Dua puluh jenis topologi switching power supply

Beranda Berita Sorotan Harian Dua puluh jenis topologi switching power supply

2022-03-17 129

Apa itu topologi? Yang disebut topologi rangkaian adalah metode koneksi perangkat daya dan komponen elektromagnetik dalam rangkaian, dan desain komponen magnetik, rangkaian kompensasi loop tertutup, dan semua komponen rangkaian lainnya bergantung pada topologi. Topologi yang paling dasar adalah buck, boost dan boost/buck, flyback terisolasi, forward, push-pull, half-bridge dan full-bridge converter.
Ada sekitar 14 topologi umum peralihan catu daya, yang masing-masing memiliki karakteristik dan kesempatan yang berlaku. Prinsip pemilihannya adalah untuk melihat apakah keluarannya berdaya tinggi atau rendah, tegangan tinggi atau tegangan rendah, dan apakah komponennya sesedikit mungkin.
Oleh karena itu, sangat penting untuk mengetahui kelebihan, kekurangan, dan bidang penerapan berbagai topologi agar dapat memilih topologi dengan benar. Pilihan yang salah akan membuat rancangan diet ditakdirkan gagal sejak awal. Berikut ini rangkuman 20 dasar topologi catu daya switching untuk membantu sistem menguasai prinsip kerja dan karakteristik dasar setiap struktur rangkaian.

Perbandingan 20 Topologi Switching Power Supply

Topologi dasar umum dari: ■ Buck step-down ■ Boost boost ■ Buck-Boost buck-boost ■ Flyback flyback ■ Forward forward exitation ■ Two-Transistor Forward transistor ganda maju ■ Push-Pull push-pull ■ Half Bridge Half Bridge ■ Full Bridge Jembatan Penuh ■ SEPIC ■ C'uk

Bentuk gelombang modulasi lebar pulsa dasar

Semua topologi ini terkait dengan rangkaian switching, dan bentuk gelombang modulasi lebar pulsa dasar didefinisikan sebagai berikut:

三、Buck 降压

Fitur:
■ Kurangi input ke tegangan yang lebih rendah.
■ Mungkin rangkaian yang paling sederhana.
■ Filter induktor/kapasitor memperhalus gelombang persegi setelah peralihan.
■ Output selalu lebih kecil atau sama dengan input.
■ Arus masukan terputus-putus (memotong)
■ Arus keluaran halus

Tingkatkan peningkatan

Fitur:
■ Naikkan input ke tegangan yang lebih tinggi.
■ Sama seperti step-down, namun induktor, saklar dan dioda disusun ulang.
■ Rasio keluaran selalu lebih besar atau sama dengan masukan (mengabaikan penurunan tegangan maju dioda)
■ Masukkan pemulusan arus
■ Arus keluaran terputus-putus (memotong)

Peningkatan Uang Peningkatan Uang

Fitur:
■ Metode pengaturan lain dari induktor, saklar dan dioda
■ Menggabungkan kelemahan sirkuit buck dan boost.
■ Arus masukan terputus-putus (memotong)
■ Arus keluaran juga terputus-putus (chopping)
■ Output selalu berlawanan dengan input (perhatikan polaritas kapasitor), namun amplitudonya bisa lebih kecil atau lebih besar dari input.
■ Konverter "Flyback" sebenarnya berbentuk isolasi rangkaian buck-boost (transformator kopling).

Terbang kembali terbang kembali

Fitur:
■ Bekerja seperti rangkaian buck-boost, namun induktor mempunyai dua belitan, yang berfungsi sebagai transformator dan induktor.
■ Outputnya bisa positif atau negatif, ditentukan oleh polaritas kumparan dan dioda.
■ Tegangan keluaran dapat lebih besar atau lebih kecil dari tegangan masukan, yang ditentukan oleh rasio belitan transformator.
■ Ini adalah topologi terisolasi yang paling sederhana.
■ Beberapa keluaran dapat diperoleh dengan menambahkan belitan dan sirkuit sekunder.

Maju bersemangat

Fitur:
■ Kopling transformator berupa rangkaian step-down.
■ Arus masukan terputus-putus dan arus keluaran lancar.
■ Karena menggunakan trafo, keluarannya bisa lebih besar atau lebih kecil dari masukannya, dan polaritasnya bisa berapa saja.
■ Beberapa keluaran dapat diperoleh dengan menambahkan belitan dan sirkuit sekunder.
■ Inti transformator harus mengalami kerusakan magnet pada setiap siklus peralihan. Praktek yang umum dilakukan adalah menambahkan belitan dengan jumlah lilitan yang sama dengan belitan primer.
■ Energi yang disimpan dalam induktor primer selama fase penyalaan dilepaskan melalui belitan dan dioda tambahan selama fase penyalaan.

