עשרים סוגים של טופולוגיה של מיתוג ספק כוח

עמוד הבית חדשות גולת הכותרת היומית עשרים סוגים של טופולוגיה של מיתוג ספק כוח

2022-03-17 129

מהי טופולוגיה? מה שנקרא טופולוגיית המעגל היא שיטת החיבור של התקני חשמל ורכיבים אלקטרומגנטיים במעגל, והתכנון של רכיבים מגנטיים, מעגל פיצוי במעגל סגור וכל שאר רכיבי המעגל תלויים בטופולוגיה. הטופולוגיות הבסיסיות ביותר הן buck, boost ו-boost/buck, ממירי טיסות חוזרות מבודדות, קדימה, דחיפה-משיכה, חצי גשר וממירי גשר מלא.
ישנן כ-14 טופולוגיות נפוצות של מיתוג ספק כוח, שלכל אחת מהן מאפיינים משלה והזדמנויות ישימות. עיקרון הבחירה הוא לראות האם מדובר בהספק גבוה או בהספק נמוך, במתח גבוה או במתח נמוך, והאם יש כמה שפחות רכיבים.
לכן, חשוב מאוד להכיר את היתרונות, החסרונות ותחומי היישום של טופולוגיות שונות על מנת לבחור נכון טופולוגיות. בחירה לא נכונה תהפוך את עיצוב הדיאטה לנדון לכישלון מההתחלה. להלן סיכום 20 טופולוגיות בסיסיות של ספק כוח מיתוג כדי לעזור למערכת לשלוט בעיקרון העבודה והמאפיינים הבסיסיים של כל מבנה מעגל.

השוואה בין 20 טופולוגיות מיתוג של ספק כוח

טופולוגיה בסיסית נפוצה של: ■ גשר מוריד (Buck step-down) ■ גשר Boost (Boost) ■ גשר Buck-Boost (Buck-Boost) ■ גשר Flyback (Flyback) ■ עירור קדימה קדימה ■ טרנזיסטור כפול קדימה עם שני טרנזיסטורים ■ Push-Pull (Push-Pull) ■ חצי גשר חצי גשר ■ גשר מלא גשר מלא ■ SEPIC ■ C'uk

צורת גל אפנון רוחב דופק בסיסי של

טופולוגיות אלו קשורות כולן למעגלי מיתוג, וצורת גל אפנון רוחב הדופק הבסיסית מוגדרת כדלקמן:

三、באק 降压

מאפיינים:
■ הפחת את הקלט למתח נמוך יותר.
■ כנראה המעגל הפשוט ביותר.
■ מסנן המשרן/קבלים מחליק את הגל הריבועי לאחר ההחלפה.
■ הפלט תמיד קטן או שווה לקלט.
■ זרם כניסה לא רציף (קיצוץ)
■ זרם פלט חלק

בוסט בוסט

מאפיינים:
■ העלה את הקלט למתח גבוה יותר.
■ זהה להורדת מתח, אך המשרן, המתג והדיודה מסודרים מחדש.
■ יחס היציאה תמיד גדול או שווה ליחס הקלט (תוך התעלמות מירידת המתח הקדמית של הדיודה)
■ החלקת זרם קלט
■ זרם פלט לא רציף (חיתוך)

באק-בוסט באק-בוסט

מאפיינים:
■ שיטת סידור נוספת של סלילים, מתגים ודיודות
■ משלב את החסרונות של מעגלי buck and boost.
■ זרם כניסה לא רציף (קיצוץ)
■ זרם המוצא הוא גם לא רציף (קצוץ)
■ הפלט תמיד מנוגד לכניסה (שים לב לקוטביות של הקבל), אך המשרעת יכולה להיות קטנה או גדולה מהקלט.
■ ממיר "Flyback" הוא למעשה בצורת בידוד מעגל buck-boost (צימוד שנאי).

Flyback Flyback

מאפיינים:
■ פועל כמו מעגל buck-boost, אך למשרן יש שתי פיתולים, המשמשים גם כשנאי וגם כמשרן.
■ הפלט יכול להיות חיובי או שלילי, כפי שנקבע על ידי הקוטביות של הסליל והדיודה.
■ מתח המוצא יכול להיות גדול או קטן ממתח הכניסה, אשר נקבע על פי יחס הסיבובים של השנאי.
■ זוהי הטופולוגיה המבודדת הפשוטה ביותר.
■ ניתן להשיג יציאות מרובות על ידי הוספת פיתולים ומעגלים משניים.

