Twintig soorten topologie van schakelende voeding

Home Nieuws Dagelijks hoogtepunt Twintig soorten topologie van schakelende voeding

2022-03-17 142

Wat is topologie? De zogenaamde circuittopologie is de verbindingsmethode van voedingsapparaten en elektromagnetische componenten in het circuit, en het ontwerp van magnetische componenten, gesloten-luscompensatiecircuits en alle andere circuitcomponenten zijn afhankelijk van de topologie. De meest elementaire topologieën zijn buck-, boost- en boost/buck-, geïsoleerde flyback-, forward-, push-pull-, halve-brug- en volledige-brugconverters.
Er zijn ongeveer 14 gemeenschappelijke topologieën van schakelende voeding, die elk hun eigen kenmerken en toepasbare gelegenheden hebben. Het selectieprincipe is om te zien of het een hoog of laag vermogen is, een hoge of lage spanning, en of er zo min mogelijk componenten zijn.
Daarom is het erg belangrijk om bekend te zijn met de voordelen, nadelen en toepassingsgebieden van verschillende topologieën om topologieën correct te kunnen selecteren. De verkeerde keuze zal ervoor zorgen dat het dieetontwerp vanaf het begin gedoemd is te mislukken. Het volgende vat twintig basistopologieën voor schakelende voeding samen om het systeem te helpen het werkingsprincipe en de basiskenmerken van elke circuitstructuur onder de knie te krijgen.

Vergelijking van 20 topologieën voor schakelende voedingen

Algemene basistopologie van: ■ Buck step-down ■ Boost boost ■ Buck-Boost buck-boost ■ Flyback flyback ■ Voorwaartse voorwaartse excitatie ■ Twee-transistor Voorwaartse dubbele transistor voorwaarts ■ Push-Pull push-pull ■ Halve brug Halve brug ■ Volledige brug Volledige brug ■ SEPIC ■ C'uk

Basispulsbreedtemodulatiegolfvorm van

Deze topologieën hebben allemaal betrekking op schakelcircuits, en de basisgolfvorm van pulsbreedtemodulatie wordt als volgt gedefinieerd:

三、Buck 降压

Kenmerken:
■ Verlaag de ingang naar een lagere spanning.
■ Waarschijnlijk het eenvoudigste circuit.
■ Het spoel-/condensatorfilter vlakt de blokgolf af na het schakelen.
■ De output is altijd kleiner dan of gelijk aan de input.
■ Discontinue ingangsstroom (chopping)
■ Gelijkmatige uitgangsstroom

Boost-boost

Kenmerken:
■ Verhoog de ingang naar een hogere spanning.
■ Hetzelfde als step-down, maar de inductor, schakelaar en diode zijn opnieuw geplaatst.
■ De uitgangsverhouding is altijd groter dan of gelijk aan de ingangsverhouding (de voorwaartse spanningsval van de diode wordt genegeerd)
■ Afvlakking van de ingangsstroom
■ Discontinue uitgangsstroom (chopping)

Buck-Boost, Buck-boost

Kenmerken:
■ Een andere rangschikkingsmethode van inductoren, schakelaars en diodes
■ Combineert de nadelen van buck- en boost-circuits.
■ Discontinue ingangsstroom (chopping)
■ De uitgangsstroom is ook discontinu (chopping)
■ De uitgang is altijd tegengesteld aan de ingang (let op de polariteit van de condensator), maar de amplitude kan kleiner of groter zijn dan de ingang.
■ De "Flyback"-omzetter heeft feitelijk de vorm van buck-boost-circuitisolatie (transformatorkoppeling).

Vlieg terug vlieg terug

Kenmerken:
■ Werkt als een buck-boost-circuit, maar de inductor heeft twee wikkelingen, die zowel als transformator als als inductor dienen.
■ De uitgang kan positief of negatief zijn, bepaald door de polariteit van de spoel en de diode.
■ De uitgangsspanning kan groter of kleiner zijn dan de ingangsspanning, die wordt bepaald door de windingsverhouding van de transformator.
■ Dit is de eenvoudigste geïsoleerde topologie.
■ Er kunnen meerdere uitgangen worden verkregen door secundaire wikkelingen en circuits toe te voegen.

Voorwaarts is opgewonden

Kenmerken:
■ Transformatorkoppelingsvorm van step-down circuit.
■ Discontinue ingangsstroom en gelijkmatige uitgangsstroom.
■ Omdat de transformator wordt gebruikt, kan de uitgang groter of kleiner zijn dan de ingang, en deze kan elke polariteit hebben.
■ Er kunnen meerdere uitgangen worden verkregen door secundaire wikkelingen en circuits toe te voegen.
■ Bij elke schakelcyclus moet de transformatorkern worden gedemagnetiseerd. Het is gebruikelijk om een wikkeling toe te voegen met hetzelfde aantal windingen als de primaire wikkeling.
■ De energie die tijdens de inschakelfase in de primaire spoel is opgeslagen, wordt tijdens de uitschakelfase via extra wikkelingen en diodes vrijgegeven.

