Anahtarlama güç kaynağının yirmi tür topolojisi

Ana Sayfa Haberler Günlük Öne Çıkanlar Anahtarlama güç kaynağının yirmi tür topolojisi

2022-03-17 139

topoloji nedir? Devre topolojisi, devredeki güç cihazlarının ve elektromanyetik bileşenlerin bağlantı yöntemidir ve manyetik bileşenlerin, kapalı çevrim kompanzasyon devresinin ve diğer tüm devre bileşenlerinin tasarımı topolojiye bağlıdır. En temel topolojiler düşürücü, yükseltici ve yükseltici/yükseltici, izole geri dönüş, ileri, itme-çekme, yarım köprü ve tam köprü dönüştürücülerdir.
Anahtarlamalı güç kaynağının yaklaşık 14 ortak topolojisi vardır ve bunların her birinin kendine has özellikleri ve uygulanabilir durumları vardır. Seçim ilkesi, yüksek güç mü yoksa düşük güç mü, yüksek voltaj mı yoksa düşük voltaj çıkışı mı olduğunu ve mümkün olduğunca az bileşenin olup olmadığını görmektir.
Bu nedenle topolojilerin doğru seçilebilmesi için farklı topolojilerin avantajlarını, dezavantajlarını ve uygulama alanlarını bilmek çok önemlidir. Yanlış seçim, diyet tasarımını baştan başarısızlığa mahkum edecektir. Aşağıda sistemin her devre yapısının çalışma prensibi ve temel özelliklerine hakim olmasına yardımcı olacak 20 temel anahtarlamalı güç kaynağı topolojisi özetlenmektedir.

20 Anahtarlamalı Güç Kaynağı Topolojisinin Karşılaştırılması

Ortak temel topoloji: ■ Buck azaltma ■ Boost artırma ■ Buck-Boost alçaltma-boost ■ Flyback geri dönüş ■ İleriye doğru uyarma ■ İki Transistörlü İleri çift transistör ileri ■ İtme-Çekme itme-çekme ■ Yarım Köprü Yarım Köprü ■ Tam Köprü Tam Köprü ■ SEPIC ■ C'uk

Temel darbe genişliği modülasyonu dalga biçimi

Bu topolojilerin tümü anahtarlama devreleriyle ilgilidir ve temel darbe genişliği modülasyonu dalga biçimi aşağıdaki gibi tanımlanır:

Buck gibi

Özellikler:
■ Girişi daha düşük bir voltaja düşürün.
■ Muhtemelen en basit devre.
■ İndüktör/kondansatör filtresi, anahtarlama sonrasında kare dalgayı düzeltir.
■ Çıkış her zaman girişten küçük veya eşittir.
■ Süreksiz giriş akımı (kesme)
■ Düzgün çıkış akımı

Arttırma artışı

Özellikler:
■ Girişi daha yüksek bir voltaja yükseltin.
■ Aşağı inmeyle aynıdır ancak indüktör, anahtar ve diyot yeniden düzenlenmiştir.
■ Çıkış oranı her zaman girişten büyük veya ona eşittir (diyotun ileri voltaj düşüşü göz ardı edilirse)
■ Giriş akımı yumuşatma
■ Süreksiz çıkış akımı (kesme)

Buck-Boost Buck-Arttır

Özellikler:
■ İndüktörlerin, anahtarların ve diyotların başka bir düzenleme yöntemi
■ Buck ve boost devrelerinin dezavantajlarını birleştirir.
■ Süreksiz giriş akımı (kesme)
■ Çıkış akımı da süreksizdir (kesme)
■ Çıkış her zaman girişin tersidir (kapasitörün polaritesine dikkat edin), ancak genlik girişten daha küçük veya daha büyük olabilir.
■ "Flyback" dönüştürücü aslında buck-boost devre izolasyonu (trafo kuplajı) formundadır.

Geri dönüş

Özellikler:
■ Yükseltme-yükseltme devresi gibi çalışır, ancak indüktörün hem transformatör hem de indüktör görevi gören iki sargısı vardır.
■ Çıkış, bobin ve diyotun polaritesine göre belirlenen pozitif veya negatif olabilir.
■ Çıkış voltajı, transformatörün dönüş oranı tarafından belirlenen giriş voltajından daha büyük veya daha küçük olabilir.
■ Bu en basit yalıtılmış topolojidir.
■ İkincil sargılar ve devreler eklenerek birden fazla çıkış elde edilebilir.

