puente Medio puente

Características:
■ La estructura de topología de convertidores de mayor potencia se utiliza con mucha frecuencia.
■ El interruptor (FET) controla diferentes fases y realiza modulación de ancho de pulso (PWM) para ajustar el voltaje de salida.
■ Buen índice de utilización de la transmisión de potencia del núcleo del transformador en ambos semiciclos. Y el índice de utilización del devanado primario es mejor que el del circuito push-pull.
■ Topología de onda completa, por lo que la frecuencia de rizado de salida es el doble que la del transformador.
■ El voltaje aplicado al FET es igual al voltaje de entrada.

Puente de puente completo

Características:
■ La topología más utilizada de convertidores de mayor potencia.
■ Los interruptores (FET) se activan en forma de pares diagonales y se realiza una modulación de ancho de pulso (PWM) para regular el voltaje de salida.
■ Buen índice de utilización de la transmisión de potencia del núcleo del transformador en ambos semiciclos.
■ Topología de onda completa, por lo que la frecuencia de rizado de salida es el doble que la del transformador.
■ El voltaje aplicado a los FET es igual al voltaje de entrada.
■ A una potencia dada, la corriente primaria es la mitad del medio puente.

Convertidor de inductor primario de un solo extremo SEPIC

Características:
■ El voltaje de salida puede ser mayor o menor que el voltaje de entrada.
■ Al igual que el circuito elevador, la corriente de entrada es suave, pero la corriente de salida es discontinua.
■ La energía se transfiere de la entrada a la salida a través de un condensador.
■ Se requieren dos inductores.

C 'uk (patente de Slobodan C 'uk)

Características:
■ Inversión de salida
■ La amplitud del voltaje de salida puede ser mayor o menor que la de la entrada.
■ Tanto la corriente de entrada como la corriente de salida son suaves.
■ La energía se transfiere de la entrada a la salida a través de un condensador.
■ Se requieren dos inductores.
■ Los inductores se pueden acoplar para obtener una corriente de inductor con ondulación cero.

Detalles del trabajo del circuito.

Explique los detalles de funcionamiento de las siguientes topologías:
■ Regulador reductor: conducción continua, conducción crítica y conducción discontinua.
■ Regulador de impulso (conducción continua)
■ Operación del transformador
■ Transformador de retorno
■ Transformador directo

Buck-regulador buck-conducción continua

Características:
■ La corriente del inductor es continua.
■ Vout es el valor medio de su tensión de entrada (V1).
■ El voltaje de salida es el voltaje de entrada multiplicado por la relación de carga (D) del interruptor.
■ Cuando está encendido, la corriente del inductor sale de la batería.
■ La corriente fluye a través del diodo cuando el interruptor está apagado.
■ Ignore las pérdidas en interruptores e inductores, y D no tiene nada que ver con la corriente de carga.
■ El regulador reductor y sus circuitos derivados se caracterizan por:La corriente de entrada es discontinua (corte) y la corriente de salida es continua (suavizado).

Regulador buck-buck-conducción crítica

■ La corriente del inductor sigue siendo continua, pero sólo "llega" a cero cuando se vuelve a conectar el interruptor, lo que se denomina "conducción crítica". El voltaje de salida sigue siendo igual al voltaje de entrada multiplicado por d.

Buck-regulador buck-conducción discontinua

■ En este caso, la corriente en el inductor es cero durante un período de tiempo en cada ciclo.
■ La tensión de salida sigue siendo (siempre) el valor medio de v1.
■ El voltaje de salida no es el voltaje de entrada multiplicado por la relación de carga (D) del interruptor.
■ Cuando la corriente de carga es inferior al valor crítico, D cambia con la corriente de carga (mientras que Vout permanece igual).

Regulador de impulso

■ El voltaje de salida es siempre mayor (o igual) que el voltaje de entrada.
■ Corriente de entrada continua y corriente de salida discontinua (a diferencia del regulador reductor).
■ La relación entre el voltaje de salida y la relación de carga (D) no es tan simple como en los reguladores reductores. En el caso de conducción continua:

En este ejemplo, Vin = 5, Vout = 15 y D = 2/3. Vsalida = 15, D = 2/3.

Operación del transformador (incluida la función del inductor primario)

■ El transformador se considera un transformador ideal y su inductancia primaria (magnetización) está conectada en paralelo con la primaria.

Transformador de retorno

■Aquí, la inductancia primaria es muy baja, que se utiliza para determinar la corriente máxima y la energía almacenada. Cuando se apaga el interruptor primario, la energía se transfiere al secundario.

Transformador convertidor directo directo

■ La inductancia primaria es alta porque no hay necesidad de almacenar energía.
■ La corriente magnetizante (i1) fluye hacia el "inductor magnetizador" para desmagnetizar el núcleo magnético (voltaje inverso) después de apagar el interruptor primario.

resumen

■ Aquí se revisa la topología de circuito más común en la conversión de energía conmutada.
■ Hay muchas otras topologías, pero la mayoría de ellas son combinaciones o variaciones de las topologías descritas aquí.
■ Cada topología contiene compensaciones de diseño únicas:1) el voltaje aplicado al interruptor2) Cortar y suavizar la corriente de entrada y salida.3) Relación de utilización del devanado.
■ Elegir la mejor topología requiere investigación:1) rango de voltaje de entrada y salida2) rango actual3) La relación costo-rendimiento, tamaño-peso

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