بیست نوع توپولوژی منبع تغذیه سوئیچینگ

صفحه اصلی اخبار برجسته روزانه بیست نوع توپولوژی منبع تغذیه سوئیچینگ

2022-03-17 129

توپولوژی چیست؟ توپولوژی مدار، روش اتصال دستگاه های برق و قطعات الکترومغناطیسی در مدار است و طراحی اجزای مغناطیسی، مدار جبران حلقه بسته و سایر اجزای مدار به توپولوژی بستگی دارد. ابتدایی ترین توپولوژی ها مبدل های buck، boost و boost/buck، flyback ایزوله، فوروارد، push-pull، نیم پل و تمام پل هستند.
حدود 14 توپولوژی متداول منبع تغذیه سوئیچینگ وجود دارد که هر کدام ویژگی ها و موقعیت های کاربردی خاص خود را دارند. اصل انتخاب این است که ببینیم آیا توان بالا است یا کم، خروجی ولتاژ بالا یا ولتاژ پایین، و اینکه آیا تا حد ممکن قطعات کمتری وجود دارد یا خیر.
بنابراین، آشنایی با مزایا، معایب و زمینه های کاربردی توپولوژی های مختلف برای انتخاب صحیح توپولوژی ها بسیار مهم است. انتخاب اشتباه باعث می شود که طراحی رژیم از ابتدا محکوم به شکست باشد. در زیر 20 توپولوژی اصلی منبع تغذیه سوئیچینگ را برای کمک به سیستم در تسلط بر اصل کار و ویژگی های اساسی هر ساختار مدار خلاصه می کند.

مقایسه 20 توپولوژی منبع تغذیه سوئیچینگ

توپولوژی پایه رایج: ■ کاهش باک ■ تقویت بوست ■ تقویت باک بوست ■ فلای بک فلای بک ■ تحریک رو به جلو ■ ترانزیستور دوتایی به جلو دو ترانزیستور به جلو ■ فشار - کشش فشار - کش ■ نیم پل نیمه پل ■ پل کامل پل کامل ■ SEPIC ■ C'uk

شکل موج مدولاسیون عرض پالس پایه

این توپولوژی ها همه مربوط به مدارهای سوئیچینگ هستند و شکل موج مدولاسیون عرض پالس پایه به صورت زیر تعریف می شود:

三、باک 降压

امکانات:
■ ورودی را به ولتاژ کمتر کاهش دهید.
■ احتمالا ساده ترین مدار.
■ فیلتر سلف/خازن پس از تعویض موج مربعی را صاف می کند.
■ خروجی همیشه کمتر یا مساوی ورودی است.
■ جریان ورودی ناپیوسته (خرد کردن)
■ جریان خروجی صاف

تقویت تقویت

امکانات:
■ ورودی را به یک ولتاژ بالاتر ببرید.
■ همانند پایین آمدن، اما سلف، سوئیچ و دیود دوباره مرتب شده اند.
■ نسبت خروجی همیشه بزرگتر یا مساوی با ورودی است (بدون توجه به افت ولتاژ رو به جلو دیود)
■ هموارسازی جریان ورودی
■ جریان خروجی ناپیوسته (خرد کردن)

Buck-Boost Buck-boost

امکانات:
■ روش دیگر چیدمان سلف ها، کلیدها و دیودها
■ معایب مدارهای باک و بوست را ترکیب می کند.
■ جریان ورودی ناپیوسته (خرد کردن)
■ جریان خروجی نیز ناپیوسته است (خرد کردن)
■ خروجی همیشه مخالف ورودی است (به قطبیت خازن توجه کنید)، اما دامنه می تواند کوچکتر یا بزرگتر از ورودی باشد.
■ مبدل «فلای بک» در واقع به صورت جداسازی مدار باک بوست (کوپلینگ ترانسفورماتور) است.

فلای بک فلای بک

امکانات:
■ مانند مدار باک بوست کار می کند، اما سلف دارای دو سیم پیچ است که هم به عنوان ترانسفورماتور و هم به عنوان سلف عمل می کنند.
■ خروجی می تواند مثبت یا منفی باشد که توسط قطبیت سیم پیچ و دیود تعیین می شود.
■ ولتاژ خروجی می تواند بزرگتر یا کوچکتر از ولتاژ ورودی باشد که با نسبت دورهای ترانسفورماتور تعیین می شود.
■ این ساده ترین توپولوژی ایزوله است.
■ خروجی های متعددی را می توان با افزودن سیم پیچ ها و مدارهای ثانویه به دست آورد.

فوروارد هیجان زده است

امکانات:
■ شکل کوپلینگ ترانسفورماتور مدار کاهنده.
■ جریان ورودی ناپیوسته و جریان خروجی صاف.
■ چون از ترانسفورماتور استفاده می شود، خروجی می تواند بزرگتر یا کوچکتر از ورودی باشد و می تواند از هر قطبی باشد.
■ خروجی های متعددی را می توان با افزودن سیم پیچ ها و مدارهای ثانویه به دست آورد.
■ هسته ترانسفورماتور باید در هر سیکل سوئیچینگ مغناطیس زدایی شود. روش متداول این است که سیم پیچی با همان تعداد دور سیم پیچ اولیه اضافه کنید.
■ انرژی ذخیره شده در سلف اولیه در مرحله روشن شدن از طریق سیم پیچ ها و دیودهای اضافی در مرحله خاموش شدن آزاد می شود.

