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技(jì)術文章(zhāng)/ Technical Articles
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更(gēng)新(xīn)時間(jiān):2024-08-14
瀏(liú)覽次(cì)數:913現(xiàn)代開(kāi)關電(diàn)源(yuán)有兩(liǎng)種:一種(zhǒng)是直流開(kāi)關(guān)電源(yuán);另一種是交流開關(guān)電(diàn)源。這(zhè)裏主(zhǔ)要(yào)介(jiè)紹(shào)的(dí)隻是直流(liú)開(kāi)關(guān)電源,其功能是將電(diàn)能(néng)質(zhì)量較差的原(yuán)生態(tài)電源(粗(cū)電(diàn)),如(rú)市電電源(yuán)或蓄(xù)電池電源,轉換成滿足(zú)設備要(yào)求(qiú)的質(zhì)量較高的直流電壓(yā)(精電)。直(zhí)流(liú)開(kāi)關電(diàn)源(yuán)的核心是DC/DC轉換(huàn)器(qì)。因此(cǐ)直流(liú)開(kāi)關(guān)電源的(dí)分類(lèi)是依(yī)賴DC/DC轉換器(qì)分類的(dí)。也就是說,直流(liú)開關電(diàn)源的分(fēn)類(lèi)與(yǔ)DC/DC轉(zhuǎn)換器(qì)的分類(lèi)是(shì)基(jī)本相同的(dí),DC/DC轉換(huàn)器(qì)的(dí)分類基(jī)本上就(jiù)是直(zhí)流開(kāi)關電(diàn)源(yuán)的分類。
直(zhí)流DC/DC轉換器按(àn)輸(shū)入與(yǔ)輸(shū)出(chū)之間(jiān)是(shì)否有(yǒu)電氣(qì)隔離可以(yǐ)分為兩(liǎng)類(lèi):一類是(shì)有隔(gé)離(lí)的稱(chēng)為隔(gé)離式(shì)DC/DC轉換(huàn)器;另(lìng)一類是沒(méi)有隔離的(dí)稱(chēng)為(wéi)非隔離式DC/DC轉換器(qì)。
隔離(lí)式DC/DC轉換器也(yě)可(kě)以(yǐ)按(àn)有源(yuán)功率器件的個(gè)數(shù)來分類。單管的DC/DC轉換器有正激(jī)式(shì)(Forward)和反激式(Flyback)兩種(zhǒng)。雙(shuāng)管DC/DC轉換(huàn)器 有(yǒu)雙管正激(jī)式(shì)(DoubleTransistor Forward Converter),雙管(guǎn)反(fǎn)激(jī)式(Double Transistor Flyback Converter),推挽式(Push-Pull Converter) 和半橋式(shì)(Half-Bridge Converter)四種(zhǒng)。四管DC/DC轉換(huàn)器就(jiù)是全橋DC/DC轉換器(qì)(Full-Bridge Converter)。
開關電源內部(bù)結構(gòu)圖
非隔離式(shì)DC/DC轉(zhuǎn)換器,按有(yǒu)源(yuán)功率(shuài)器件(jiàn)的個(gè)數,可(kě)以分(fēn)為單(dān)管(guǎn),雙(shuāng)管和(hé)四管(guǎn)三(sān)類(lèi)。單(dān)管DC/DC轉換器共(gòng)有六(liù)種,即降壓式(Buck)DC/DC轉換器 ,升壓(yā)式(shì)(Boost)DC/DC轉換(huàn)器,升(shēng)壓(yā)降壓式(Buck Boost)DC/DC轉(zhuǎn)換器,Cuk DC/DC轉換(huàn)器,Zeta DC/DC轉(zhuǎn)換器和SEPIC DC/DC轉(zhuǎn)換(huàn)器。在(zài)這六種 單管DC/DC轉(zhuǎn)換器(qì)中,Buck和Boost式DC/DC轉(zhuǎn)換(huàn)器(qì)是基(jī)本的,Buck-Boost,Cuk,Zeta,SEPIC式DC/DC轉換器是從中派生(shēng)出(chū)來的(dí)。雙管DC/DC轉(zhuǎn)換(huàn)器(qì)有雙管(guǎn)串接(jiē)的升壓式(shì)(Buck-Boost)DC/DC轉換(huàn)器。四管(guǎn)DC/DC轉換器(qì)常(cháng)用的(dí)是(shì)全(quán)橋(qiáo)DC/DC轉換器(Full-Bridge Converter)。
隔離式DC/DC轉換(huàn)器在實(shí)現(xiàn)輸出(chū)與輸入電(diàn)氣隔離(lí)時,通常(cháng)采用變壓器(qì)來實現(xiàn),由於變壓器(qì)具(jù)有變(biàn)壓(yā)的功能(néng),所以(yǐ)有利於(yú)擴大轉換(huàn)器(qì)的輸出(chū)應用範圍,也便(biàn)於實現不(bù)同電壓的多路輸出,或(huò)相(xiāng)同電(diàn)壓(yā)的(dí)多種輸(shū)出(chū)。
在(zài)功率開關管的(dí)電壓和電流(liú)定額相同時(shí),轉換器(qì)的輸出(chū)功率通常與所(suǒ)用開關管(guǎn)的數量(liáng)成正(zhèng)比。所以(yǐ)開關(guān)管數越(yuè)多(duō),DC/DC轉換器(qì)的輸出(chū)功率(shuài)越大,四管(guǎn)式(shì)比兩管式(shì)輸出(chū)功率大(dà)一(yī)倍(bèi),單管式(shì)輸出(chū)功(gōng)率隻有(yǒu)四(sì)管式(shì)的(dí)1/4。
