โทโพโลยีการสลับแหล่งจ่ายไฟยี่สิบประเภท

หน้าแรก ข่าว ไฮไลท์รายวัน โทโพโลยีการสลับแหล่งจ่ายไฟยี่สิบประเภท

2022-03-17 604

โทโพโลยีคืออะไร? โทโพโลยีวงจรที่เรียกว่าเป็นวิธีการเชื่อมต่อของอุปกรณ์กำลังและส่วนประกอบแม่เหล็กไฟฟ้าในวงจร และการออกแบบส่วนประกอบแม่เหล็ก วงจรชดเชยวงปิด และส่วนประกอบวงจรอื่น ๆ ทั้งหมดขึ้นอยู่กับโทโพโลยี โทโพโลยีพื้นฐานที่สุดคือ บั๊ก, บูสต์และบูสต์/บัค, ฟลายแบ็คแบบแยก, ฟอร์เวิร์ด, พุช-พูล, ฮาล์ฟบริดจ์ และฟูลบริดจ์คอนเวอร์เตอร์
มีโทโพโลยีทั่วไปของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งประมาณ 14 แบบ ซึ่งแต่ละแบบมีลักษณะเฉพาะและโอกาสที่ใช้งานได้ หลักการเลือกคือการดูว่าเป็นกำลังสูงหรือกำลังต่ำ แรงดันไฟฟ้าสูงหรือแรงดันไฟฟ้าต่ำ และมีส่วนประกอบน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญมากที่จะต้องคุ้นเคยกับข้อดี ข้อเสีย และขอบเขตการใช้งานของโทโพโลยีต่างๆ เพื่อเลือกโทโพโลยีอย่างเหมาะสม ทางเลือกที่ผิดจะทำให้การออกแบบอาหารถึงวาระที่จะล้มเหลวตั้งแต่ต้น ต่อไปนี้จะสรุปโทโพโลยีการจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งพื้นฐาน 20 รายการเพื่อช่วยให้ระบบเชี่ยวชาญหลักการทำงานและคุณลักษณะพื้นฐานของแต่ละโครงสร้างวงจร

การเปรียบเทียบโทโพโลยีพาวเวอร์ซัพพลายแบบสวิตชิ่ง 20 แบบ

โทโพโลยีพื้นฐานทั่วไปของ: ■ บั๊กสเต็ปดาวน์ ■ Boost boost ■ บั๊ก-บูสต์ บั๊ก-บูสต์ ■ Flyback flyback ■ กระตุ้นไปข้างหน้า ■ ทรานซิสเตอร์สองตัว ไปข้างหน้าทรานซิสเตอร์คู่ไปข้างหน้า ■ Push-Pull push-pull ■ Half Bridge Half Bridge ■ Full Bridge สะพานเต็ม ■ SEPIC ■ C'uk

รูปคลื่นการมอดูเลตความกว้างพัลส์พื้นฐานของ

โทโพโลยีเหล่านี้ล้วนเกี่ยวข้องกับวงจรสวิตชิ่ง และรูปคลื่นมอดูเลตความกว้างพัลส์พื้นฐานมีการกำหนดไว้ดังนี้:

三、บัค 降压

สิ่งอำนวยความสะดวก:
■ ลดอินพุตให้มีแรงดันไฟฟ้าต่ำลง
■ อาจเป็นวงจรที่ง่ายที่สุด
■ ตัวกรองตัวเหนี่ยวนำ/ตัวเก็บประจุจะทำให้คลื่นสี่เหลี่ยมเรียบหลังจากการสลับ
■ เอาต์พุตจะน้อยกว่าหรือเท่ากับอินพุตเสมอ
■ กระแสอินพุตไม่ต่อเนื่อง (สับ)
■ กระแสเอาต์พุตที่ราบรื่น

