Двадцать типов топологии импульсного источника питания

Главная Новости Ежедневное событие Двадцать типов топологии импульсного источника питания

2022-03-17 142

Что такое топология? Так называемая топология схемы — это метод подключения силовых устройств и электромагнитных компонентов в цепи, а конструкция магнитных компонентов, схемы компенсации с обратной связью и всех других компонентов схемы зависит от топологии. Наиболее простыми топологиями являются понижающие, повышающие и повышающие/понижающие преобразователи, изолированные обратноходовые преобразователи, прямоходовые, двухтактные, полумостовые и полномостовые преобразователи.
Существует около 14 распространенных топологий импульсных источников питания, каждая из которых имеет свои особенности и случаи применения. Принцип выбора заключается в том, чтобы увидеть, является ли выход высокой мощностью или низкой мощностью, высоким или низким напряжением, и есть ли как можно меньше компонентов.
Поэтому очень важно знать преимущества, недостатки и области применения различных топологий, чтобы правильно выбрать топологию. Неправильный выбор сделает диету обреченной на провал с самого начала. Ниже приведены 20 основных топологий импульсных источников питания, которые помогут системе освоить принцип работы и основные характеристики каждой структуры схемы.

Сравнение 20 топологий импульсных источников питания

Общая базовая топология: ■ Понижающее понижение ■ Повышение повышающего ■ Понижающее-повышающее понижающее-повышающее ■ Обратно-обратно-обратное ■ Прямое обратное возбуждение ■ Двухтранзисторное прямое двухтранзисторное прямое направление ■ Двухтактное двухтактное ■ Полумост Полумост ■ Полный мост Полный мост ■ SEPIC ■ C'uk

Базовая форма сигнала широтно-импульсной модуляции

Все эти топологии связаны с коммутационными схемами, а основная форма сигнала широтно-импульсной модуляции определяется следующим образом:

三、Бак 降压

Требования:
■ Уменьшите входное напряжение до более низкого.
■ Наверное, самая простая схема.
■ Индукторно-емкостный фильтр сглаживает прямоугольную волну после переключения.
■ Выходной сигнал всегда меньше или равен входному.
■ Прерывистый входной ток (прерывистый)
■ Плавный выходной ток

Повышение повышения

Требования:
■ Поднимите входное напряжение на более высокое.
■ То же, что и понижающий, но расположение дросселя, переключателя и диода изменено.
■ Выходной коэффициент всегда больше или равен входному (игнорируя прямое падение напряжения на диоде).
■ Сглаживание входного тока
■ Прерывистый выходной ток (прерывистый)

Повышающий-повышающий

Требования:
■ Другой метод расположения индукторов, переключателей и диодов.
■ Сочетает в себе недостатки понижающих и повышающих схем.
■ Прерывистый входной ток (прерывистый)
■ Выходной ток также прерывистый (прерывистый).
■ Выходной сигнал всегда противоположен входному (обратите внимание на полярность конденсатора), но амплитуда может быть меньше или больше входного сигнала.
■ Преобразователь обратного хода на самом деле представляет собой развязку повышающе-понижающего контура (трансформаторную связь).

Обратный обратный ход

Требования:
■ Работает как повышающе-понижающая схема, но дроссель имеет две обмотки, которые служат одновременно трансформатором и дросселем.
■ Выходной сигнал может быть положительным или отрицательным, в зависимости от полярности катушки и диода.
■ Выходное напряжение может быть больше или меньше входного напряжения, которое определяется коэффициентом трансформации трансформатора.
■ Это простейшая изолированная топология.
■ Несколько выходов можно получить путем добавления вторичных обмоток и цепей.

