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直流变换的尾巴

2019/04/08
54
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清明时节雨纷纷,路上行人欲断魂~话说清明小长假已经结束了,大家过得是否充实。清明搬了一次家,大大小小十几个纸箱,四楼搬下,货车拉到新家楼下,搬上六楼,着实虚脱到怀疑人生。由于宽带还没装上,开着手机热点,伴着一杯清酒,让我们聊聊今天的那些事儿吧。
 
之前我们聊了有关 DC-DC 的不带隔离和带隔离的几个电路拓扑的基本结构和原理,然后又插播了一篇储能调峰的话题,今天我们继续把 DC-DC 最后的一点聊完,内容不尽完善,还望大家多包涵。
 
NO.1
半桥电路的基本电路拓扑如下:
 
 
工作过程:
S1 和 S2 交替导通,使变压器一次侧形成幅值为 Ui/2 的交流电压,改变开关占空比,就可以改变二次侧整流电压 ud 的平均值,也就改变了输出电压 Uo。
 
S1 导通时,二极管 VD1 处于导通状态,S2 导通时,二极管 VD2 处于导通状态,当两个开关都关断时,变压器绕组 N1 中的电流为零,VD1 和 VD2 都处于导通状态,各分担一半的电流。S1 或 S2 导通时,电感 L 的电流逐渐上升;两个开关都关断时,电感 L 的电流逐渐下降,S1 和 S2 断态时承受的峰值电压均为 Ui。
 
工作波形如下:
 
 
由于电容的隔直作用,半桥电路对由于两个开关导通时间不对称而造成的变压器一次侧电压的直流分量有自动平衡作用,因此不容易发生变压器的偏磁和直流磁饱和。
 
输出电压
滤波电感 L 的电流连续时,
 
Uo/Ui=(N2/N1)*(ton/T)
 
输出电感电流不连续,输出电压 Uo 将大于上式的计算值,并随着负载减小而升高,在负载为零的极限情况下
 
Uo=(N2/N1)*(Ui/2)
 
NO.2
全桥电路的基本电路拓扑如下:
 
 
全桥电路中,互为对角的两个开关同时导通,同一侧半桥上下两个开关交替导通,使变压器一次侧形成幅值 Ui 的交流电压,改变占空比就可以改变输出电压。
 
当 S1 与 S4 开通后,VD1 和 VD4 处于通态,电感 L 的电流逐渐上升;当 S2 与 S3 开通后,VD2 和 VD3 处于通态,电感 L 的电流也上
升。当 4 个开关都关断时,4 个二极管都处于通态,各分担一半的电感电流,电感 L 的电流逐渐下降,S1 和 S2 断态时承受的峰值电压均为 Ui。
 
工作波形如下:
 
 
如果 S1、S4 和 S2、S3 的导通时间不对称,那么交流电压 uT 中将包含有直流分量,会在变压器一次侧产生很大的直流分量,造成磁路饱和,因此全桥电路应注意避免电流直流分量的产生,也可在一次侧回路串联一个电容,以阻断直流电流。为了避免同一侧半桥中上下两开关同时导通,每个开关的占空比不能超过 50%,还应留有裕量。

 

输出电压
滤波电感电流连续时
 
Uo/Ui=(N2/N1)*(2ton/T)
 
输出电感电流不连续时,输出电压 Uo 将大于上式的计算值,并随负载减小而升高,在负载为零的极限情况下
 
Uo=(N2/N1)*Ui
 
 
NO.3
推挽电路的基本电路拓扑如下:
 
 
推挽电路中两个开关 S1 和 S2 交替导通,在绕组 N1 和 N1'两端分别形成相位相反的交流电压。
 
S1 导通时,二极管 VD1 处于通态,电感 L 的电流逐渐上升,S2 导通时,二极管 VD2 处于通态,电感 L 电流也逐渐上升。当两个开关都处于关断时,VD1 和 VD2 都处于通态,各分担一半的电流,S1 和 S2 断态时承受的峰值电压均为 2 倍 Ui。
 
工作波形如下:
 
 
如果 S1 和 S2 同时导通,就相当于变压器一次侧绕组短路,因此应该避免此情况发生,每个开关各自的占空比不能超过 50%,还要充分考虑死区时间。
 
输出电压
当滤波电感 L 的电流连续时
 
Uo/Ui=(N2/N1)*(2ton/T)
 
输出电感电流不连续时,输出电压 Uo 将大于上式的计算值,并随负载的减小而升高,在负载为零的极限情况下
 
Uo=(N2/N1)*Ui
 
最后附上几种电路拓扑优缺的对比
 
 

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公众号“功率半导体那些事儿”主笔,热衷于功率半导体行业,并且从事相关工作,喜欢关于相关行业的各种信息,知识和应用。珍惜时光,自由在高处。