非隔(gé)離(lí)式轉換器與(yǔ)隔離(lí)式轉換(huàn)器的組合,可以(yǐ)得到(dào)單個(gè)轉(zhuǎn)換器所不具備(bèi)的(dí)一些(xiē)特性。
按(àn)能量的傳(chuán)輸來(lái)分,DC/DC轉換器有(yǒu)單向傳(chuán)輸和雙向(xiàng)傳輸(shū)兩(liǎng)種。具(jù)有雙向(xiàng)傳輸功能(néng)的(dí)DC/DC轉(zhuǎn)換(huàn)器(qì),既可(kě)以從(cóng)電源側向負(fù)載側傳輸功(gōng)率(shuài),也可(kě) 以(yǐ)從負載側向(xiàng)電源側傳輸功率。
DC/DC轉換器也(yě)可以(yǐ)分(fēn)為自激式(shì)和他控式(shì)。借助(zhù)轉(zhuǎn)換(huàn)器(qì)本(běn)身(shēn)的(dí)正(zhèng)反饋信(xìn)號實現開關管自持周期(qī)性(xìng)開(kāi)關的轉換器,叫做自激式轉換(huàn)器(qì),如(rú)洛(luò)耶(yé)爾(Royer)轉換(huàn)器就是一種典型的推(tuī)挽自激式轉換(huàn)器(qì)。他控式(shì)DC/DC轉(zhuǎn)換器中(zhōng)的(dí)開(kāi)關器件(jiàn)控(kòng)製信號,是(shì)由外部(bù)專(zhuān)門的(dí)控製(zhì)電(diàn)路產生的。
開關電源(yuán)
按照(zhào)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)條件(jiàn),DC/DC轉(zhuǎn)換器(qì)又可以分為硬開(kāi)關(guān)(Hard Switching)和(hé)軟(ruǎn)開(kāi)關(Soft Switching)兩種。硬(yìng)開(kāi)關DC/DC轉(zhuǎn)換器的開關器件(jiàn)是(shì)在(zài)承受電壓或(huò)流過電流(liú)的情(qíng)況下,開通(tōng)或(huò)關(guān)斷(duàn)電(diàn)路的(dí),因(yīn)此在(zài)開通或(huò)關斷過程(chéng)中將(jiāng)會(huì)產生(shēng)較大的(dí)交疊損耗,即(jí)所謂的開關損耗(Switching loss)。當轉換(huàn)器的工(gōng)作狀態一定(dìng)時(shí)開關損耗(hào)也(yě)是(shì)一(yī)定的,而且開關頻(pín)率越高(gāo),開關損耗(hào)越大,同時(shí)在(zài)開關過程中(zhōng)還會激起電路(lù)分布(bù)電(diàn)感和寄(jì)生 電容(róng)的振蕩(dàng),帶來附(fù)加損耗,因此(cǐ),硬開(kāi)關DC/DC轉(zhuǎn)換(huàn)器的開關頻(pín)率不(bù)能太高。軟開關(guān)DC/DC轉換(huàn)器的開(kāi)關管,在(zài)開通或(huò)關(guān)斷過(guò)程中,或(huò)是加於其上的(dí)電(diàn)壓(yā)為(wéi)零,即(jí)零電(diàn)壓開關(Zero-Voltage-Switching,ZVS),或是通過(guò)開關管的(dí)電流(liú)為零,即零電流開關(guān)(Zero-Current·Switching,ZCS)。這種軟(ruǎn)開關方式可(kě)以顯著(zhù)地減(jiǎn)小(xiǎo)開關(guān)損耗(hào),以及開關過程(chéng)中(zhōng)激起(qǐ)的(dí)振(zhèn)蕩(dàng),使(shǐ)開關頻率可以大幅度提(tí)高,為轉換器的小(xiǎo)型化(huà)和(hé)模塊化創(chuàng)造(zào)了條(tiáo)件。功率場效應(yīng)管(MOSFET)是(shì)應用(yòng)較多的(dí)開(kāi)關(guān)器件,它有較(jiào)高的(dí)開關速度,但同時也有較大(dà)的寄生(shēng)電容。它關斷時,在(zài)外電(diàn)壓的作(zuò)用下, 其寄生電(diàn)容(róng)充(chōng)滿電(diàn),如果在其(qí)開通前(qián)不(bù)將這一(yī)部(bù)分(fēn)電(diàn)荷(hé)放掉,則(zé)將(jiāng)消耗(hào)於(yú)器件(jiàn)內部(bù),這就(jiù)是容性開(kāi)通損耗。為了(liǎo)減小或(huò)消(xiāo)除這種(zhǒng)損耗,功率場效(xiào)應管宜采(cǎi)用(yòng)零(líng)電(diàn)壓(yā)開通方式(ZVS)。絕(jué)緣柵(zhà)雙極性晶體(tǐ)管(guǎn)(Insulated Gate Bipolar tansistor,IGBT)是一種復(fù)合(hé)開關器件,關(guān)斷時(shí)的電流(liú)拖尾會導(dǎo)致(zhì)較大的關(guān)斷損(sǔn)耗,如果在(zài)關斷前使流過(guò)它(tā)的電流降(jiàng)到零(líng),則可(kě)以顯(xiǎn)著地降低開關(guān)損(sǔn)耗,因此(cǐ)IGBT宜(yí)采(cǎi)用零(líng)電(diàn)流(liú)(ZCS
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