Форвард в восторге

Требования:
■ Форма трансформаторной связи понижающей цепи.
■ Прерывистый входной ток и плавный выходной ток.
■ Поскольку используется трансформатор, выходной сигнал может быть больше или меньше входного и может иметь любую полярность.
■ Несколько выходов можно получить путем добавления вторичных обмоток и цепей.
■ Сердечник трансформатора необходимо размагничивать при каждом цикле переключения. Обычной практикой является добавление обмотки с тем же количеством витков, что и первичная обмотка.
■ Энергия, накопленная в первичном индукторе во время фазы включения, высвобождается через дополнительные обмотки и диоды во время фазы выключения.

Требования:■ Форма трансформаторной связи понижающей цепи.■ Прерывистый входной ток и плавный выходной ток.■ Поскольку используется трансформатор, выходной сигнал может быть больше или меньше входного и может иметь любую полярность.■ Несколько выходов можно получить путем добавления вторичных обмоток и цепей.■ Сердечник трансформатора необходимо размагничивать при каждом цикле переключения. Обычной практикой является добавление обмотки с тем же количеством витков, что и первичная обмотка.■ Энергия, накопленная в первичном индукторе во время фазы включения, высвобождается через дополнительные обмотки и диоды во время фазы выключения.

Два транзистора вперед, двойной транзистор вперед

Требования:
■ Два переключателя работают одновременно.
■ Когда переключатель выключен, энергия, накопленная в трансформаторе, меняет полярность первичной обмотки и включает диод.Основные преимущества:
■ Напряжение на каждом переключателе никогда не превысит входное напряжение.
■ Нет необходимости переустанавливать намоточную дорожку.

Толкай-тяни-толкай

Требования:
■ Переключатель (FET) управляет различными фазами и выполняет широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для регулировки выходного напряжения.
■ Хороший коэффициент использования передачи мощности сердечника трансформатора в обоих полупериодах.
■ Полноволновая топология, поэтому частота пульсаций на выходе в два раза выше, чем у трансформатора.
■ Напряжение, подаваемое на полевой транзистор, в два раза превышает входное напряжение.

Полумост полумост

Требования:
■ Очень часто используется топологическая структура преобразователя большей мощности.
■ Переключатель (FET) управляет различными фазами и выполняет широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для регулировки выходного напряжения.
■ Хороший коэффициент использования передачи мощности сердечника трансформатора в обоих полупериодах. И коэффициент использования первичной обмотки лучше, чем у двухтактной схемы.
■ Полноволновая топология, поэтому частота пульсаций на выходе в два раза выше, чем у трансформатора.
■ Напряжение, подаваемое на полевой транзистор, равно входному напряжению.

Полноблочный мост

Требования:
■ Наиболее часто используемая топология преобразователей большой мощности.
■ Переключатели (FET) управляются в виде диагональных пар, а для регулирования выходного напряжения выполняется широтно-импульсная модуляция (ШИМ).
■ Хороший коэффициент использования передачи мощности сердечника трансформатора в обоих полупериодах.
■ Полноволновая топология, поэтому частота пульсаций на выходе в два раза выше, чем у трансформатора.
■ Напряжение, подаваемое на полевые транзисторы, равно входному напряжению.
■ При заданной мощности первичный ток составляет половину тока полумоста.

SEPIC однотактный первичный индукторный преобразователь

Требования:
■ Выходное напряжение может быть больше или меньше входного напряжения.
■ Как и в схеме повышения, входной ток является плавным, а выходной ток прерывистым.
■ Энергия передается от входа к выходу через конденсатор.
■ Требуется два индуктора.

C'uk (патент Слободана C'uk)

Требования:
■ Инверсия выхода
■ Амплитуда выходного напряжения может быть больше или меньше входного.
■ Входной и выходной ток являются плавными.
■ Энергия передается от входа к выходу через конденсатор.
■ Требуется два индуктора.
■ Индукторы можно соединить для получения нулевого тока пульсаций.

