開(kāi)關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
為適應(yīng)不同的輸出功率,開(kāi)關(guān)電源有各種的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):Boost結(jié)構(gòu)、Buck結(jié)構(gòu)、反激(Flyback)結(jié)構(gòu)等。
Boost 結(jié)構(gòu):
Boost 結(jié)構(gòu)是一種 DC-DC 升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),用于將輸入電壓提升到比輸入電壓更高的輸出電壓。Boost 結(jié)構(gòu)的基本原理是利用一個(gè)開(kāi)關(guān)管、一個(gè)電感器和一個(gè)電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存和輸出。其工作原理如下:
當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí),電感器儲(chǔ)存能量,同時(shí)電容器充電。
當(dāng)開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí),電感器釋放儲(chǔ)存的能量,使得電流繼續(xù)流動(dòng),從而提供輸出電流。
通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通比例,可以調(diào)整輸出電壓。
Boost 結(jié)構(gòu)適用于需要將輸入電壓升壓的應(yīng)用,例如電動(dòng)車(chē)電池管理系統(tǒng)、太陽(yáng)能充電器等。
Buck 結(jié)構(gòu):
Buck 結(jié)構(gòu)是一種 DC-DC 降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),用于將輸入電壓降低到比輸入電壓更低的輸出電壓。Buck 結(jié)構(gòu)的基本原理是利用一個(gè)開(kāi)關(guān)管、一個(gè)電感器和一個(gè)電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存和輸出。其工作原理如下:
當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí),電感器儲(chǔ)存能量,電容器放電。
當(dāng)開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí),電感器釋放儲(chǔ)存的能量,使得電流繼續(xù)流動(dòng),從而提供輸出電流。
通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通比例,可以調(diào)整輸出電壓。
Buck 結(jié)構(gòu)適用于需要將輸入電壓降壓的應(yīng)用,例如手機(jī)充電器、電腦電源等。
反激(Flyback)結(jié)構(gòu):
反激結(jié)構(gòu)是一種隔離式電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),可實(shí)現(xiàn)降壓或升壓功能,同時(shí)提供隔離保護(hù)。反激結(jié)構(gòu)使用一個(gè)開(kāi)關(guān)管、一個(gè)變壓器和一個(gè)電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存和輸出。其工作原理如下:
當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí),電感器儲(chǔ)存能量,電容器充電,同時(shí)變壓器的一側(cè)產(chǎn)生電壓。
當(dāng)開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí),電容器釋放儲(chǔ)存的能量,電感器產(chǎn)生反向電壓,使得變壓器的另一側(cè)產(chǎn)生輸出電壓。
通過(guò)變壓器的變比,可以調(diào)整輸出電壓的大小。
本文都是根據(jù)接連電流模式(CCM)來(lái)討論的。
開(kāi)關(guān)電源的Boost(StepUp)升壓電路先來(lái)看看Boost電路原理圖,如圖所示:
現(xiàn)在來(lái)講講開(kāi)關(guān)電源的電路工作原理:Boost電路即升壓電路,當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí),能量從輸入電源流入儲(chǔ)存于電感L1中,此刻二極管D1反偏,負(fù)載由濾波電容C1供給能量,將C1中儲(chǔ)存的電能(C1V02/2)釋放給負(fù)載R1。
當(dāng)Q1截止時(shí),電感L1中電流不能突變,此刻二極管D1導(dǎo)通,電感中儲(chǔ)存的能量(L1I2/2)經(jīng)二極管D1,流入電容C1,并供給負(fù)載R1。依據(jù)電感的伏秒平衡,在一個(gè)周期內(nèi)電感的伏秒乘積和為零。如果Q1導(dǎo)通時(shí)間Ton越大,那么Q1截止時(shí)提供給負(fù)載的電壓就會(huì)越大。下面通過(guò)具體的計(jì)算來(lái)加深了解:根據(jù)伏秒平衡有式(2-2)、(2-3)
Buck(StepDown)降壓電路
同樣先來(lái)看看電路圖,如圖所示:
開(kāi)關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)
不同的開(kāi)關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)各有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),下面我將詳細(xì)介紹一下:
1. Boost 結(jié)構(gòu):
- 優(yōu)點(diǎn):
- 能夠?qū)崿F(xiàn)輸入電壓向上的升壓轉(zhuǎn)換,使得該結(jié)構(gòu)適用于需要提高電壓的應(yīng)用場(chǎng)景。
- 輸出電壓可以比輸入電壓高,適合于需要較高輸出電壓的應(yīng)用。
- 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本較低。
- 缺點(diǎn):
- 輸出電流的穩(wěn)定性相對(duì)較差,因此在要求高穩(wěn)定性的應(yīng)用中可能不太適用。
- 效率隨著輸出電壓升高而下降,因此在大幅升壓的情況下,效率可能會(huì)受到影響。
2. Buck 結(jié)構(gòu):
- 優(yōu)點(diǎn):
- 能夠?qū)崿F(xiàn)輸入電壓向下的降壓轉(zhuǎn)換,使得該結(jié)構(gòu)適用于需要降低電壓的應(yīng)用場(chǎng)景。
- 輸出電壓一般比輸入電壓低,適合于需要較低輸出電壓的應(yīng)用。
- 效率相對(duì)較高,特別是在較大的輸入輸出電壓差情況下。
- 缺點(diǎn):
- 輸入電流的波動(dòng)會(huì)傳遞到輸出端,因此對(duì)輸入電流的要求較高。
- 光滑性相對(duì)較差,需要配合降壓電感和輸出電容來(lái)處理輸出波紋。
3. 反激(Flyback)結(jié)構(gòu):
- 優(yōu)點(diǎn):
- 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,適用于低功率隔離電源的場(chǎng)景。
- 高頻變壓器可以實(shí)現(xiàn)隔離和電壓變換功能,適用于需要隔離保護(hù)的應(yīng)用。
- 可以在一個(gè)變壓器中實(shí)現(xiàn)多路輸出。
- 缺點(diǎn):
- 由于變壓器的存在,輸入輸出電壓比較受限。
- 對(duì)于大功率電源來(lái)說(shuō),變壓器尺寸會(huì)比較大。
- 輸出電壓波動(dòng)較大,對(duì)輸出負(fù)載的變化比較敏感。
通過(guò)了解每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn),可以更好地根據(jù)不同的應(yīng)用需求選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),以達(dá)到最佳的性能和效果。
審核編輯:黃飛
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