امکانات:■ شکل کوپلینگ ترانسفورماتور مدار کاهنده.■ جریان ورودی ناپیوسته و جریان خروجی صاف.■ چون از ترانسفورماتور استفاده می شود، خروجی می تواند بزرگتر یا کوچکتر از ورودی باشد و می تواند از هر قطبی باشد.■ خروجی های متعددی را می توان با افزودن سیم پیچ ها و مدارهای ثانویه به دست آورد.■ هسته ترانسفورماتور باید در هر سیکل سوئیچینگ مغناطیس زدایی شود. روش متداول این است که سیم پیچی با همان تعداد دور سیم پیچ اولیه اضافه کنید.■ انرژی ذخیره شده در سلف اولیه در مرحله روشن شدن از طریق سیم پیچ ها و دیودهای اضافی در مرحله خاموش شدن آزاد می شود.

ترانزیستور دو ترانزیستور رو به جلو دو ترانزیستور

امکانات:
■ دو سوئیچ به طور همزمان کار می کنند.
■ هنگامی که کلید خاموش است، انرژی ذخیره شده در ترانسفورماتور قطبیت اولیه را معکوس کرده و دیود را روشن می کند.مزایای اصلی:
■ ولتاژ هر کلید هرگز از ولتاژ ورودی بیشتر نخواهد شد.
■ نیازی به تنظیم مجدد مسیر پیچ در پیچ نیست.

فشار-کشیدن فشار-کشیدن

امکانات:
■ سوئیچ (FET) فازهای مختلف را هدایت می کند و مدولاسیون عرض پالس (PWM) را برای تنظیم ولتاژ خروجی انجام می دهد.
■ نسبت استفاده خوب از انتقال هسته ترانسفورماتور در هر دو نیم سیکل.
■ توپولوژی تمام موج، بنابراین فرکانس ریپل خروجی دو برابر ترانسفورماتور است.
■ ولتاژ اعمال شده به FET دو برابر ولتاژ ورودی است.

نیم پل نیم پل

امکانات:
■ ساختار توپولوژی مبدل توان بالاتر بسیار رایج است.
■ سوئیچ (FET) فازهای مختلف را هدایت می کند و مدولاسیون عرض پالس (PWM) را برای تنظیم ولتاژ خروجی انجام می دهد.
■ نسبت استفاده خوب از انتقال هسته ترانسفورماتور در هر دو نیم سیکل. و نسبت استفاده از سیم پیچ اولیه بهتر از مدار فشار کش است.
■ توپولوژی تمام موج، بنابراین فرکانس ریپل خروجی دو برابر ترانسفورماتور است.
■ ولتاژ اعمال شده به FET برابر با ولتاژ ورودی است.

پل تمام پل

امکانات:
■ متداول ترین توپولوژی مبدل های توان بالاتر.
■ سوئیچ ها (FET) به شکل جفت مورب هدایت می شوند و مدولاسیون عرض پالس (PWM) برای تنظیم ولتاژ خروجی انجام می شود.
■ نسبت استفاده خوب از انتقال هسته ترانسفورماتور در هر دو نیم سیکل.
■ توپولوژی تمام موج، بنابراین فرکانس ریپل خروجی دو برابر ترانسفورماتور است.
■ ولتاژ اعمال شده به FET ها برابر با ولتاژ ورودی است.
■ در یک توان معین، جریان اولیه نیمی از نیم پل است.

مبدل سلف اولیه تک سر SEPIC

امکانات:
■ ولتاژ خروجی می تواند بیشتر یا کمتر از ولتاژ ورودی باشد.
■ مانند مدار بوست، جریان ورودی صاف است، اما جریان خروجی ناپیوسته است.
■ انرژی از ورودی به خروجی از طریق خازن منتقل می شود.
■ دو سلف مورد نیاز است.

C'uk (اختراع Slobodan C'uk)

امکانات:
■ وارونگی خروجی
■ دامنه ولتاژ خروجی می تواند بزرگتر یا کوچکتر از ولتاژ ورودی باشد.
■ جریان ورودی و خروجی هر دو صاف هستند.
■ انرژی از ورودی به خروجی از طریق خازن منتقل می شود.
■ دو سلف مورد نیاز است.
■ سلف ها را می توان برای به دست آوردن جریان سلف موج دار صفر جفت کرد.