Детали работы схемы

Объясните рабочие детали следующих топологий:
■ Понижающий регулятор: непрерывная проводимость, критическая проводимость и прерывистая проводимость.
■ Регулятор повышения (непрерывная проводимость)
■ Трансформаторный режим
■ Обратноходовой трансформатор
■ Прямой трансформатор

Buck- buck регулятор - непрерывная проводимость

Требования:
■ Ток индуктора непрерывен.
■ Vout — среднее значение входного напряжения (V1).
■ Выходное напряжение — это входное напряжение, умноженное на коэффициент нагрузки (D) переключателя.
■ При включении ток индуктора вытекает из батареи.
■ Ток течет через диод, когда переключатель выключен.
■ Не обращайте внимания на потери в переключателях и катушках индуктивности, D не имеет никакого отношения к току нагрузки.
■ Понижающий регулятор и его производные схемы характеризуются:Входной ток прерывистый (прерывистый), а выходной ток непрерывный (сглаживающий).

Buck- buck регулятор-критическая проводимость

■ Ток индуктора остается постоянным, но «достигает» нуля только при повторном включении переключателя, что называется «критической проводимостью». Выходное напряжение по-прежнему равно входному напряжению, умноженному на d.

Buck- buck регулятор-прерывистая проводимость

■ В этом случае ток в индукторе равен нулю в течение определенного периода времени в каждом цикле.
■ Выходное напряжение по-прежнему (всегда) равно среднему значению v1.
■ Выходное напряжение не является входным напряжением, умноженным на коэффициент нагрузки (D) переключателя.
■ Когда ток нагрузки ниже критического значения, D изменяется вместе с током нагрузки (в то время как Vout остается прежним).

Регулятор наддува

■ Выходное напряжение всегда больше (или равно) входного напряжения.
■ Непрерывный входной ток и прерывистый выходной ток (в отличие от понижающего регулятора).
■ Зависимость между выходным напряжением и коэффициентом нагрузки (D) не такая простая, как в понижающих стабилизаторах. В случае непрерывной проводимости:

В этом примере Vin = 5, Vout = 15 и D = 2/3. Воут = 15, Д = 2/3.

Работа трансформатора (включая функцию первичного индуктора)

■ Трансформатор считается идеальным трансформатором, и его первичная индуктивность (намагничивание) подключена параллельно первичной обмотке.

Обратный трансформатор

■Здесь первичная индуктивность очень мала, что используется для определения пикового тока и запасенной энергии. Когда первичный переключатель выключен, энергия передается на вторичный.

Прямой прямой преобразователь-трансформатор

■ Первичная индуктивность высока, поскольку нет необходимости накапливать энергию.
■ Ток намагничивания (i1) течет в «индуктор намагничивания» для размагничивания магнитного сердечника (обратное напряжение) после выключения первичного ключа.

резюме

■ Здесь рассматривается наиболее распространенная топология схемы импульсного преобразования мощности.
■ Существует множество других топологий, но большинство из них представляют собой комбинации или вариации описанных здесь топологий.
■ Каждая топология содержит уникальные конструктивные решения:1) напряжение, приложенное к выключателю2) Пресечение и сглаживание входного и выходного тока3) Коэффициент использования обмотки
■ Выбор лучшей топологии требует исследования:1) диапазон входного и выходного напряжения2) Текущий диапазон3) Соотношение стоимости и производительности, размера и веса.

Отказ от ответственности: Эта статья воспроизведена из «Проектирования энергосистемы». Эта статья отражает только личную точку зрения автора и не отражает точку зрения Sacco Micro и отрасли. Он предназначен только для перепечатки и распространения в целях защиты прав интеллектуальной собственности. При перепечатке просьба указывать первоисточник и автора. Если есть какие-либо нарушения, пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы удалить их.

Компания Slkor одержала очередную победу! Количество просмотров её научно-популярных видеороликов в TikTok превысило 1 миллион.

Генеральный директор Сун Шицян вручил награды Линь Юаньфану, лучшему сотруднику отдела продаж, и команде «Дракон-Тигр», первому отделу продаж компании Slkor.