เพิ่มพลัง

สิ่งอำนวยความสะดวก:
■ เพิ่มอินพุตให้มีแรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น
■ เช่นเดียวกับสเต็ปดาวน์ แต่ตัวเหนี่ยวนำ สวิตช์ และไดโอดถูกจัดเรียงใหม่
■ อัตราส่วนเอาต์พุตจะมากกว่าหรือเท่ากับอินพุตเสมอ (โดยไม่สนใจแรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าของไดโอด)
■ ป้อนข้อมูลให้เรียบในปัจจุบัน
■ กระแสเอาต์พุตไม่ต่อเนื่อง (สับ)

บั๊ก-บูสต์ บั๊ก-บูสต์

สิ่งอำนวยความสะดวก:
■ วิธีการจัดเรียงตัวเหนี่ยวนำ สวิตช์ และไดโอดอีกวิธีหนึ่ง
■ รวมข้อเสียของวงจรบั๊กและบูสต์เข้าไว้ด้วยกัน
■ กระแสอินพุตไม่ต่อเนื่อง (สับ)
■ กระแสเอาท์พุตก็ไม่ต่อเนื่องเช่นกัน (สับ)
■ เอาต์พุตจะอยู่ตรงข้ามกับอินพุตเสมอ (สังเกตขั้วของตัวเก็บประจุ) แต่แอมพลิจูดอาจเล็กกว่าหรือใหญ่กว่าอินพุตก็ได้
■ จริงๆ แล้วตัวแปลง "Flyback" อยู่ในรูปแบบของการแยกวงจรบั๊กบูสต์ (ข้อต่อหม้อแปลง)

ฟลายแบ็ค ฟลายแบ็ค

สิ่งอำนวยความสะดวก:
■ ทำงานเหมือนวงจรบั๊กบูสต์ แต่ตัวเหนี่ยวนำมีขดลวดสองเส้น ซึ่งทำหน้าที่เป็นทั้งหม้อแปลงไฟฟ้าและตัวเหนี่ยวนำ
■ เอาต์พุตอาจเป็นค่าบวกหรือลบก็ได้ โดยพิจารณาจากขั้วของคอยล์และไดโอด
■ แรงดันไฟขาออกอาจมีขนาดใหญ่หรือเล็กกว่าแรงดันไฟเข้า ซึ่งถูกกำหนดโดยอัตราส่วนรอบของหม้อแปลงไฟฟ้า
■ นี่คือโทโพโลยีแยกเดี่ยวที่ง่ายที่สุด
■ สามารถรับเอาต์พุตหลายตัวได้โดยการเพิ่มขดลวดทุติยภูมิและวงจร

ข้างหน้ารู้สึกตื่นเต้น

สิ่งอำนวยความสะดวก:
■ รูปแบบการเชื่อมต่อหม้อแปลงของวงจรสเต็ปดาวน์
■ กระแสอินพุตไม่ต่อเนื่องและกระแสเอาต์พุตที่ราบรื่น
■ เนื่องจากใช้หม้อแปลงไฟฟ้า เอาต์พุตอาจมีขนาดใหญ่หรือเล็กกว่าอินพุต และอาจมีขั้วใดก็ได้
■ สามารถรับเอาต์พุตหลายตัวได้โดยการเพิ่มขดลวดทุติยภูมิและวงจร
■ แกนหม้อแปลงจะต้องถูกล้างอำนาจแม่เหล็กในแต่ละรอบการสวิตชิ่ง แนวทางปฏิบัติทั่วไปคือการเพิ่มการพันขดลวดโดยมีจำนวนรอบเท่ากับการพันขดลวดปฐมภูมิ
■ พลังงานที่เก็บไว้ในตัวเหนี่ยวนําปฐมภูมิระหว่างเฟสการเปิดสวิตช์จะถูกปล่อยออกมาผ่านขดลวดและไดโอดเพิ่มเติมในระหว่างเฟสการปิดสวิตช์

