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DC-DC改换器的根本手法和分类
发布时间:2024-10-20 01:21:34 作者: 火狐体育安卓版网页登录中心

  

DC-DC改换器的根本手法和分类

  把直流电压改换为另一数值的直流电压最简略办法是串联一个电阻,这样不触及变频的问题,显得很简略,可是功率低。用一个半导体功率器材作为开关,使带有滤波器(L或/和C)的负载线路与直流电压一瞬间接通,一瞬间断开,则负载上也得到另一个直流电压,这便是DC-DC的根本手法,类似于“斩波”(Chop)效果。

  一个周期Ts内,电子开关接通时刻ton所占整个周期Ts的份额,称接通占空比D,D=ton/Ts;断开时刻toff所占Ts份额,称断开占空比D’,D’= toff/Ts。很明显,接通占空比越大,负载上电压越高;1/Ts=fs称开关频率,fs越高,负载上电压也越高。这种DC-DC改换器中的开关都在某一固定频率下(如几百千赫兹)作业,这种坚持开关频率稳定,但改动接通时刻长短(即脉冲的宽度),使负载改变时,负载上电压改变不大的办法,称脉宽调制法(Pulse Width Modulation,简称为PWM)。因为电子开关按外加操控脉冲而通断,操控与自身流过的电流、二端所加的电压无关,因而电子开关称为“硬开关”。很明显,因为硬开关关断和注册时,开关上一起存在电压、电流,损耗是比较大的,但无论如何比串联电阻改换办法损耗小得多。这便是开关电源的长处之一。

  凡用脉宽调制办法操控电子开关的开关改换器,称为PWM开关改换器。它是以运用“硬开关”为主要特征的。

  另一类称之为软开关。凡用操控办法使电子开关在其两头电压为零时导通电流,或使流过电子开关电流为零时关断,此开关称为软开关。软开关的注册、关断损耗抱负值为零。因为损耗小,开关频率可提高到兆赫级,开关电源体积、分量明显削减。

  可用谐振(Resonance)的办法使电子开关上电压或电流为零,谐振分为串联谐振和并联谐振。在开关电源电路中加的电压是直流电压,直流电压加在串联的LC时,电路中电流按正弦规则无阻尼振动,其频率即电路的谐振频率,或称振动频率。使用谐振现象,电子开关器材两头电压按正弦规则振动,当振动到零时,使电子开关导通,流过电流,此法称零电压注册(Zero Voltage Switching 简称ZVS)。同理,当流过电子开关器材的电流振动到零时,使电子开关断开,此法称为零电流关断(Zero Current Switching 简称ZCS)。

  使用谐振现象,使电子开关器材上电压或电流按正弦规则改变,以发明零电压注册或零电流关断的条件,以这种技能为主导的改换器称谐振改换器,它有串联和并联谐振改换器两种。如果在桥式改换器(用谐振式办法操控)桥的输出端为串联LC网络,再接变压器原边绕组(包含带副边整流电路),称为串联谐振改换器。在桥式改换器串联LC网络的电容两头并联变压器原边绕组(包含带副边整流电路),称为并联谐振改换器。

  因为正向和反向LC回路值不一样,即振动频率不同,电流幅值也不同,所以振动不对称。一般正向正弦半波大于负向正弦半波,所以常称为准谐振。无论是串联LC网络,或并联的LC网络都会发生准谐振。

  使用准谐振现象,使电子开关器材上的电压或电流按正弦规则改变,然后发明了零电压或零电流的条件,以这种技能为主导的改换器称为准谐振改换器。在单端、半桥或全桥改换器中,使用寄生电感和电容(如变压器漏感,半导体功率管或整流管的结电容)或外加谐振电感和电容,可得到相应的准谐振改换器。

  为坚持输出电压不随输入电压改变而改变,不随负载改变而改变(或根本不变),谐振、准谐振和多谐振改换器主要靠调整开关频率,所以是调频体系。{{分页}}

  调频体系不如PWM开关那样易控,加上谐振、准谐振、多谐振电路谐振电压(或电流)峰值高,开关受的应力大,因而这几年抢手的研究课题是零开关-PWM改换器和零转化-PWM改换器。

  零开关-PWM改换器是指在准谐振改换器中,添加一个辅佐开关操控的电路,使改换器一周期内,一部分时刻按ZCS或ZVS准谐振改换器作业,另一部分时刻按PWM改换器作业。前者称ZCS-PWM改换器,后者称为ZVS-PWM改换器。这样,改换器既有电压过零(或电流过零)操控的软开关特色,又有PWM恒频调宽的特色。这时谐振网络中的电感是与主开关串联的。

  零转化-PWM改换器与零开关-PWM改换器并无本质上的不同,也是软开关与PWM的结合,只不过谐振网络是与主开关并联的。

  从上面所述,DC-DC可分红PWM式、谐振式和它们的结合式。每一种办法中从输入与输出之间是不是有变压器阻隔,能够分红有阻隔、无阻隔两类。每一类中又有六种拓扑:Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk、Sepic和Zeta。由此可见DC-DC根本电路就不堪其数了。大都电路都具有特性,有典型使用价值,也有的电路并无实用价值。

  以上是从电路拓扑来分类,还有从其他视点、特征来分类的。例如,若按鼓励方式不同,可分为自激式和他激式两种。

  自激式包含单管式改换器和推挽式改换器两种。他激式包含调频、调宽、调幅、谐振等几种。现在使用较广的是调宽型(PWM),它包含正激式、反激式、半桥式和全桥式。谐振式中有串联谐振、并联谐振、串并联谐振等线路;按谐振式的开关何时接通来分,又可分为零电流开关和零电压开关等。

  若按操控信号的阻隔办法,则可分为直流式、光电耦合式、变压器式、磁放大器式等。有些线路经过电子器材完结电压-频率,或许频率-电压的转化作业之后,用变压器与操控信号阻隔。

  依据电感电流是否接连,DC-DC改换器有两种作业形式。一种是接连导电形式(CCM,Continuous Conduction Mode),DC-DC在重载下一般作业于这种形式;另一种是不接连导电形式(DCM,Discontinuous Conduction Mode),DC-DC改换器在轻载下作业于这种形式。


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