Dwadzieścia typów topologii zasilaczy impulsowych

Home Wiadomości Codzienne wyróżnienie Dwadzieścia typów topologii zasilaczy impulsowych

2022-03-17 138

Co to jest topologia? Tak zwana topologia obwodu to sposób łączenia urządzeń zasilających i elementów elektromagnetycznych w obwodzie, a konstrukcja elementów magnetycznych, obwodu kompensacyjnego w pętli zamkniętej i wszystkich innych elementów obwodu zależy od topologii. Najbardziej podstawowe topologie to konwertery buck, boost i boost/buck, izolowane konwertery typu flyback, forward, push-pull, półmostkowe i pełnomostkowe.
Istnieje około 14 typowych topologii zasilaczy impulsowych, z których każda ma swoją własną charakterystykę i zastosowanie. Zasada wyboru polega na sprawdzeniu, czy jest to moc wyjściowa o dużej czy małej mocy, o wysokim lub niskim napięciu wyjściowym oraz czy jest możliwie najmniej elementów.
Dlatego bardzo ważne jest zapoznanie się z zaletami, wadami i obszarami zastosowań różnych topologii, aby móc właściwie wybrać topologie. Zły wybór sprawi, że układana dieta będzie od początku skazana na porażkę. Poniżej podsumowano 20 podstawowych topologii zasilaczy impulsowych, które pomogą systemowi opanować zasadę działania i podstawowe cechy każdej struktury obwodów.

Porównanie 20 topologii zasilaczy impulsowych

Typowa podstawowa topologia: ■ buck step-down ■ podwyższająca ■ buck-boost buck-boost ■ flyback flyback ■ wzbudzenie w przód w przód ■ dwutranzystorowe przesunięcie w przód z dwoma tranzystorami ■ push-pull push-pull ■ półmostek półmostek ■ pełny mostek pełny mostek ■ SEPIC ■ C'uk

Podstawowy przebieg modulacji szerokości impulsu

Wszystkie te topologie są powiązane z obwodami przełączającymi, a podstawowy przebieg modulacji szerokości impulsu jest zdefiniowany w następujący sposób:

三、Buck 降压

Cechy:
▪ Zmniejsz napięcie wejściowe do niższego napięcia.
▪ Prawdopodobnie najprostszy obwód.
■ Filtr cewki/kondensatora wygładza przebieg prostokątny po przełączeniu.
▪ Wynik jest zawsze mniejszy lub równy wejściu.
■ Nieciągły prąd wejściowy (przerywany)
■ Płynny prąd wyjściowy

Wzmocnienie

Cechy:
■ Podnieś napięcie wejściowe do wyższego napięcia.
■ Tak samo jak w przypadku przetwornicy obniżającej napięcie, ale cewka, przełącznik i dioda są zamienione.
■ Współczynnik wyjściowy jest zawsze większy lub równy współczynnikowi wejściowemu (ignorując spadek napięcia przewodzenia diody)
■ Wygładzanie prądu wejściowego
■ Nieciągły prąd wyjściowy (przerywany)

Buck-Boost Zwiększenie złotówki

Cechy:
■ Inna metoda rozmieszczenia cewek, przełączników i diod
▪ Łączy w sobie wady obwodów buck i boost.
■ Nieciągły prąd wejściowy (przerywany)
■ Prąd wyjściowy jest również nieciągły (przerywany)
▪ Wyjście jest zawsze przeciwne do wejścia (zwróć uwagę na polaryzację kondensatora), ale amplituda może być mniejsza lub większa niż na wejściu.
▪ Przetwornica typu „Flyback” ma w rzeczywistości postać izolacji obwodu buck-boost (sprzęgło transformatorowe).

Flyback Flyback

Cechy:
▪ Działa jak obwód buck-boost, ale cewka indukcyjna ma dwa uzwojenia, które służą zarówno jako transformator, jak i cewka indukcyjna.
■ Wyjście może być dodatnie lub ujemne, w zależności od biegunowości cewki i diody.
▪ Napięcie wyjściowe może być większe lub mniejsze od napięcia wejściowego, które zależy od współczynnika zwojów transformatora.
■ Jest to najprostsza topologia izolowana.
▪ Wiele wyjść można uzyskać poprzez dodanie uzwojeń i obwodów wtórnych.

Napastnik jest podekscytowany

Cechy:
■ Forma sprzęgania transformatora w obwodzie obniżającym napięcie.
▪ Nieciągły prąd wejściowy i gładki prąd wyjściowy.
▪ Ponieważ używany jest transformator, wyjście może być większe lub mniejsze niż wejście i może mieć dowolną polaryzację.
▪ Wiele wyjść można uzyskać poprzez dodanie uzwojeń i obwodów wtórnych.
■ Rdzeń transformatora należy rozmagnesować w każdym cyklu przełączania. Powszechną praktyką jest dodawanie uzwojenia o tej samej liczbie zwojów co uzwojenie pierwotne.
■ Energia zgromadzona w cewce pierwotnej podczas fazy włączania jest uwalniana poprzez dodatkowe uzwojenia i diody podczas fazy wyłączania.