İleri heyecanlanıyor

Özellikler:
■ Düşürücü devrenin trafo kuplaj şekli.
■ Süreksiz giriş akımı ve düzgün çıkış akımı.
■ Transformatör kullanıldığı için çıkış, girişten daha büyük veya daha küçük olabilir ve herhangi bir polaritede olabilir.
■ İkincil sargılar ve devreler eklenerek birden fazla çıkış elde edilebilir.
■ Transformatör çekirdeğinin her anahtarlama döngüsünde manyetikliği giderilmelidir. Yaygın uygulama, birincil sargıyla aynı sayıda dönüşe sahip bir sargı eklemektir.
■ Açma aşaması sırasında birincil indüktörde depolanan enerji, kapatma aşaması sırasında ek sargılar ve diyotlar aracılığıyla serbest bırakılır.

Özellikler:■ Düşürücü devrenin trafo kuplaj şekli.■ Süreksiz giriş akımı ve düzgün çıkış akımı.■ Transformatör kullanıldığı için çıkış, girişten daha büyük veya daha küçük olabilir ve herhangi bir polaritede olabilir.■ İkincil sargılar ve devreler eklenerek birden fazla çıkış elde edilebilir.■ Transformatör çekirdeğinin her anahtarlama döngüsünde manyetikliği giderilmelidir. Yaygın uygulama, birincil sargıyla aynı sayıda dönüşe sahip bir sargı eklemektir.■ Açma aşaması sırasında birincil indüktörde depolanan enerji, kapatma aşaması sırasında ek sargılar ve diyotlar aracılığıyla serbest bırakılır.

İki Transistörlü İleri çift transistörlü ileri

Özellikler:
■ İki anahtar aynı anda çalışır.
■ Anahtar kapalıyken, transformatörde depolanan enerji birincilin polaritesini tersine çevirir ve diyotu açar.Başlıca avantajları:
■ Her bir anahtardaki voltaj hiçbir zaman giriş voltajını aşmayacaktır.
■ Sarma yolunu sıfırlamaya gerek yoktur.

İt-Çek it-çek

Özellikler:
■ Anahtar (FET) farklı fazları çalıştırır ve çıkış voltajını ayarlamak için darbe genişliği modülasyonu (PWM) gerçekleştirir.
■ Her iki yarım çevrimde de transformatör çekirdek-güç aktarımının iyi kullanım oranı.
■ Tam dalga topolojisi, böylece çıkış dalgalanma frekansı transformatörün iki katıdır.
■ FET'e uygulanan voltaj giriş voltajının iki katıdır.

Yarım Köprü yarım köprü

Özellikler:
■ Yüksek güçlü dönüştürücülerin topoloji yapısı çok yaygın olarak kullanılmaktadır.
■ Anahtar (FET) farklı fazları çalıştırır ve çıkış voltajını ayarlamak için darbe genişliği modülasyonu (PWM) gerçekleştirir.
■ Her iki yarım çevrimde de transformatör çekirdek-güç aktarımının iyi kullanım oranı. Ve birincil sargının kullanım oranı, itme-çekme devresinden daha iyidir.
■ Tam dalga topolojisi, böylece çıkış dalgalanma frekansı transformatörün iki katıdır.
■ FET'e uygulanan voltaj giriş voltajına eşittir.

Tam Köprü köprüsü

Özellikler:
■ Yüksek güçlü dönüştürücülerin en yaygın kullanılan topolojisi.
■ Anahtarlar (FET'ler) diyagonal çiftler şeklinde sürülür ve çıkış voltajını düzenlemek için darbe genişliği modülasyonu (PWM) gerçekleştirilir.
■ Her iki yarım çevrimde de transformatör çekirdek-güç aktarımının iyi kullanım oranı.
■ Tam dalga topolojisi, böylece çıkış dalgalanma frekansı transformatörün iki katıdır.
■ FET'lere uygulanan voltaj giriş voltajına eşittir.
■ Belirli bir güçte birincil akım, yarım köprünün yarısıdır.

SEPIC tek uçlu birincil indüktör dönüştürücü

Özellikler:
■ Çıkış voltajı giriş voltajından daha büyük veya daha düşük olabilir.
■ Yükseltme devresinde olduğu gibi, giriş akımı düzgündür ancak çıkış akımı süreksizdir.
■ Enerji, bir kapasitör aracılığıyla girişten çıkışa aktarılır.
■ İki indüktör gereklidir.

C'uk (Slobodan C'uk'un patenti)

Özellikler:
■ Çıkışın ters çevrilmesi
■ Çıkış voltajının genliği giriş voltajının genliğinden daha büyük veya daha küçük olabilir.
■ Hem giriş akımı hem de çıkış akımı düzgün.
■ Enerji, bir kapasitör aracılığıyla girişten çıkışa aktarılır.
■ İki indüktör gereklidir.
■ Endüktörler, sıfır dalgalı endüktör akımı elde edecek şekilde bağlanabilir.