קדימה מתרגשת

מאפיינים:
■ צורת צימוד שנאי של מעגל ירידה.
■ זרם כניסה לא רציף וזרם פלט חלק.
■ מכיוון שהשנאי משמש, הפלט יכול להיות גדול או קטן מהקלט, והוא יכול להיות בכל קוטביות.
■ ניתן להשיג יציאות מרובות על ידי הוספת פיתולים ומעגלים משניים.
■ יש לבטל את ליבת השנאי בכל מחזור מיתוג. הנוהג המקובל הוא להוסיף פיתול עם אותו מספר סיבובים כמו הפיתול הראשי.
■ האנרגיה המאוחסנת במשרן הראשוני במהלך שלב ההפעלה משתחררת באמצעות פיתולים ודיודות נוספים במהלך שלב הכיבוי.

מאפיינים:■ צורת צימוד שנאי של מעגל ירידה.■ זרם כניסה לא רציף וזרם פלט חלק.■ מכיוון שהשנאי משמש, הפלט יכול להיות גדול או קטן מהקלט, והוא יכול להיות בכל קוטביות.■ ניתן להשיג יציאות מרובות על ידי הוספת פיתולים ומעגלים משניים.■ יש לבטל את ליבת השנאי בכל מחזור מיתוג. הנוהג המקובל הוא להוסיף פיתול עם אותו מספר סיבובים כמו הפיתול הראשי.■ האנרגיה המאוחסנת במשרן הראשוני במהלך שלב ההפעלה משתחררת באמצעות פיתולים ודיודות נוספים במהלך שלב הכיבוי.

טרנזיסטור כפול קדימה עם שני טרנזיסטורים

מאפיינים:
■ שני מתגים פועלים בו זמנית.
■ כאשר המתג כבוי, האנרגיה המאוחסנת בשנאי הופכת את הקוטביות של המעגל הראשי ומפעילה את הדיודה.יתרונות עיקריים:
■ המתח בכל מתג לעולם לא יעלה על מתח הכניסה.
■ אין צורך לאפס את המסלול המתפתל.

דחיפה-משיכה דחיפה-משיכה

מאפיינים:
■ מתג (FET) מניע שלבים שונים ומבצע אפנון רוחב דופק (PWM) כדי להתאים את מתח המוצא.
■ יחס ניצול טוב של שידור ליבת כוח שנאי בשני חצאי המחזורים.
■ טופולוגיה של גל מלא, כך שתדר אדוות המוצא כפול מזה של השנאי.
■ המתח המופעל על ה-FET הוא פי שניים ממתח הכניסה.

חצי גשר חצי גשר

מאפיינים:
■ מבנה טופולוגיה של ממיר הספק גבוה יותר נמצא בשימוש נפוץ מאוד.
■ מתג (FET) מניע שלבים שונים ומבצע אפנון רוחב דופק (PWM) כדי להתאים את מתח המוצא.
■ יחס ניצול טוב של שידור ליבת כוח שנאי בשני חצאי המחזורים. ויחס הניצול של סלילה ראשונית טוב יותר מזה של מעגל דחיפה-משיכה.
■ טופולוגיה של גל מלא, כך שתדר אדוות המוצא כפול מזה של השנאי.
■ המתח המופעל על ה-FET שווה למתח הכניסה.

גשר מלא

מאפיינים:
■ הטופולוגיה הנפוצה ביותר של ממירי הספק גבוה יותר.
■ מתגים (FETs) מונעים בצורה של זוגות אלכסוניים, ומבוצעת אפנון רוחב דופק (PWM) כדי לווסת את מתח המוצא.
■ יחס ניצול טוב של שידור ליבת כוח שנאי בשני חצאי המחזורים.
■ טופולוגיה של גל מלא, כך שתדר אדוות המוצא כפול מזה של השנאי.
■ המתח המופעל על FETs שווה למתח הכניסה.
■ בהספק נתון, הזרם הראשוני הוא מחצית מחצי הגשר.

ממיר משרן ראשי חד-קצה SEPIC

מאפיינים:
■ מתח המוצא יכול להיות גדול או קטן ממתח הכניסה.
■ כמו מעגל החיזוק, זרם הכניסה חלק, אך זרם המוצא אינו רציף.
■ אנרגיה מועברת מהקלט ליציאה דרך קבל.
■ נדרשים שני משרנים.

C'uk (פטנט של Slobodan C'uk)

מאפיינים:
■ היפוך פלט
■ משרעת מתח המוצא יכולה להיות גדולה או קטנה מזו של הקלט.
■ גם זרם הכניסה וגם זרם המוצא חלקים.
■ אנרגיה מועברת מהקלט ליציאה דרך קבל.
■ נדרשים שני משרנים.
■ ניתן לחבר משרנים כדי לקבל זרם אדוות אפס.