Fitur:■ Kopling transformator berupa rangkaian step-down.■ Arus masukan terputus-putus dan arus keluaran lancar.■ Karena menggunakan trafo, keluarannya bisa lebih besar atau lebih kecil dari masukannya, dan polaritasnya bisa berapa saja.■ Beberapa keluaran dapat diperoleh dengan menambahkan belitan dan sirkuit sekunder.■ Inti transformator harus mengalami kerusakan magnet pada setiap siklus peralihan. Praktek yang umum dilakukan adalah menambahkan belitan dengan jumlah lilitan yang sama dengan belitan primer.■ Energi yang disimpan dalam induktor primer selama fase penyalaan dilepaskan melalui belitan dan dioda tambahan selama fase penyalaan.

Dua Transistor Maju Transistor ganda maju

Fitur:
■ Dua saklar bekerja secara bersamaan.
■ Ketika saklar dimatikan, energi yang disimpan dalam trafo membalikkan polaritas primer dan menyalakan dioda.keuntungan utama:
■ Tegangan pada setiap saklar tidak akan melebihi tegangan masukan.
■ Tidak perlu mengatur ulang jalur belitan.

Dorong-Tarik dorong-tarik

Fitur:
■ Sakelar (FET) menggerakkan fase yang berbeda dan melakukan modulasi lebar pulsa (PWM) untuk menyesuaikan tegangan keluaran.
■ Rasio pemanfaatan transmisi daya inti transformator yang baik pada kedua setengah siklus.
■ Topologi gelombang penuh, sehingga frekuensi riak keluarannya dua kali lipat frekuensi transformator.
■ Tegangan yang diberikan ke FET adalah dua kali tegangan input.

Setengah jembatan setengah jembatan

Fitur:
■ Struktur topologi konverter daya tinggi sangat umum digunakan.
■ Sakelar (FET) menggerakkan fase yang berbeda dan melakukan modulasi lebar pulsa (PWM) untuk menyesuaikan tegangan keluaran.
■ Rasio pemanfaatan transmisi daya inti transformator yang baik pada kedua setengah siklus. Dan rasio pemanfaatan belitan primer lebih baik dibandingkan dengan rangkaian dorong-tarik.
■ Topologi gelombang penuh, sehingga frekuensi riak keluarannya dua kali lipat frekuensi transformator.
■ Tegangan yang diberikan ke FET sama dengan tegangan input.

Jembatan Jembatan Penuh

Fitur:
■ Topologi konverter daya tinggi yang paling umum digunakan.
■ Sakelar (FET) digerakkan dalam bentuk pasangan diagonal, dan modulasi lebar pulsa (PWM) dilakukan untuk mengatur tegangan keluaran.
■ Rasio pemanfaatan transmisi daya inti transformator yang baik pada kedua setengah siklus.
■ Topologi gelombang penuh, sehingga frekuensi riak keluarannya dua kali lipat frekuensi transformator.
■ Tegangan yang diterapkan pada FET sama dengan tegangan masukan.
■ Pada daya tertentu, arus primer adalah setengah dari setengah jembatan.

Konverter induktor primer ujung tunggal SEPIC

Fitur:
■ Tegangan keluaran bisa lebih besar atau lebih kecil dari tegangan masukan.
■ Seperti rangkaian boost, arus masukan halus, namun arus keluaran terputus-putus.
■ Energi ditransfer dari masukan ke keluaran melalui kapasitor.
■ Diperlukan dua induktor.

C'uk (paten dari Slobodan C'uk)

Fitur:
■ Inversi keluaran
■ Amplitudo tegangan keluaran bisa lebih besar atau lebih kecil dibandingkan amplitudo tegangan masukan.
■ Arus masukan dan arus keluaran lancar.
■ Energi ditransfer dari masukan ke keluaran melalui kapasitor.
■ Diperlukan dua induktor.
■ Induktor dapat digandeng untuk mendapatkan arus induktor riak nol.

