電路結(jié)構(gòu)方式分類 | ||||||||||
按轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)方式分類 電源適配器按轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)方式分為非隔離型和隔離型。 1.非隔離型DC-DC轉(zhuǎn)換器 非隔離型DC-DC轉(zhuǎn)換器輸入和輸出共地,適合低壓直流電源適配器轉(zhuǎn)換的場合,包括降壓式、升壓式和升降壓式。非隔離型DC-DC轉(zhuǎn)換器的基本電路如圖所示。 圖非隔離型DC-DC轉(zhuǎn)換器的基本電路 在分析上述電路工作原理時(shí),為簡便起見,假定開關(guān)為理想開關(guān),電路中各元件的內(nèi)阻忽略不計(jì)。另外,輸入電壓為UI、輸出電壓為UO、電感和電容的值足夠大,流經(jīng)電感的電流與電容兩端電壓的紋波非常小。 1)降壓式轉(zhuǎn)換器 (1)工作原理 降壓式轉(zhuǎn)換器也稱Buck電路。其工作原理分解電路如圖所示。當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí),等效電路如圖(b)所示,電流見圖中標(biāo)注;VD因承受反壓而截止,電感L勵(lì)磁并存儲能量,電容CO開始充電。當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí),等效電路如圖(c)所示,電流見圖中標(biāo)注;VD承受正壓而導(dǎo)通,電感L消磁并釋放能量,電容CO開始放電。在以上兩種情形下,電感與負(fù)載的電流方向不變,但圖(b)過程電感電流線性增加,圖(c)過程電感電流線性減小。 圖降壓式轉(zhuǎn)換器分解電路 在換能電路中,如果負(fù)載太輕或電感L數(shù)值太小,在tON期間儲能不足,那么在tOFF還未結(jié)束時(shí)能量已放盡,將導(dǎo)致輸出電壓為零,會出現(xiàn)階梯臺階(參見第5章)。為了使輸出電壓的交流分量足夠小,CO的取值應(yīng)足夠大。換言之,只有在L和CO的取值足夠大時(shí),輸出電壓UO和負(fù)載電流IO才是連續(xù)的,L和CO的取值越大,UO的波形越平滑。 由于IO是UI通過開關(guān)管和LCO濾波電路輪流提供的,所以在通常情況下,脈動成分比線性穩(wěn)壓電源適配器要大一些,這是降壓式DC-DC轉(zhuǎn)換器的缺點(diǎn)之一。 (2)降壓公式 當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí),加在電感L兩端的電壓為(UI-UO)。這期間,電感L由電壓(UI-UO)勵(lì)磁并儲存能量,磁通的增加量為 當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí),由于電感電流不能突變,二極管變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。輸出電壓UO與開關(guān)導(dǎo)通時(shí)方向相反加到電感L上。這期間,電感L消磁并釋放能量,磁通的減少量為 在穩(wěn)態(tài)時(shí),電感L磁通的增加量與減少量相等。所謂“伏·秒相等原則”,即ΔφON=ΔφOFF,聯(lián)立式(1-2)和式(1-3),則降壓型轉(zhuǎn)換器的電壓變比M為 注:M=UO/UI(下同)。 因D≤1,則UO≤UI,故這種轉(zhuǎn)換器是降壓式轉(zhuǎn)換器。 2)升壓式轉(zhuǎn)換器 (1)電源適配器研發(fā)工作原理 升壓式轉(zhuǎn)換器也稱Boost電路。其工作原理分解電路如圖所示。當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí),等效電路如圖(b)所示,電流見圖中標(biāo)注;VD因承受反壓而截止,電感L勵(lì)磁并存儲能量,電容CO開始放電。當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí),等效電路如圖(c)所示,電流見圖中標(biāo)注;VD承受正壓而導(dǎo)通,電感L消磁并釋放能量,電容CO開始充電。在以上兩種情形下,負(fù)載的電流方向不變,但圖(b)過程電感電流線性增加,圖(c)過程電感電流線性減小。 圖升壓式轉(zhuǎn)換器分解電路 (2)升壓公式 當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí),輸入電壓UI加在電感L上。這期間,電感L由輸入電壓UI勵(lì)磁并儲存能量,磁通的增加量為 當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí),由于電感電流不能突變,二極管轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài),電壓(UO-UI)與開關(guān)導(dǎo)通時(shí)方向相反加到電感L上。這期間,電感L消磁并釋放能量,磁通的減少量為 在穩(wěn)態(tài)時(shí),電感L中磁通的增加量與減少量相等,即ΔφON=ΔφOFF,聯(lián)立式,則升壓型轉(zhuǎn)換器的電壓變比M為 因D≤1,則UO≥UI,故這種轉(zhuǎn)換器是升壓式轉(zhuǎn)換器。 3)升降壓式轉(zhuǎn)換器 (1)工作原理 升降壓式轉(zhuǎn)換器也稱Buck-Boost電路。其工作原理分解電路如圖(a)所示。當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí),等效電路如圖(b)所示,電流見圖中標(biāo)注;VD因承受反壓而截止,電感L勵(lì)磁并存儲能量,電容CO開始放電。當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí),等效電路如圖(c)所示,電流見圖中標(biāo)注;VD承受正壓而導(dǎo)通,電感L消磁并釋放能量,電容CO開始充電。在以上兩種情形下,負(fù)載的電流方向不變,但圖(b)過程電感電流線性增加,圖(c)過程電感電流線性減小。 圖升降壓式轉(zhuǎn)換器分解電路 (2)升降壓公式 當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí),輸入電壓UI加在電感L上。這期間,電感L由輸入電壓UI勵(lì)磁并儲存能量,磁通的增加量為 當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí),由于電感電流不能突變,二極管轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)。輸出電壓UO與開關(guān)導(dǎo)通時(shí)方向相反加到電感L上。這期間,電感L消磁并釋放能量,磁通的減少量為 在穩(wěn)態(tài)時(shí),電感L中磁通的增加量與減少量相等,即ΔφON=ΔφOFF,聯(lián)立式,則升降壓型轉(zhuǎn)換器的電壓變比M為 當(dāng)0≤D≤0.5時(shí),M≤1,當(dāng)0.5≤D≤1時(shí),M≥1,故這種轉(zhuǎn)換器是升降壓式轉(zhuǎn)換器。 非隔離型DC-DC轉(zhuǎn)換器的控制特性曲線如圖1-12所示。由特性曲線可知,通過控制開關(guān)的占空比D就可以改變輸出電壓的大小。對于這三類轉(zhuǎn)換器,也可以從能量的蓄積與釋放的觀點(diǎn)來說明其基本工作原理。電感勵(lì)磁就是蓄積能量,電感消磁就是釋放能量。因此,對于三類轉(zhuǎn)換器,當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí),來自電源適配器的能量蓄積在電感L上;當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí),蓄積在電感中的能量釋放給負(fù)載。由于它們是改變開關(guān)占空比來控制能量的蓄積與釋放,以獲得直流輸出的一種方式,因此也稱為儲能型(電感就是儲能元件)。
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| 發(fā)布時(shí)間:2019.05.22 來源:電源適配器廠家 |
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