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스위칭 전원 공급 장치의 20가지 유형의 토폴로지

2022-03-17 601

토폴로지란 무엇입니까? 소위 회로 토폴로지는 회로의 전력 장치와 전자기 구성 요소의 연결 방법이며 자기 구성 요소, 폐쇄 루프 보상 회로 및 기타 모든 회로 구성 요소의 설계는 토폴로지에 따라 다릅니다. 가장 기본적인 토폴로지는 벅, 부스트 및 부스트/벅, 절연 플라이백, 순방향, 푸시풀, 하프 브리지 및 풀 브리지 컨버터입니다.
스위칭 전원 공급 장치에는 약 14가지 공통 토폴로지가 있으며 각 토폴로지는 고유한 특성과 적용 사례가 있습니다. 선택 원리는 고전력인지 저전력인지, 고전압인지 저전압 출력인지, 부품 수가 적은지 여부를 확인하는 것입니다.
따라서 토폴로지를 적절하게 선택하기 위해서는 다양한 토폴로지의 장점과 단점, 적용 분야를 잘 아는 것이 매우 중요합니다. 잘못된 선택은 다이어트 설계를 처음부터 실패할 수밖에 없게 만듭니다. 다음은 시스템이 각 회로 구조의 작동 원리와 기본 특성을 익히는 데 도움이 되는 20가지 기본 스위칭 전원 공급 장치 토폴로지를 요약합니다.

20가지 스위칭 전원 공급 장치 토폴로지 비교

다음의 일반적인 기본 토폴로지: ■ 벅 스텝다운 ■ 부스트 부스트 ■ 벅-부스트 벅-부스트 ■ 플라이백 플라이백 ■ 순방향 순방향 여기 ■ 2-트랜지스터 순방향 이중 트랜지스터 순방향 ■ 푸시풀 푸시풀 ■ 하프 브리지 하프 브리지 ■ 풀 브리지 풀 브리지 ■ SEPIC ■ C'uk

기본 펄스 폭 변조 파형

이러한 토폴로지는 모두 스위칭 회로와 관련이 있으며 기본 펄스 폭 변조 파형은 다음과 같이 정의됩니다.

3、벅 降压

특징:
■ 입력을 더 낮은 전압으로 줄이십시오.
■ 아마도 가장 간단한 회로일 것입니다.
■ 인덕터/커패시터 필터는 스위칭 후 구형파를 평활화합니다.
■ 출력은 항상 입력보다 작거나 같습니다.
■ 불연속 입력 전류(쵸핑)
■ 부드러운 출력 전류

부스트 부스트

특징:
■ 입력을 더 높은 전압으로 높입니다.
■ 스텝다운과 동일하나 인덕터, 스위치, 다이오드가 재배열됩니다.
■ 출력비는 항상 입력비보다 크거나 같다(다이오드의 순방향 전압 강하 무시)
■ 입력 전류 평활화
■ 불연속 출력 전류(쵸핑)

벅-부스트 벅-부스트

특징:
■ 인덕터, 스위치, 다이오드의 다른 배치 방법
■ 벅 및 부스트 회로의 단점을 결합합니다.
■ 불연속 입력 전류(쵸핑)
■ 출력 전류도 불연속적입니다(쵸핑).
■ 출력은 항상 입력과 반대이지만(커패시터의 극성에 유의) 진폭은 입력보다 작거나 클 수 있습니다.
■ "플라이백" 컨버터는 실제로 벅-부스트 회로 절연(변압기 커플링) 형태입니다.

플라이백 플라이백

특징:
■ 벅-부스트 회로처럼 작동하지만 인덕터에는 변압기와 인덕터 역할을 하는 두 개의 권선이 있습니다.
■ 출력은 코일과 다이오드의 극성에 따라 양(+) 또는 음(-)이 될 수 있습니다.
■ 출력 전압은 변압기의 권선비에 따라 입력 전압보다 크거나 작을 수 있습니다.
■ 이것은 가장 간단한 분리형 토폴로지입니다.
■ 2차 권선 및 회로를 추가하여 다중 출력을 얻을 수 있습니다.

