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(2)BoostConyerter升压式变换器;
(3)Buck—BoostConverter降压/升压式变换器,含极性反转(Inverting)式变换器;
(4)CukConverter升压,升压串联式变换器;
(5)SEPIC(SingleEndcdPdimryInductorConverter)单端一次侧电感式变换器;
(6)F1ybckConverter反激式(亦称回扫式)变换器;
(7)EorwrdConverter正激式变换器:
(8)DoubleSwitchesForwrdConverter双开关正激式变换器;
(9)ctiveClmpForwrdConverter有源箝位
(0)HlfBridgeConverter半桥式变换器;
(11)FullBridgeConverter全桥式变换器;
(12)Push—pllConvener推挽式变换器:
(13)PhseShiftSwitchingZVT(PhseShiftSwitchingZeroVoltgeTrnsition)移相式零电压开关变换器。
开关电源(直流变换器)的类型很多,在研究开发或者维修电源系统时,全面了解开关电源主回路的各种基本类型,以及工作原理,具有极其重要的意义。
开关电源拓扑主回路的组成:
主回路(开关电源中,功率电流流经的通路)一般包含了开关电源中的开关器件、储能器件、脉冲变压器、滤波器、输出整流器、等所有功率器件,以及供电输入端和负载端。
一、常见电源拓扑介绍。
1、BuckConverter降压式变换器。
如图1
图1BUCK降压拓扑
特点:
、把输入降至一较低电压。
b、输出总是小于或等于输入。
c、输入电流不连续(斩波)。
d、输出电流平滑。
e、电感/电容滤波器滤平开关后的方波。
2、BoostConyerter升压式变换器。
如图2
图2BOOST升压拓扑
、把输入电压升至一较高电压。
b、与降压所用器件一样,只是重新安排了电感、二极管、开关的位置。
c、输出总是大于或等于输入(忽略二极管的正向压降)。
d、输入电流平滑。
e、输出电流不连续(斩波)。
3、Buck—BoostConverter降压/升压式变换器,含极性反转(Inverting)式变换器;
如图3
图3反相性开关变换拓扑
、电感、开关、二极管的另一种安排方案。
b、输入电流不连续(斩波),输出电流也不连续(斩波)。
c、输出总是和输入反相,但是幅度可以小于和大于输入。
4、F1ybckConverter反激式(亦称回扫式)变换器。
如图4
图4反激式拓扑
、“反激”变换器实际上是降压-升压电路隔离(变压器耦合)形式。
b、如降压-升压一样工作,但电感有两个绕组,而且同时作为变压器和电感。
c、输出可以为正,也可以为负,由线圈和二极管的极性决定。
d、输出电压可以大于或小于输入电压,由变压器的匝数决定。
e、这是隔离拓扑结构中最简单的电路。
f、增加次级绕组和电路可以得到多个输出。
5、EorwrdConverter正激式变换器。
如图5
图5正激式拓扑
、降压电路的变压器耦合形式。
b、不连续的输入电流,平滑的输出电流。
c、由于采纳变压器,输出可大于或小于输入,可以是任何极性。
d、增加绕组和电路可以有多路输出。
e、每个开关周期中必须对磁芯去磁,通常的做法是增加一个和初级绕组匝数相同的绕组,在开关接通阶段存储在初级绕组中的能量,在开关断开阶段通过另一个绕组和二极管泄放。
6、DoubleSwitchesForwrdConverter双开关正激式变换器。
如图6
图6双正激式拓扑变换
、两个开关同时工作。
b、开关断开时,存储在变压器中的能量使初级的极性反向,使二极管导通。
c、每个开关上的电压永远不会超过输入电压。
d、无需对绕组磁通复位。
7、Push—pllConvener推挽式变换器。
如图7
图7推挽式拓扑
、开关(FET)的驱动不同相,进行PWM调制以调节输出电压。
b、良好的变压器磁芯利用率,在两个半周期中都传输功率。
c、全波拓扑结构,所以输出纹波频率是变压器频率的两倍。
d、施加到FET的电压是输入电压的两倍。
8、HlfBridgeConverter半桥式变换器。
如图8
图8半桥式拓扑变换
、较高功率变换器极为常用的拓扑结构。
b、开关(FET)的驱动不同相,进行PWM调制以调节输出电压。
c、良好的变压器磁芯利用率,在两个半周期中都传输功率。
而且初级绕组的利用率优于推挽电路。
d、全波拓扑结构,所以输出纹波频率是变压器频率的两倍。
e、施加在FET的电压与输入电压相等。
9FullBridgeConverter全桥式变换器.如图9
图9全桥式拓扑
、较高功率变换器最为常用的拓扑结构。
b、开关(FET)以对角对的形式驱动,进行脉冲宽度调制以调整输出电压。