Detail pekerjaan rangkaian

Jelaskan rincian kerja topologi berikut:
■ Pengatur step-down: konduksi kontinu, konduksi kritis, dan konduksi terputus-putus.
■ Boost regulator (konduksi kontinyu)
■ Pengoperasian transformator
■ Trafo flyback
■ Transformator maju

Konduksi kontinyu pengatur buck-buck

Fitur:
■ Arus induktor kontinu.
■ Vout adalah nilai rata-rata tegangan inputnya (V1).
■ Tegangan keluaran adalah tegangan masukan dikalikan dengan rasio beban (D) saklar.
■ Bila dihidupkan, arus induktor mengalir keluar dari baterai.
■ Arus mengalir melalui dioda ketika saklar dimatikan.
■ Abaikan rugi-rugi pada saklar dan induktor, dan D tidak ada hubungannya dengan arus beban.
■ Pengatur buck dan rangkaian turunannya dicirikan oleh:Arus masukan terputus-putus (chopping) dan arus keluaran kontinu (smoothing).

Konduksi kritis regulator buck-buck

■ Arus induktor masih kontinu, tetapi hanya "mencapai" nol ketika sakelar dihidupkan kembali, yang disebut "konduksi kritis". Tegangan keluarannya masih sama dengan tegangan masukan dikalikan d.

Konduksi terputus-putus regulator buck-buck

■ Dalam hal ini, arus pada induktor adalah nol selama jangka waktu tertentu pada setiap siklus.
■ Tegangan keluaran masih (selalu) nilai rata-rata v1.
■ Tegangan keluaran bukan tegangan masukan dikalikan dengan rasio beban (D) saklar.
■ Bila arus beban lebih rendah dari nilai kritis, D berubah seiring dengan arus beban (sementara Vout tetap sama).

Meningkatkan pengatur

■ Tegangan keluaran selalu lebih besar dari (atau sama dengan) tegangan masukan.
■ Arus masukan kontinu dan arus keluaran terputus-putus (berlawanan dengan pengatur buck).
■ Hubungan antara tegangan keluaran dan rasio beban (D) tidak sesederhana seperti pada regulator buck. Dalam hal konduksi kontinyu:

Dalam contoh ini, Vin = 5,Vout = 15, dan D = 2/3. Vout = 15, D = 2/3.

Pengoperasian trafo (termasuk fungsi induktor primer)

■ Transformator dianggap sebagai transformator ideal, dan induktansi (magnetisasi) primernya dihubungkan secara paralel dengan primer.

Transformator flyback

■Di sini, induktansi primer sangat rendah, yang digunakan untuk menentukan arus puncak dan energi yang tersimpan. Ketika saklar primer dimatikan, energi ditransfer ke saklar sekunder.

Transformator konverter maju maju

■ Induktansi primer tinggi karena tidak perlu menyimpan energi.
■ Arus magnetisasi (i1) mengalir ke "induktor magnetisasi" untuk mendemagnetisasi inti magnet (tegangan balik) setelah sakelar utama dimatikan.

ringkasan

■ Di sini, topologi rangkaian yang paling umum dalam konversi daya switching ditinjau.
■ Ada banyak topologi lainnya, namun sebagian besar merupakan kombinasi atau variasi dari topologi yang dijelaskan di sini.
■ Setiap topologi berisi pengorbanan desain yang unik:1) tegangan yang diterapkan ke sakelar2) Memotong dan menghaluskan arus input dan output3) Rasio pemanfaatan belitan
■ Memilih topologi terbaik memerlukan penelitian:1) rentang tegangan masukan dan keluaran2) Kisaran saat ini3) Rasio biaya terhadap kinerja, ukuran terhadap berat

Penafian: Artikel ini direproduksi dari "Desain Sistem Tenaga". Artikel ini hanya mewakili pandangan pribadi penulis, dan tidak mewakili pandangan Sacco Micro dan industri. Ini hanya untuk dicetak ulang dan dibagikan untuk mendukung perlindungan hak kekayaan intelektual. Harap sebutkan sumber asli dan penulisnya saat mencetak ulang. Jika ada pelanggaran, silakan hubungi kami untuk menghapusnya.

sebelumnya

Slkor meraih kemenangan lagi! Jumlah penonton video sains populernya di TikTok melampaui 1 juta.

Selanjutnya

Manajer Umum Song Shiqiang menyerahkan penghargaan kepada Lin Yuanfang, peraih penjualan terbaik, dan Tim Naga-Harimau, Departemen Penjualan Pertama Skkor.