Kenmerken:■ Transformatorkoppelingsvorm van step-down circuit.■ Discontinue ingangsstroom en gelijkmatige uitgangsstroom.■ Omdat de transformator wordt gebruikt, kan de uitgang groter of kleiner zijn dan de ingang, en deze kan elke polariteit hebben.■ Er kunnen meerdere uitgangen worden verkregen door secundaire wikkelingen en circuits toe te voegen.■ Bij elke schakelcyclus moet de transformatorkern worden gedemagnetiseerd. Het is gebruikelijk om een wikkeling toe te voegen met hetzelfde aantal windingen als de primaire wikkeling.■ De energie die tijdens de inschakelfase in de primaire spoel is opgeslagen, wordt tijdens de uitschakelfase via extra wikkelingen en diodes vrijgegeven.

Twee-transistor vooruit dubbele transistor vooruit

Kenmerken:
■ Twee schakelaars werken tegelijkertijd.
■ Wanneer de schakelaar uit staat, zorgt de in de transformator opgeslagen energie ervoor dat de polariteit van de primaire wikkeling wordt omgedraaid en de diode wordt ingeschakeld.Belangrijkste voordelen:
■ De spanning op elke schakelaar zal nooit hoger zijn dan de ingangsspanning.
■ Het is niet nodig om de kronkelbaan opnieuw in te stellen.

Duw-trek-duw-trek

Kenmerken:
■ Schakelaar (FET) stuurt verschillende fasen aan en voert pulsbreedtemodulatie (PWM) uit om de uitgangsspanning aan te passen.
■ Goede benuttingsgraad van de transformatorkern-vermogensoverdracht in beide halve cycli.
■ Dubbelgolftopologie, zodat de uitgangsrimpelfrequentie twee keer zo hoog is als die van de transformator.
■ De spanning die op de FET wordt toegepast, is tweemaal de ingangsspanning.

Halve brug halve brug

Kenmerken:
■ De topologiestructuur van een hogere vermogensomvormer wordt zeer vaak gebruikt.
■ Schakelaar (FET) stuurt verschillende fasen aan en voert pulsbreedtemodulatie (PWM) uit om de uitgangsspanning aan te passen.
■ Goede benuttingsgraad van de transformatorkern-vermogensoverdracht in beide halve cycli. En de gebruiksverhouding van de primaire wikkeling is beter dan die van het push-pull-circuit.
■ Dubbelgolftopologie, zodat de uitgangsrimpelfrequentie twee keer zo hoog is als die van de transformator.
■ De spanning die op de FET wordt toegepast, is gelijk aan de ingangsspanning.

Volledige brug

Kenmerken:
■ De meest gebruikte topologie van converters met hoger vermogen.
■ Schakelaars (FET's) worden aangestuurd in de vorm van diagonale paren, en pulsbreedtemodulatie (PWM) wordt uitgevoerd om de uitgangsspanning te regelen.
■ Goede benuttingsgraad van de transformatorkern-vermogensoverdracht in beide halve cycli.
■ Dubbelgolftopologie, zodat de uitgangsrimpelfrequentie twee keer zo hoog is als die van de transformator.
■ De spanning die op FET's wordt toegepast, is gelijk aan de ingangsspanning.
■ Bij een gegeven vermogen is de primaire stroom de helft van de halve brug.

SEPIC primaire inductoromzetter met één uiteinde

Kenmerken:
■ De uitgangsspanning kan groter of kleiner zijn dan de ingangsspanning.
■ Net als bij het boostcircuit is de ingangsstroom gelijkmatig, maar de uitgangsstroom discontinu.
■ Energie wordt via een condensator van de ingang naar de uitgang overgedragen.
■ Er zijn twee inductoren vereist.

C 'uk (patent van Slobodan C'uk)

Kenmerken:
■ Uitgangsinversie
■ De amplitude van de uitgangsspanning kan groter of kleiner zijn dan die van de ingang.
■ Zowel de ingangsstroom als de uitgangsstroom zijn gelijkmatig.
■ Energie wordt via een condensator van de ingang naar de uitgang overgedragen.
■ Er zijn twee inductoren vereist.
■ Inductoren kunnen worden gekoppeld om een nul-rimpel-inductorstroom te verkrijgen.