สิ่งอำนวยความสะดวก:■ รูปแบบการเชื่อมต่อหม้อแปลงของวงจรสเต็ปดาวน์■ กระแสอินพุตไม่ต่อเนื่องและกระแสเอาต์พุตที่ราบรื่น■ เนื่องจากใช้หม้อแปลงไฟฟ้า เอาต์พุตอาจมีขนาดใหญ่หรือเล็กกว่าอินพุต และอาจมีขั้วใดก็ได้■ สามารถรับเอาต์พุตหลายตัวได้โดยการเพิ่มขดลวดทุติยภูมิและวงจร■ แกนหม้อแปลงจะต้องถูกล้างอำนาจแม่เหล็กในแต่ละรอบการสวิตชิ่ง แนวทางปฏิบัติทั่วไปคือการเพิ่มการพันขดลวดโดยมีจำนวนรอบเท่ากับการพันขดลวดปฐมภูมิ■ พลังงานที่เก็บไว้ในตัวเหนี่ยวนําปฐมภูมิระหว่างเฟสการเปิดสวิตช์จะถูกปล่อยออกมาผ่านขดลวดและไดโอดเพิ่มเติมในระหว่างเฟสการปิดสวิตช์

ทรานซิสเตอร์สองตัวเดินหน้า ทรานซิสเตอร์คู่ไปข้างหน้า

สิ่งอำนวยความสะดวก:
■ สวิตช์สองตัวทำงานพร้อมกัน
■ เมื่อปิดสวิตช์ พลังงานที่เก็บไว้ในหม้อแปลงจะกลับขั้วของพลังงานหลักและเปิดไดโอดข้อได้เปรียบหลัก:
■ แรงดันไฟฟ้าบนสวิตช์แต่ละตัวจะไม่เกินแรงดันไฟฟ้าขาเข้า
■ ไม่จำเป็นต้องรีเซ็ตเส้นทางคดเคี้ยว

ดัน-ดึง ดัน-ดึง

สิ่งอำนวยความสะดวก:
■ สวิตช์ (FET) ขับเคลื่อนเฟสต่างๆ และทำการมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PWM) เพื่อปรับแรงดันเอาต์พุต
■ อัตราส่วนการใช้ประโยชน์ของการส่งกำลังแกนหม้อแปลงไฟฟ้าที่ดีในทั้งสองครึ่งรอบ
■ โทโพโลยีแบบคลื่นเต็ม ดังนั้นความถี่กระเพื่อมเอาท์พุตจึงเป็นสองเท่าของความถี่ของหม้อแปลง
■ แรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับ FET เป็นสองเท่าของแรงดันไฟฟ้าขาเข้า

ครึ่งสะพาน ครึ่งสะพาน

สิ่งอำนวยความสะดวก:
■ โครงสร้างโทโพโลยีของตัวแปลงพลังงานที่สูงกว่ามักใช้กันมาก
■ สวิตช์ (FET) ขับเคลื่อนเฟสต่างๆ และทำการมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PWM) เพื่อปรับแรงดันเอาต์พุต
■ อัตราส่วนการใช้ประโยชน์ของการส่งกำลังแกนหม้อแปลงไฟฟ้าที่ดีในทั้งสองครึ่งรอบ และอัตราส่วนการใช้ประโยชน์ของขดลวดปฐมภูมินั้นดีกว่าวงจรพุชพูล
■ โทโพโลยีแบบคลื่นเต็ม ดังนั้นความถี่กระเพื่อมเอาท์พุตจึงเป็นสองเท่าของความถี่ของหม้อแปลง
■ แรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับ FET เท่ากับแรงดันไฟฟ้าขาเข้า

สะพานเต็มสะพาน

สิ่งอำนวยความสะดวก:
■ โทโพโลยีที่ใช้กันมากที่สุดของตัวแปลงกำลังที่สูงกว่า
■ สวิตช์ (FET) ถูกขับเคลื่อนในรูปแบบของคู่แนวทแยง และมีการมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PWM) เพื่อควบคุมแรงดันเอาต์พุต
■ อัตราส่วนการใช้ประโยชน์ของการส่งกำลังแกนหม้อแปลงไฟฟ้าที่ดีในทั้งสองครึ่งรอบ
■ โทโพโลยีแบบคลื่นเต็ม ดังนั้นความถี่กระเพื่อมเอาท์พุตจึงเป็นสองเท่าของความถี่ของหม้อแปลง
■ แรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับ FET เท่ากับแรงดันไฟฟ้าขาเข้า
■ ที่กำลังที่กำหนด กระแสปฐมภูมิคือครึ่งหนึ่งของครึ่งบริดจ์