Cechy:■ Forma sprzęgania transformatora w obwodzie obniżającym napięcie.▪ Nieciągły prąd wejściowy i gładki prąd wyjściowy.▪ Ponieważ używany jest transformator, wyjście może być większe lub mniejsze niż wejście i może mieć dowolną polaryzację.▪ Wiele wyjść można uzyskać poprzez dodanie uzwojeń i obwodów wtórnych.■ Rdzeń transformatora należy rozmagnesować w każdym cyklu przełączania. Powszechną praktyką jest dodawanie uzwojenia o tej samej liczbie zwojów co uzwojenie pierwotne.■ Energia zgromadzona w cewce pierwotnej podczas fazy włączania jest uwalniana poprzez dodatkowe uzwojenia i diody podczas fazy wyłączania.

Dwutranzystorowy układ do przodu z podwójnym tranzystorem

Cechy:
■ Dwa przełączniki działają jednocześnie.
■ Po wyłączeniu przełącznika energia zgromadzona w transformatorze odwraca biegunowość uzwojenia pierwotnego i włącza diodę.Główne zalety:
s Napięcie na każdym przełączniku nigdy nie przekroczy napięcia wejściowego.
■ Nie ma potrzeby resetowania toru krętego.

Push-Pull, Push-Pull

Cechy:
■ Przełącznik (FET) steruje różnymi fazami i wykonuje modulację szerokości impulsu (PWM) w celu regulacji napięcia wyjściowego.
▪ Dobry stopień wykorzystania transmisji mocy rdzenia transformatora w obu półcyklach.
▪ Topologia pełnookresowa, więc częstotliwość tętnienia na wyjściu jest dwukrotnie większa niż w przypadku transformatora.
s Napięcie przyłożone do tranzystora FET jest dwukrotnie większe od napięcia wejściowego.

Półmostek Półmostek

Cechy:
▪ Struktura topologii przetwornicy wyższej mocy jest bardzo powszechnie stosowana.
■ Przełącznik (FET) steruje różnymi fazami i wykonuje modulację szerokości impulsu (PWM) w celu regulacji napięcia wyjściowego.
▪ Dobry stopień wykorzystania transmisji mocy rdzenia transformatora w obu półcyklach. Stopień wykorzystania uzwojenia pierwotnego jest lepszy niż w przypadku obwodu przeciwsobnego.
▪ Topologia pełnookresowa, więc częstotliwość tętnienia na wyjściu jest dwukrotnie większa niż w przypadku transformatora.
▪ Napięcie przyłożone do FET jest równe napięciu wejściowemu.

Most pełnomostkowy

Cechy:
▪ Najczęściej stosowana topologia przetwornic większej mocy.
▪ Przełączniki (FET) są sterowane w postaci par ukośnych, a w celu regulacji napięcia wyjściowego przeprowadzana jest modulacja szerokości impulsu (PWM).
▪ Dobry stopień wykorzystania transmisji mocy rdzenia transformatora w obu półcyklach.
▪ Topologia pełnookresowa, więc częstotliwość tętnienia na wyjściu jest dwukrotnie większa niż w przypadku transformatora.
▪ Napięcie przyłożone do tranzystorów FET jest równe napięciu wejściowemu.
▪ Przy danej mocy prąd pierwotny stanowi połowę półmostka.

Jednostronny konwerter cewki pierwotnej SEPIC

Cechy:
■ Napięcie wyjściowe może być większe lub mniejsze od napięcia wejściowego.
▪ Podobnie jak obwód wzmacniający, prąd wejściowy jest płynny, ale prąd wyjściowy jest nieciągły.
▪ Energia przekazywana jest z wejścia na wyjście poprzez kondensator.
■ Wymagane są dwie cewki indukcyjne.

C'uk (patent Slobodana C'uk)

Cechy:
s Inwersja sygnału wyjściowego
▪ Amplituda napięcia wyjściowego może być większa lub mniejsza niż amplituda napięcia wejściowego.
■ Zarówno prąd wejściowy, jak i wyjściowy są płynne.
▪ Energia przekazywana jest z wejścia na wyjście poprzez kondensator.
■ Wymagane są dwie cewki indukcyjne.
▪ Cewki można łączyć w celu uzyskania zerowego tętnienia prądu cewki.