Details van het circuitwerk

Leg de werkdetails van de volgende topologieën uit:
■ Step-down regelaar: continue geleiding, kritische geleiding en discontinue geleiding.
■ Boostregelaar (continue geleiding)
■ Transformatorwerking
■ Flyback-transformator
■ Voorwaartse transformator

Buck-buck-regulator-continue geleiding

Kenmerken:
■ De spoelstroom is continu.
■ Vout is de gemiddelde waarde van de ingangsspanning (V1).
■ De uitgangsspanning is de ingangsspanning vermenigvuldigd met de belastingsverhouding (D) van de schakelaar.
■ Bij het inschakelen vloeit de spoelstroom uit de accu.
■ Er loopt stroom door de diode wanneer de schakelaar uit staat.
■ Negeer de verliezen in schakelaars en inductoren, en D heeft niets te maken met de belastingsstroom.
■ De buck-regelaar en zijn afgeleide circuits worden gekenmerkt door:De ingangsstroom is discontinu (chopping) en de uitgangsstroom is continu (smoothing).

Buck-buck-regulator-kritische geleiding

■ De inductorstroom is nog steeds continu, maar "bereikt" pas nul wanneer de schakelaar weer wordt ingeschakeld, wat "kritische geleiding" wordt genoemd. De uitgangsspanning is nog steeds gelijk aan de ingangsspanning vermenigvuldigd met d.

Buck-buck-regulator - discontinue geleiding

■ In dit geval is de stroom in de inductor gedurende een bepaalde periode in elke cyclus nul.
■ De uitgangsspanning is nog steeds (altijd) de gemiddelde waarde van v1.
■ De uitgangsspanning is niet de ingangsspanning vermenigvuldigd met de belastingsverhouding (D) van de schakelaar.
■ Wanneer de belastingsstroom lager is dan de kritische waarde, verandert D met de belastingsstroom (terwijl Vout hetzelfde blijft).

Boost-regelaar

■ De uitgangsspanning is altijd groter dan (of gelijk aan) de ingangsspanning.
■ Continue ingangsstroom en discontinue uitgangsstroom (tegenover de buck-regelaar).
■ De relatie tussen uitgangsspanning en belastingsverhouding (D) is niet zo eenvoudig als bij buck-regelaars. In het geval van continue geleiding:

In dit voorbeeld is Vin = 5, Vout = 15 en D = 2/3. Vuit = 15, D = 2/3.

Werking van transformator (inclusief de functie van primaire inductor)

■ De transformator wordt beschouwd als een ideale transformator en de primaire (magnetisatie)inductie is parallel geschakeld met de primaire.

Flyback-transformator

■Hier is de primaire inductie erg laag, wat wordt gebruikt om de piekstroom en opgeslagen energie te bepalen. Wanneer de primaire schakelaar is uitgeschakeld, wordt energie overgedragen naar de secundaire.

Forward forward forward convertertransformator

■ De primaire inductie is hoog omdat er geen noodzaak is om energie op te slaan.
■ De magnetiserende stroom (i1) vloeit naar de "magnetiserende inductor" om de magnetische kern te demagnetiseren (sperspanning) nadat de primaire schakelaar is uitgeschakeld.

beknopte versie

■ Hier wordt de meest voorkomende circuittopologie bij de conversie van schakelvermogen besproken.
■ Er zijn veel andere topologieën, maar de meeste daarvan zijn combinaties of variaties van de hier beschreven topologieën.
■ Elke topologie bevat unieke ontwerpafwegingen:1) de spanning die op de schakelaar wordt toegepast2) Het hakken en afvlakken van de ingangs- en uitgangsstroom3) Gebruiksverhouding van wikkeling
■ Het kiezen van de beste topologie vereist onderzoek:1) ingangs- en uitgangsspanningsbereik2) Huidig bereik3) De verhouding tussen kosten en prestaties, grootte en gewicht

Disclaimer: dit artikel is overgenomen uit "Power System Design". Dit artikel vertegenwoordigt alleen de persoonlijke mening van de auteur en vertegenwoordigt niet de mening van Sacco Micro en de industrie. Het herdrukken en delen is alleen bedoeld om de bescherming van intellectuele eigendomsrechten te ondersteunen. Vermeld bij herdruk de originele bron en auteur. Als er sprake is van inbreuk, neem dan contact met ons op om deze te verwijderen.

Slkor behaalt opnieuw een overwinning! Het aantal weergaven van hun populaire wetenschappelijke video's op TikTok is de grens van 1 miljoen overschreden.

Algemeen directeur Song Shiqiang reikte prijzen uit aan Lin Yuanfang, de best presterende verkoper, en aan het Dragon-Tiger Team, de eerste verkoopafdeling van Slkor.