앞으로는 흥분된다

특징:
■ 강압 회로의 변압기 결합 형태.
■ 불연속적인 입력 전류와 원활한 출력 전류.
■ 트랜스포머를 사용하기 때문에 출력이 입력보다 크거나 작을 수 있으며 극성도 무관합니다.
■ 2차 권선 및 회로를 추가하여 다중 출력을 얻을 수 있습니다.
■ 변압기 코어는 각 스위칭 주기마다 자기를 제거해야 합니다. 일반적인 관행은 1차 권선과 동일한 권수로 권선을 추가하는 것입니다.
■ 스위치 온 단계 동안 1차 인덕터에 저장된 에너지는 스위치 오프 단계 동안 추가 권선과 다이오드를 통해 방출됩니다.

특징:■ 강압 회로의 변압기 결합 형태.■ 불연속적인 입력 전류와 원활한 출력 전류.■ 트랜스포머를 사용하기 때문에 출력이 입력보다 크거나 작을 수 있으며 극성도 무관합니다.■ 2차 권선 및 회로를 추가하여 다중 출력을 얻을 수 있습니다.■ 변압기 코어는 각 스위칭 주기마다 자기를 제거해야 합니다. 일반적인 관행은 1차 권선과 동일한 권수로 권선을 추가하는 것입니다.■ 스위치 온 단계 동안 1차 인덕터에 저장된 에너지는 스위치 오프 단계 동안 추가 권선과 다이오드를 통해 방출됩니다.

2-트랜지스터 포워드 더블 트랜지스터 포워드

특징:
■ 두 개의 스위치가 동시에 작동합니다.
■ 스위치가 꺼지면 변압기에 저장된 에너지가 1차측의 극성을 반전시켜 다이오드를 켭니다.주요 장점 :
■ 각 스위치의 전압은 입력 전압을 초과하지 않습니다.
■ 와인딩 트랙을 재설정할 필요가 없습니다.

푸시-풀 푸시-풀

특징:
■ 스위치(FET)는 다양한 위상을 구동하고 펄스 폭 변조(PWM)를 수행하여 출력 전압을 조정합니다.
■ 두 반주기 모두에서 변압기 코어-전력 전송의 우수한 활용률.
■ 전파 토폴로지이므로 출력 리플 주파수가 변압기의 두 배입니다.
■ FET에 인가되는 전압은 입력 전압의 2배입니다.

하프 브리지 하프 브리지

특징:
■ 고전력 컨버터의 토폴로지 구조는 매우 일반적으로 사용됩니다.
■ 스위치(FET)는 다양한 위상을 구동하고 펄스 폭 변조(PWM)를 수행하여 출력 전압을 조정합니다.
■ 두 반주기 모두에서 변압기 코어-전력 전송의 우수한 활용률. 그리고 1차 권선의 활용률이 푸시풀 회로의 활용률보다 좋습니다.
■ 전파 토폴로지이므로 출력 리플 주파수가 변압기의 두 배입니다.
■ FET에 인가되는 전압은 입력 전압과 동일합니다.

풀 브리지 브리지

특징:
■ 가장 일반적으로 사용되는 고전력 변환기 토폴로지입니다.
■ 스위치(FET)는 대각선 쌍 형태로 구동되며, 출력 전압을 조절하기 위해 펄스 폭 변조(PWM)가 수행됩니다.
■ 두 반주기 모두에서 변압기 코어-전력 전송의 우수한 활용률.
■ 전파 토폴로지이므로 출력 리플 주파수가 변압기의 두 배입니다.
■ FET에 인가되는 전압은 입력 전압과 동일합니다.
■ 주어진 전력에서 1차 전류는 하프 브리지의 절반입니다.

SEPIC 단일 종단 1차 인덕터 컨버터

특징:
■ 출력 전압은 입력 전압보다 높거나 낮을 수 있습니다.
■ 부스트 회로와 마찬가지로 입력 전류는 부드럽지만 출력 전류는 불연속적입니다.
■ 에너지는 커패시터를 통해 입력에서 출력으로 전달됩니다.
■ 두 개의 인덕터가 필요합니다.