جزئیات کار مدار

جزئیات کار توپولوژی های زیر را توضیح دهید:
■ تنظیم کننده کاهنده: هدایت پیوسته، هدایت بحرانی و هدایت ناپیوسته.
■ تنظیم کننده تقویت کننده (رسانایی مداوم)
■ عملکرد ترانسفورماتور
■ ترانسفورماتور فلای بک
■ ترانسفورماتور جلو

تنظیم کننده باک باک-رسانایی پیوسته

امکانات:
■ جریان سلف پیوسته است.
■ Vout مقدار متوسط ولتاژ ورودی آن (V1) است.
■ ولتاژ خروجی ولتاژ ورودی ضرب در نسبت بار (D) کلید است.
■ هنگام روشن شدن، جریان سلف از باتری خارج می شود.
■ هنگامی که کلید خاموش است جریان از دیود عبور می کند.
■ تلفات کلیدها و سلف ها را نادیده بگیرید و D ربطی به جریان بار ندارد.
■ تنظیم کننده باک و مدارهای مشتق آن با موارد زیر مشخص می شوند:جریان ورودی ناپیوسته (خرد کردن) و جریان خروجی پیوسته (صاف کننده) است.

تنظیم کننده باک باک-رسانایی بحرانی

■ جریان سلف همچنان پیوسته است، اما تنها با روشن شدن مجدد کلید به صفر می رسد که به آن «رسانایی بحرانی» می گویند. ولتاژ خروجی هنوز برابر با ولتاژ ورودی ضرب در d است.

تنظیم کننده باک باک-رسانایی ناپیوسته

■ در این حالت جریان در سلف برای یک دوره زمانی در هر سیکل صفر است.
■ ولتاژ خروجی همچنان (همیشه) مقدار متوسط v1 است.
■ ولتاژ خروجی ولتاژ ورودی ضرب در نسبت بار (D) کلید نیست.
■ وقتی جریان بار کمتر از مقدار بحرانی باشد، D با جریان بار تغییر می کند (در حالی که Vout ثابت می ماند).

تنظیم کننده تقویت کننده

■ ولتاژ خروجی همیشه بیشتر از (یا مساوی) ولتاژ ورودی است.
■ جریان ورودی پیوسته و جریان خروجی ناپیوسته (برعکس رگولاتور باک).
■ رابطه بین ولتاژ خروجی و نسبت بار (D) به سادگی رگولاتورهای باک نیست. در مورد هدایت مداوم:

در این مثال، Vin = 5، Vout = 15، و D = 2/3. Vout = 15، D = 2/3.

عملکرد ترانسفورماتور (شامل عملکرد سلف اولیه)

■ ترانسفورماتور به عنوان یک ترانسفورماتور ایده آل در نظر گرفته می شود و اندوکتانس اولیه (مغناطیس) آن به موازات اولیه متصل می شود.

ترانسفورماتور فلای بک

■در اینجا، اندوکتانس اولیه بسیار کم است، که برای تعیین حداکثر جریان و انرژی ذخیره شده استفاده می شود. هنگامی که کلید اولیه خاموش می شود، انرژی به ثانویه منتقل می شود.

ترانسفورماتور مبدل جلو به جلو

■ اندوکتانس اولیه زیاد است زیرا نیازی به ذخیره انرژی نیست.
■ جریان مغناطیسی (i1) پس از خاموش شدن سوئیچ اولیه، به درون "سلف مغناطیسی" جریان می یابد تا هسته مغناطیسی (ولتاژ معکوس) را مغناطیسی کند.

خلاصه

■ در اینجا رایج ترین توپولوژی مدار در تبدیل توان سوئیچینگ بررسی می شود.
■ توپولوژی های بسیار دیگری نیز وجود دارد، اما بیشتر آنها ترکیبی یا تغییراتی از توپولوژی های توضیح داده شده در اینجا هستند.
■ هر توپولوژی شامل مبادلات طراحی منحصر به فرد است:1) ولتاژ اعمال شده به کلید2) بریدن و صاف کردن جریان ورودی و خروجی3) نسبت استفاده از سیم پیچ
■ انتخاب بهترین توپولوژی نیاز به تحقیق دارد:1) محدوده ولتاژ ورودی و خروجی2) محدوده فعلی3) نسبت هزینه به عملکرد، اندازه به وزن

سلب مسئولیت: این مقاله از «طراحی سیستم قدرت» بازتولید شده است. این مقاله فقط دیدگاه های شخصی نویسنده را نشان می دهد و دیدگاه های Sacco Micro و صنعت را نشان نمی دهد. این فقط برای تجدید چاپ و به اشتراک گذاری برای حمایت از حمایت از حقوق مالکیت معنوی است. لطفاً هنگام چاپ مجدد منبع و نویسنده اصلی را ذکر کنید. در صورت وجود هرگونه تخلف، لطفا با ما تماس بگیرید تا آن را حذف کنیم.

قبلی

Slkor به پیروزی دیگری دست یافت! تعداد بازدید ویدیوهای علمی محبوب آن در TikTok از مرز یک میلیون نفر گذشت

بعدی

مدیر کل، سونگ شی‌کیانگ، جوایزی را به لین یوان‌فانگ، برترین فروشنده، و تیم دراگون-تایگر، اولین دپارتمان فروش اسلکور، اهدا کرد.