星空全站基本开关电源拓扑(3)-拓扑的本质

发布时间:2024-09-21 04:32:21 | 来源:星空全站APP 作者:星空体育全站app在线平台  浏览量:71

  从电感器流入节点后,既可以从二极管流出,也可以从开关管流出(取决于开关管状态),所以节点处的电流在二极管和开关管之间交替流动,一直保持大电流,同时节点电压也必然大范围跳动(电感器两端电压跳变),可以看到其电压是斩波式的。如下图所示为BUCK-BOOST、BOOST和BUCK拓扑,红色圈内为各个拓扑的交换节点;以BUCK-BOOST拓扑为例,在该节点上开关管的“导通”时节点的电压为+12V,而开关管“关断”时节点的电压为-5.5V,所以该节点是电压波形是范围为12V和-5.5V的斩波。

  ——交换节点处天然形成一个电场天线(电压跳变范围大,电流大),会对四周造成射频干扰(EMI),输出电源电压导线可能会接收到该辐射干扰并传递给负载端,造成噪声干扰。

  如上图所示,开关电源的三种基本拓扑结构,所有开关电源拓扑都是基于这三种拓扑的改进、组合,但开关拓扑工作原理是一致的;我们只需要彻底掌握这三种基本电源拓扑,开关电源拓扑分析起来就会变得简单:

  如下左图所示,红色框内MOS管替代续流二极管,变成同步BUCK电源拓扑结构(上下MOS管需要进行同步设计:一个MOS管“关断”的同时另一个MOS管“导通”);

  如下右图所示,通过变压器来替换电感器,变成反激式拓扑,同时还有推挽式、正极式,半桥、全桥电源拓扑等等;

  可以将BUCK、BOOST及BUCK-BOOST拓扑,两两组合级联变成新种类电源拓扑:Cuk、Se

  电源的输入到输出转换拓扑电路,由开关管+电感器+二极管的串、并组合而成,单纯从组合逻辑来说有n种(N>

  10),那为什么只有这三种是有效的电源拓扑呢?

  我记得在《电阻器应用》章节中说起过“共地”和“浮地”的设计问题,一般接地设备的单板上所有地,不管是否在单板内部共地,最终都会连接到“大地”上,从而回流到“大地”;那为什么大家都要连到“大地”呢?因为地球是等势体,所有设备只要连在“大地”上,那么两个设备之间便共地了(接地其实并非如此简单,后续《电磁兼容基础》再详细分析接地问题)。

  那两个设备之间相互“浮地”行不行?只要没有电气接触(举个栗子:用光缆连接)应该是可以的。但只要有电气接触,就可能存在两个问题:

  说回电源拓扑,除了这BUCK,BOOST,BUCK-BOOST三种电源基本拓扑之外,部分拓扑结构的输入和输出之间没有公共地(对于非隔离式拓扑,电源无法回流),即开关拓扑与系统的部分之间没有合适的参考地。如下图所示,以BUCK-BOOST拓扑电路的变种为例,在开关导通或关断过程中,没有一个共同的“地”始终将输入端和输出端连接在一起,导致电源回流中断;所以对于BUCK-BOOST拓扑来说,必须将二极管和开关管放在电感器的同一边,如上一节BUCK-BOOST结构图所示。

  ——对于隔离式开关电源拓扑,由于采用了变压器,所以回流是通过变压器来实现的,输入电源与输出电源之间不需要公共地。

  那再也找不出三种拓扑之外的有共地的拓扑了么?如下图所示,不同电感器的连接方式,在设置合适地后,可得到三个不同的端点:输入端、输出端和地端。

  ——根据刚刚的分析,输入或输出端接电感器,那么输入、输出的回流地必然不能串接开关管或则二极管,那么开关管和二极管只能分别串接在输出/输入和地端;而除了BUCK和BOOST的电源拓扑结构外,我们组合电路后得到拓扑都是无效的;举个栗子,如上图BUCK拓扑中:如果将二极管串接在输入端,开关管串接在地端,那么当开关管导通时,输入端和地端短路,不是有效的拓扑结构。

  伏秒定律是在电源稳态工作下,所有开关拓扑必须要满足的定律。如果在电源稳态下不满足伏秒定律:Von * ton = Voff * toff;那么我们从电感器公式VΔt = LΔI,可得LΔIon ≠ LΔIoff,那么电感器磁芯磁场强度将往一个方向偏,最终导致电感器磁芯饱和而损坏开关管或电感器本身。

