開關電源三種拓撲的產生

2021-08-07 06:18:08 字數 2309 閱讀 1818

拓撲

拓撲,即電路的組成結構,如buck,boost,正激,反激,全橋,半橋等。其他電源電路都是以此發展而來。而最基本的電源拓撲只有3種:buck、boost和buck-boost電路。

電源電路的輸入是輸入電壓vin或網壓,輸出則分輸出電壓和輸出電流。

線性調整器

傳統的電壓調整電路如線性調整器

用改變開關時間來提高效率

要提高效率,就不能用等效電阻耗能的方式(在工作條件不變的情況下,提高效率能夠減小輸入電流。這是採用開關方式的重要優點之一。)採用開關方式(半導體部件工作在開關區)可以提高效率,且配合電容*電感可更有效地利用能量。

常用的三種半導體元件

bjt(雙極型電晶體):電流控制型器件,適用於大電流工作。

mosfet(場效應電晶體):電壓控制型器件,速度快,適用於高頻,單負載大時,導通損耗就大(導通壓降與電流成正比)

igbt:適用於較低頻率,大電流裝置

在開關情況下實現連續的能量供給

ps:電路中的開關元件不停地開/關,當開關斷開時,電感很容易造成很高的電壓,若此時沒有迴路能夠釋放電能,在開關處很容易產生高壓電弧(開關觸點距離越大,電壓越高),最終,電感儲能以熱能和電火花形式消耗。因此,採用二極體續流的方式,產生乙個電流迴路。

開關頻率與效能的關係

降低開關頻率:提高效率(其他損耗減小),減小emi

公升高開關頻率:減小電源體積,減小雜訊

開關變換器的3種工作模式

-連續導通模式:ccm

-臨界導通模式:bcm(臨界模式屬於ccm和dcm的極限情況)

-斷續導通模式:dcm

伏秒平衡

穩定狀態下:δion=δioff

即:von*ton=voff*toff [von、voff為電感兩端電壓]

在這種情況下,電感能夠成功復位。輸出穩定。

ps:toff不一定等於t-ton,僅指電壓下降那段時間。

由公式:v=l*di/dt得,電流的斜率由v/l決定。

達到伏秒平衡

開關導通期間電感和開關電流上公升率為von/l,開關關斷期間電感和二極體電流下降斜率為voff/l.

若等待足夠長時間,電感電流會降為零(電感復位)。但若未等足夠長時間就很快再次導通開關,則電流還會上公升(爬高)

方法之一是等待足夠大的toff,再導通開關,但這樣仍無法得到有效輸出。

正確的方法是,與二極體串接乙個電容,開關關斷時,串聯迴路為電容充電,使電容電壓達到vo,以此增大voff,同時電流下降速率voff/l也增加,使von與voff相當,從而實現伏秒平衡。

一開始電流遞增,數週期後達到穩定狀態。電容每個週期都被充電,電流下降速率不斷增大,直到到達平衡。

小結基本拓撲有三種buck.boost和buck-boost。為什麼基本拓撲僅有三種?這取決於電感的連線方式,設定合適的參考地後,可以得到三個不同端子輸入端、輸出端和地端,若電感一端與地相連,則得到buck-boost電路若與輸人端相連,則得到boost電路若與輸出端楣連,則得到buck電路。

buck-boost電路

buck-boost電路既可降壓輸出也可公升壓輸出,但極性會改變。

如輸入電壓為正,輸出電壓為負,或輸入為負 輸出為正。

可得占空比方程為:

注意:穩定狀態下,電容的輸入輸出平均電流為0,故平均二極體電流為平均負載電流。

boost電路

極性不變

占空比方程為:

buck電路

極性不變

占空比方程為:

ps:占空比方程中的vd和vsw,若他們的值足夠小,則可忽略。

說明以上內容均總結於《精通開關電源設計》第一章

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