C'uk (Slobodan C'uk의 특허)

특징:
■ 출력 반전
■ 출력 전압의 진폭은 입력 전압의 진폭보다 크거나 작을 수 있습니다.
■ 입력 전류와 출력 전류가 모두 원활합니다.
■ 에너지는 커패시터를 통해 입력에서 출력으로 전달됩니다.
■ 두 개의 인덕터가 필요합니다.
■ 인덕터를 결합하여 제로 리플 인덕터 전류를 얻을 수 있습니다.

순회 작업의 세부 사항

다음 토폴로지의 작업 세부정보를 설명하세요.
■ 강압 레귤레이터: 연속 전도, 임계 전도 및 불연속 전도.
■ 부스트 레귤레이터(연속 전도)
■ 변압기 운전
■ 플라이백 변압기
■ 순방향 변압기

벅-벅 레귤레이터-연속 전도

특징:
■ 인덕터 전류는 연속적입니다.
■ Vout은 입력 전압(V1)의 평균값입니다.
■ 출력전압은 입력전압에 스위치의 부하율(D)을 곱한 값입니다.
■ 스위치를 켜면 인덕터 전류가 배터리 밖으로 흐릅니다.
■ 스위치가 꺼지면 다이오드에 전류가 흐릅니다.
■ 스위치와 인덕터의 손실을 무시하면 D는 부하 전류와 아무 관련이 없습니다.
■ 벅 조정기 및 파생 회로의 특징은 다음과 같습니다.입력 전류는 불연속적(쵸핑)이고 출력 전류는 연속적(평활화)입니다.

벅-벅 레귤레이터에 중요한 전도

■ 인덕터 전류는 여전히 연속적이지만 스위치를 다시 켜면 0에 "도달"하는데, 이를 "임계 전도"라고 합니다. 출력 전압은 여전히 입력 전압에 d를 곱한 것과 같습니다.

벅-벅 레귤레이터-불연속 전도

■ 이 경우 인덕터의 전류는 각 사이클의 일정 시간 동안 0입니다.
■ 출력 전압은 여전히 (항상) v1의 평균값입니다.
■ 출력전압은 입력전압에 스위치의 부하율(D)을 곱한 값이 아닙니다.
■ 부하 전류가 임계값보다 낮으면 D는 부하 전류에 따라 변경됩니다(Vout은 동일하게 유지됨).

부스트 레귤레이터

■ 출력 전압은 항상 입력 전압보다 크거나 같습니다.
■ 연속 입력 전류 및 불연속 출력 전류(벅 레귤레이터와 반대).
■ 출력 전압과 부하율(D) 사이의 관계는 벅 레귤레이터만큼 간단하지 않습니다. 연속 전도의 경우:

이 예에서는 Vin = 5, Vout = 15, D = 2/3입니다. Vout = 15, D = 2/3.

변압기의 작동(1차 인덕터의 기능 포함)

■ 변압기는 이상적인 변압기로 간주되며, 1차(자화) 인덕턴스는 1차와 병렬로 연결됩니다.

플라이백 변압기

■여기서 1차 인덕턴스는 매우 낮으며 이는 피크 전류와 저장 에너지를 결정하는 데 사용됩니다. 1차 스위치가 꺼지면 에너지가 2차 스위치로 전달됩니다.

순방향 순방향 변환기 변압기

■ 에너지를 저장할 필요가 없기 때문에 1차 인덕턴스가 높습니다.
■ 자화 전류(i1)는 XNUMX차 스위치가 꺼진 후 "자화 인덕터"로 흘러 자기 코어를 감자(역전압)시킵니다.

개요

■ 여기서는 스위칭 전력 변환에서 가장 일반적인 회로 토폴로지를 검토합니다.
■ 그 밖에도 다양한 토폴로지가 있지만 대부분은 여기에 설명된 토폴로지를 조합하거나 변형한 것입니다.
■ 각 토폴로지에는 고유한 설계 장단점이 있습니다.1) 스위치에 인가되는 전압2) 입력 및 출력 전류를 자르고 평활화3) 권선의 활용률
■ 최상의 토폴로지를 선택하려면 조사가 필요합니다.1) 입력 및 출력 전압 범위2) 전류 범위3) 가격 대비 성능, 크기 대비 무게 비율

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