Devre çalışmasının detayları

Aşağıdaki topolojilerin çalışma ayrıntılarını açıklayın:
■ Düşürücü regülatör: sürekli iletim, kritik iletim ve süreksiz iletim.
■ Takviye regülatörü (sürekli iletim)
■ Transformatörün çalışması
■ Geri dönüş transformatörü
■ İleri transformatör

Buck-buck regülatörü-sürekli iletim

Özellikler:
■ Endüktör akımı süreklidir.
■ Vout, giriş voltajının (V1) ortalama değeridir.
■ Çıkış voltajı, giriş voltajının anahtarın yük oranı (D) ile çarpımıdır.
■ Açıldığında endüktör akımı aküden dışarı akar.
■ Anahtar kapalıyken akım diyottan akar.
■ Anahtarlar ve indüktörlerdeki kayıpları dikkate almayın; D'nin yük akımıyla hiçbir ilgisi yoktur.
■ Buck regülatörü ve türev devreleri aşağıdakilerle karakterize edilir:Giriş akımı süreksizdir (kesme) ve çıkış akımı süreklidir (düzleştirme).

Buck-buck regülatörü-kritik iletim

■ İndüktör akımı hala süreklidir, ancak yalnızca anahtar tekrar açıldığında sıfıra "ulaşır", buna "kritik iletim" denir. Çıkış voltajı hala giriş voltajının d ile çarpımına eşittir.

Buck-buck regülatörü-süreksiz iletim

■ Bu durumda endüktördeki akım her çevrimde bir süre sıfırdır.
■ Çıkış voltajı hala (her zaman) v1'in ortalama değeridir.
■ Çıkış voltajı, anahtarın yük oranı (D) ile giriş voltajının çarpımı değildir.
■ Yük akımı kritik değerden düşük olduğunda, D yük akımıyla birlikte değişir (Vout aynı kalırken).

Güçlendirme regülatörü

■ Çıkış voltajı her zaman giriş voltajından büyüktür (veya ona eşittir).
■ Sürekli giriş akımı ve süreksiz çıkış akımı (buck regülatörünün tersi).
■ Çıkış voltajı ile yük oranı (D) arasındaki ilişki, düşürücü regülatörlerdeki kadar basit değildir. Sürekli iletim durumunda:

Bu örnekte Vin = 5, Vout = 15 ve D = 2/3. Vout = 15, D = 2/3.

Transformatörün çalışması (birincil indüktörün işlevi dahil)

■ Transformatör ideal bir transformatör olarak kabul edilir ve birincil (mıknatıslanma) endüktansı birincil ile paralel bağlanır.

Geri dönüş transformatörü

■Burada, tepe akımını ve depolanan enerjiyi belirlemek için kullanılan birincil endüktans çok düşüktür. Birincil anahtar kapatıldığında enerji ikincil anahtara aktarılır.

İleri ileri ileri dönüştürücü transformatör

■ Enerji depolamaya gerek olmadığından birincil endüktans yüksektir.
■ Mıknatıslama akımı (i1), birincil anahtar kapatıldıktan sonra manyetik çekirdeğin (ters voltaj) manyetikliğini gidermek için "mıknatıslama indüktörüne" akar.

özet

■ Burada anahtarlamalı güç dönüşümünde en yaygın devre topolojisi gözden geçirilmektedir.
■ Pek çok başka topoloji vardır ancak bunların çoğu, burada açıklanan topolojilerin kombinasyonları veya varyasyonlarıdır.
■ Her topoloji benzersiz tasarım ödünleşimleri içerir:1) anahtara uygulanan voltaj2) Giriş ve çıkış akımını kesmek ve düzeltmek3) Sargının kullanım oranı
■ En iyi topolojiyi seçmek araştırma gerektirir:1) giriş ve çıkış voltaj aralığı2) Mevcut aralık3) Maliyetin performansa, boyutun ağırlığa oranı

Yasal Uyarı: Bu makale "Güç Sistemi Tasarımı"ndan kopyalanmıştır. Bu makale yalnızca yazarın kişisel görüşlerini temsil etmekte olup Sacco Micro ve sektörün görüşlerini temsil etmemektedir. Fikri mülkiyet haklarının korunmasını desteklemek amacıyla yalnızca yeniden basılması ve paylaşılması içindir. Lütfen yeniden basarken orijinal kaynağı ve yazarını belirtin. Herhangi bir ihlal varsa, silmek için lütfen bizimle iletişime geçin.

Slkor bir zafer daha kazandı! TikTok'taki popüler bilim videolarının izlenme sayısı 1 milyonu geçti.

Genel Müdür Song Shiqiang, en yüksek satış performansı gösteren Lin Yuanfang'a ve Slkor'un Birinci Satış Departmanı olan Ejderha-Kaplan Ekibine ödüllerini takdim etti.