e、施加在FET上的电压与输入电压相等。
f、在给定的条件下,初级电流是半桥的一半。
10、SEPIC(SingleEndcdPdimryInductorConverter)单端一次侧电感式变换器。
如图10
如图10单端初级电感式变换拓扑
、输出电压可以大于或小于输入电压。
b、与升压电路一样,输入电流平滑,但输出电流不连续。
c、能量通过电容从输入传至输出。
d、需要两个电感。
11、CukConverter升压,升压串联式变换器.如图11
图11CUK拓扑
、输出与输入反相。
b、输出电压幅度可以大于或小于输入电压。
c、输入、输出电流都是平滑的。
d、能量通过电容从输入传至输出。
e、需要两个电感,电感可以耦合获得零纹波电感电流。
二、DC-DC开关电源拓扑的分类。
根据主其回路可以分为隔离式与非隔离式两大类型。
1.非隔离式电路的类型:
非隔离——输入端与输出端电气相通,没有隔离。
1.1.串联式结构。
串联——在主回路中开关器件与输入端、输出端、电感器L、负载RL四者成串联连接的关系。
开关管T交替工作于通/断两种状态,当开关管T导通时,输入端电源通过开关管T及电感器L对负载供电,并同时对电感器L充电,当开关管T关断时,电感器L中的反向电动势使续流二极管D自动导通,电感器L中储存的能量通过续流二极管D形成的回路,对负载R继续供电,从而保证了负载端获得连续的电流。
串联式结构,只能获得低于输入电压的输出电压,因此为降压式变换。
例如buck拓扑型开关电源就是属于串联式的开关电源。
1.2.并联式结构。
并联——在主回路中,相对于输入端而言,开关器件与输出端负载成并联连接的关系。
开关管T交替工作于通/断两种状态,当开关管T导通时,输入端电源通过开关管T对电感器L充电,同时续流二极管D关断,负载R靠电容器存储的电能供电;
当开关管T关断时,续流二极管D导通,输入端电源电压与电感器L中的自感电动势正向叠加后,通过续流二极管D对负载R供电,并同时对电容器C充电。
并联式结构中,可以获得高于输入电压的输出电压,因此为升压式变换。
并且为了获得连续的负载电流,并联结构比串联结果对输出滤波电容C的容量有更高的要求。
例如boots拓扑型的开关电源就是属于并联型式的开关电源。
1.3.极性反转型变换器结构(inverting)。
极性反转——输出电压与输入电压的极性相反。
电路的基本结构特征是:
在主回路中,相对于输入端而言,电感器L与负载成并联。
(也是串联式开关电源的一种,一般又称为反转式串联开关电源)。
开关管T交替工作于通/断两种状态,工作过程与并联式结构相似,当开关管T导通时,输入端电源通过开关管T对电感器L充电,同时续流二极管D关断,负载RL靠电容器存储的电能供电;
当开关管T关断时,续流二极管D导通,电感器L中的自感电动势通过续流二极管D对负载RL供电,并同时对电容器C充电;
由于续流二极管D的反向极性,使输出端获得相反极性的电压输出。
2.隔离式电路的类型:
隔离——输入端与输出端电气不相通,通过脉冲变压器的磁偶合方式传递能量,输入输出完全电气隔离。
2.1.单端正激式singleForwrdConverter(又叫单端正激式变压器开关电源)。
单端——通过一只开关器件单向驱动脉冲变压器。
正激式:
就是只有在开关管导通的时候,能量才通过变压器或电感向负载释放,当开关关闭的时候,就停止向负载释放能量。
目前属于这种模式的开关电源有:
串联式开关电源,buck拓扑结构开关电源,激式变压器开关电源、推免式、半桥式、全桥式都属于正激式模式。
反激式:
就是在开关管导通的时候存储能量,只有在开关管关断的时候释放才向负载释放能量。
属于这种模式的开关电源有:
并联式开关电源、boots、极性反转型变换器、反激式变压器开关电源。
正激变压器——脉冲变压器的原/付边相位关系,确保在开关管导通,驱动脉冲变压器原边时,变压器付边同时对负载供电。
所谓正激式变压器开关电源,是指当变压器的初级线圈正在被直流电压激励时,变压器
的次级线圈正好有功率输出。
(正激式变压器开关电源是推免式变压器开关电源衍生过来的,推免式有两个操纵开关,正激式改成一个开关操纵。
)
2.2.单端反激式SingleF1ybckConverter(单端反激式变压器开关电源)
所谓反激式变压器开关电源,是指当变压器的初级线圈正好被直流电压激励时,变压器的次级线圈没有向负载提供功率输出,而仅在变压器初级线圈的激励电压被关断后才向负载提供功率输出,这种变压器开关电源称为反激式开关电源。
反激式电路与正激式电路相反,脉冲变压器的原/付边相位关系,确保当开关管导通,驱动脉冲变压器原边时,变压器付边不对负载供电,即原/付边交错通断。
脉冲变压器磁能被积存的问题容易解决,但是,由于变压器存在漏感,将在原边形成电压尖峰,可能击穿开关器件,需要设置电压钳位电路予以保护。
从电路原理图上看,反激式与正激式很相