פרטים על עבודת המעגל

הסבר את פרטי העבודה של הטופולוגיות הבאות:
■ ווסת מטה: הולכה רציפה, הולכה קריטית והולכה לא רציפה.
■ בוסט ווסת (הולכה רציפה)
■ פעולת שנאי
■ שנאי Flyback
■ שנאי קדימה

מווסת באק-באק-הולכה רציפה

מאפיינים:
■ זרם המשרן רציף.
■ Vout הוא הערך הממוצע של מתח הכניסה שלו (V1).
■ מתח המוצא הוא מתח הכניסה מוכפל ביחס העומס (D) של המתג.
■ כאשר מופעלת, זרם המשרן זורם מהסוללה.
■ זרם זורם דרך הדיודה כאשר המתג כבוי.
■ התעלם מההפסדים במתגים ובמשרנים, ול-D אין שום קשר לזרם העומס.
■ ווסת הבאק ומעגלי הנגזרות שלו מאופיינים ב:זרם הכניסה הוא בלתי רציף (חיתוך) וזרם המוצא הוא רציף (החלקה).

הולכה קריטית לווסת באק-באק

■ זרם המשרן עדיין רציף, אך "מגיע" לאפס רק כשהמתג מופעל שוב, מה שנקרא "הולכה קריטית". מתח המוצא עדיין שווה למתח הכניסה כפול d.

מווסת באק-באק-הולכה לא רציפה

■ במקרה זה, הזרם במשרן הוא אפס לפרק זמן בכל מחזור.
■ מתח המוצא הוא עדיין (תמיד) הערך הממוצע של v1.
■ מתח המוצא אינו מתח הכניסה מוכפל ביחס העומס (D) של המתג.
■ כאשר זרם העומס נמוך מהערך הקריטי, D משתנה עם זרם העומס (בעוד Vout נשאר זהה).

להגביר את הרגולטור

■ מתח המוצא תמיד גדול ממתח הכניסה (או שווה לו).
■ זרם כניסה רציף וזרם פלט בלתי רציף (הפוכה לווסת באק).
■ הקשר בין מתח המוצא ויחס העומס (D) אינו פשוט כמו בווסת buck. במקרה של הולכה רציפה:

בדוגמה זו, Vin = 5, Vout = 15, ו-D = 2/3. Vout = 15, D = 2/3.

פעולת השנאי (כולל הפונקציה של המשרן הראשי)

■ שנאי נחשב שנאי אידיאלי, והשראות הראשונית (המגנטיזציה) שלו מחוברת במקביל לראשוני.

שנאי Flyback

■כאן, השראות הראשונית נמוכה מאוד, המשמשת לקביעת זרם השיא והאנרגיה האצורה. כאשר המתג הראשי כבוי, האנרגיה מועברת אל המשני.

שנאי ממיר קדימה קדימה קדימה

■ השראות הראשונית גבוהה מכיוון שאין צורך לאגור אנרגיה.
■ זרם הממגנט (i1) זורם אל "משרן הממגנט" כדי לבטל את הליבה המגנטית (מתח הפוך) לאחר כיבוי המתג הראשי.

תקציר

■ כאן, נסקרת טופולוגיית המעגלים הנפוצה ביותר בהמרת הספק מיתוג.
■ ישנן טופולוגיות רבות אחרות, אך רובן הן שילובים או וריאציות של הטופולוגיות המתוארות כאן.
■ כל טופולוגיה מכילה פשרות עיצוב ייחודיות:1) המתח המופעל על המתג2) חיתוך והחלקה של זרם הכניסה והמוצא3) יחס ניצול של סלילה
■ בחירת הטופולוגיה הטובה ביותר דורשת מחקר:1) טווח מתחי כניסה ויציאה2) טווח נוכחי3) היחס בין עלות לביצועים, גודל למשקל

כתב ויתור: מאמר זה משוכפל מתוך "עיצוב מערכת חשמל". מאמר זה מייצג רק את דעותיו האישיות של המחבר, ואינו מייצג את דעותיהם של Sacco Micro והתעשייה. זה מיועד רק להדפסה מחדש ולשיתוף כדי לתמוך בהגנה על זכויות קניין רוחני. נא לציין את המקור והמחבר המקורי בעת ההדפיסה המחודשת. אם יש הפרה כלשהי, אנא צור איתנו קשר כדי למחוק אותה.

Slkor משיגה ניצחון נוסף! מספר הצפיות בסרטוני המדע הפופולרי שלה בטיקטוק עובר את מיליון הצפיות

הַבָּא

המנהל הכללי סונג שי-צ'יאנג העניק פרסים ללין יואנפאנג, בעל ביצועי המכירות המובילים, ולצוות הדרקון-טיגריס, מחלקת המכירות הראשונה של סלקור.