  同样我们对于不同开关拓扑占空比的定义是一样:开关管的“导通”时间Ton占开关周期T的比例,即D = Ton/T;如果对于连续模式来说T= Ton+Toff(不连续模式下:T>

  Ton+Toff)。如下图所示,我们可以根据伏秒定律和占空比定义来推导不同拓扑结构的直流传递函数。

  所以我们分别得到了理想情况下(不计算开关管、二极管、电感器等损耗)的三种基本电源拓扑的直流传递函数:

  ——我们通过直流传递函数,看到所有拓扑中当Vin输入电压不变时,随Vo输出电压增加,占空比D变大;但是BOOST和BUCK-BOOST拓扑的占空比最大不能超过50%,。

  三种基本拓扑各种电流之间的关系如下图所示:IL为平均电感电流,Io为输出电流,IIN为输入电流,ISW为开关管电流,ID为二极管电流。

  对于BUCK拓扑来说电感电流IL与输出电流Io相同,原因是电感器是串在输出端的,所有输出电流均流过电感器提供;

  对于BOOST和BUCK-BOOST拓扑来说,电感电流IL则与输出电流Io并不相同,甚至远大于输出电流(取决于其拓扑结构),这就要求BOOST和BUCK-BOOST拓扑中的电感器体积更大。

  同理我们从得到的开关管电流ISW,二极管电流ID,输入电流IIN、输出电流Io的关系,可以分析对各器件的要求。

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  )和Buck/Boost(升/降压),单端反激(隔离反激),正激、推挽、半桥和全桥变化器。下面简单介绍一下常用的

  结构,他们分别为 BUCK 降压式;BOOST 升压式;BUCK-BOOST 升降压式。还有其他的吗?

  一、概述直流变换器按输入与输出是否有电气隔离可分为两类:没有电气隔离的称为非隔离的直流变换器,有电气隔离的称为隔离的直流变换器。基本的非隔离

  本帖最后由 164908060 于 2013-9-14 21:14 编辑 -------------------------------------今天给大家分享

  适用于离线式(电网供电的)AC/DC变换器,其中有些适合小功率输出(=220V AC),而有些适合较低的AC输人电压

  换变压器■初级电感很高,因为无需存储能量。■磁化电流 (i1) 流入 “磁化电感”,使磁芯在初级

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  大约有14种,每种都有自身的特点和适用场合。选择原则是要看是大功率还是小功率,高压输出还是低压

  应该是降压(Buck),升压(Boost),升降压(Buck-Boost)这三种,本篇文章将介绍下这三种

  )和Buck/Boost(升/降压),单端反激(隔离反激),正激、推挽、半桥和全桥变化器。

  大约有14种,每种都有自身的特点和适用场合。选择原则是要看是大功率还是小功率,高压输出还是

  )和Buck/Boost(升/降压),单端反激(隔离反激),正激、推挽、半桥和全桥变化器。

  ,想做到1%-80%输出电压,之前选择的buck发现小电压时输出不稳,纹波比较大。因为对输出纹波要求比较高,想问下哪位有用过全桥做过全范围输出电压的

  结构,包括Buck降压、Boost升压、Buck-Boost降压-升压、Flyback反激、Forward正激

  (75W以上有PF要求)、100~300W用正激,双管反激,LLC准谐振、300~500W双管正激,LLC准谐振,半

  式)和Buck/Boost(升/降压),单端反激(隔离反激),正激、推挽、半桥和全桥变化器。 下面简单介绍一下常用的

  结构。 Buck电路 首先我们要讲的就是Buck电路。 Buck电路也成为降压(step-down)变换器。它的电路图是下面这样的: 晶体管,二极管,

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  结构,包括Buck降压、Boost升压、Buck-Boost降压-升压、Flyback反激、Forward

  结构,包括Buck降压、Boost升压、Buck-Boost降压-升压、Flyback反激、Forward

  大约有14种,每种都有自身的特点和适用场合。选择原则是要看是大功率还是小功率,高压输出还是低压输出,以及是否要求器件尽量少等。

  有且只有三种:降压型(BCUK),升压型(BOOST),升降压型(BUCK-BOOST);从中文命名中我就可以知道降压型

  结构有常见的四种,分别是:单端降压(或称降压型)、反激型、升压型和反升型。它们各自的特点和适用场合是不同的,下面将分别


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