Szczegóły pracy obwodu

Wyjaśnij szczegóły działania następujących topologii:
■ Regulator obniżający napięcie: przewodzenie ciągłe, przewodzenie krytyczne i przewodzenie nieciągłe.
■ Regulator wzmocnienia (przewodzenie ciągłe)
■ Praca transformatorowa
■ Transformator typu flyback
■ Transformator do przodu

Buck-buck regulator-ciągłe przewodzenie

Cechy:
▪ Prąd cewki indukcyjnej jest ciągły.
▪ Vout jest średnią wartością jego napięcia wejściowego (V1).
■ Napięcie wyjściowe to napięcie wejściowe pomnożone przez współczynnik obciążenia (D) przełącznika.
■ Po włączeniu prąd cewki wypływa z akumulatora.
■ Prąd przepływa przez diodę, gdy przełącznik jest wyłączony.
▪ Pomiń straty w przełącznikach i cewkach indukcyjnych, a D nie ma nic wspólnego z prądem obciążenia.
■ Regulator buck i jego obwody pochodne charakteryzują się:Prąd wejściowy jest nieciągły (przerywanie), a prąd wyjściowy jest ciągły (wygładzanie).

Przewodnictwo krytyczne regulatora Buck-buck

▪ Prąd cewki indukcyjnej jest w dalszym ciągu ciągły, ale „osiąga” zero po ponownym włączeniu przełącznika, co nazywa się „przewodzeniem krytycznym”. Napięcie wyjściowe jest nadal równe napięciu wejściowemu pomnożonemu przez d.

Buck-buck regulator - przewodzenie nieciągłe

▪ W tym przypadku prąd w cewce wynosi zero przez pewien okres czasu w każdym cyklu.
▪ Napięcie wyjściowe jest nadal (zawsze) średnią wartością v1.
■ Napięcie wyjściowe nie jest napięciem wejściowym pomnożonym przez współczynnik obciążenia (D) przełącznika.
▪ Gdy prąd obciążenia jest niższy od wartości krytycznej, D zmienia się wraz z prądem obciążenia (podczas gdy Vout pozostaje takie samo).

regulator doładowania

▪ Napięcie wyjściowe jest zawsze większe (lub równe) napięciu wejściowemu.
▪ Ciągły prąd wejściowy i nieciągły prąd wyjściowy (w przeciwieństwie do regulatora buck).
▪ Zależność pomiędzy napięciem wyjściowym i współczynnikiem obciążenia (D) nie jest tak prosta, jak w przypadku regulatorów buck. W przypadku przewodzenia ciągłego:

W tym przykładzie Vin = 5, Vout = 15 i D = 2/3. Vout = 15, D = 2/3.

Działanie transformatora (w tym funkcja cewki pierwotnej)

▪ Transformator uważany jest za transformator idealny, a jego indukcyjność pierwotna (magnetyzacyjna) jest połączona równolegle z indukcyjnością pierwotną.

Transformator zwrotny

■W tym przypadku indukcyjność pierwotna jest bardzo niska, co wykorzystuje się do określenia prądu szczytowego i zmagazynowanej energii. Kiedy główny wyłącznik jest wyłączony, energia jest przekazywana do wtórnego.

Transformator konwertujący do przodu do przodu

■ Indukcyjność pierwotna jest wysoka, ponieważ nie ma potrzeby magazynowania energii.
▪ Prąd magnesujący (i1) przepływa do „induktora magnesującego” w celu rozmagnesowania rdzenia magnetycznego (napięcie wsteczne) po wyłączeniu głównego wyłącznika.

streszczenie

▪ W tym miejscu omówiono najczęstszą topologię obwodów w konwersji mocy przełączającej.
▪ Istnieje wiele innych topologii, ale większość z nich to kombinacje lub odmiany topologii opisanych tutaj.
■ Każda topologia zawiera unikalne kompromisy projektowe:1) napięcie przyłożone do przełącznika2) Siekanie i wygładzanie prądu wejściowego i wyjściowego3) Stopień wykorzystania uzwojenia
■ Wybór najlepszej topologii wymaga badań:1) zakres napięcia wejściowego i wyjściowego2) Aktualny zakres3) Stosunek kosztów do wydajności, rozmiaru do wagi

Zastrzeżenie: Ten artykuł jest reprodukcją z „Projektowania systemu zasilania”. Ten artykuł przedstawia wyłącznie osobiste poglądy autora i nie reprezentuje poglądów Sacco Micro ani branży. Służy wyłącznie do ponownego drukowania i udostępniania w celu wspierania ochrony praw własności intelektualnej. Przy przedruku proszę podać oryginalne źródło i autora. Jeśli doszło do naruszenia, skontaktuj się z nami, aby je usunąć.

Poprzednie

Slkor odnosi kolejne zwycięstwo! Liczba wyświetleń jego popularnonaukowych filmów na TikToku przekroczyła milion

Następna

Dyrektor generalny Song Shiqiang wręczył nagrody Lin Yuanfangowi, najlepszemu przedstawicielowi sprzedaży, oraz zespołowi Dragon-Tiger, pierwszemu działowi sprzedaży firmy Slkor