ตัวแปลงตัวเหนี่ยวนำหลักปลายเดียว SEPIC

สิ่งอำนวยความสะดวก:
■ แรงดันไฟขาออกอาจมากกว่าหรือน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าก็ได้
■ เช่นเดียวกับวงจรบูสต์ กระแสอินพุตจะราบรื่น แต่กระแสเอาต์พุตไม่ต่อเนื่อง
■ พลังงานถูกถ่ายโอนจากอินพุตไปยังเอาต์พุตผ่านตัวเก็บประจุ
■ ต้องใช้ตัวเหนี่ยวนำสองตัว

C 'uk (สิทธิบัตรของ Slobodan C 'uk)

สิ่งอำนวยความสะดวก:
■ การผกผันเอาต์พุต
■ แอมพลิจูดของแรงดันเอาต์พุตอาจมีขนาดใหญ่หรือเล็กกว่าแอมพลิจูดของอินพุต
■ ทั้งกระแสอินพุทและกระแสเอาท์พุตมีความราบรื่น
■ พลังงานถูกถ่ายโอนจากอินพุตไปยังเอาต์พุตผ่านตัวเก็บประจุ
■ ต้องใช้ตัวเหนี่ยวนำสองตัว
■ ตัวเหนี่ยวนำสามารถต่อพ่วงได้เพื่อให้ได้กระแสตัวเหนี่ยวนำริปเปิลเป็นศูนย์

รายละเอียดงานวงจร

อธิบายรายละเอียดการทำงานของโทโพโลยีต่อไปนี้:
■ อุปกรณ์ควบคุมแบบสเต็ปดาวน์: การนำต่อเนื่อง การนำวิกฤต และการนำไม่ต่อเนื่อง
■ บูสต์เรกูเลเตอร์ (การนำต่อเนื่อง)
■ การทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้า
■ หม้อแปลงฟลายแบ็ก
■ หม้อแปลงไปข้างหน้า

บั๊ก-บั๊กควบคุม-การนำอย่างต่อเนื่อง

สิ่งอำนวยความสะดวก:
■ กระแสไฟเหนี่ยวนำมีความต่อเนื่อง
■ Vout คือค่าเฉลี่ยของแรงดันไฟฟ้าขาเข้า (V1)
■ แรงดันไฟขาออกคือแรงดันไฟฟ้าขาเข้าคูณด้วยอัตราส่วนโหลด (D) ของสวิตช์
■ เมื่อเปิดสวิตช์ กระแสไฟเหนี่ยวนำจะไหลออกจากแบตเตอรี่
■ กระแสไหลผ่านไดโอดเมื่อสวิตช์ปิดอยู่
■ ละเว้นการสูญเสียในสวิตช์และตัวเหนี่ยวนำ และ D ไม่เกี่ยวข้องกับกระแสโหลด
■ ตัวควบคุมบั๊กและวงจรอนุพันธ์ของมันมีลักษณะเฉพาะโดย:กระแสอินพุตไม่ต่อเนื่อง (สับ) และกระแสเอาต์พุตต่อเนื่อง (เรียบ)

Buck-Buck ตัวควบคุม-การนำที่สำคัญ

■ กระแสไฟเหนี่ยวนำยังคงต่อเนื่อง แต่จะ "ถึง" ศูนย์เมื่อเปิดสวิตช์อีกครั้งเท่านั้น ซึ่งเรียกว่า "การนำกระแสวิกฤต" แรงดันไฟขาออกยังคงเท่ากับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าคูณด้วย d

ตัวควบคุม Buck-Buck-การนำไฟฟ้าไม่ต่อเนื่อง

■ ในกรณีนี้ กระแสไฟฟ้าในตัวเหนี่ยวนำจะเป็นศูนย์เป็นระยะเวลาหนึ่งในแต่ละรอบ
■ แรงดันไฟขาออกยังคงเป็นค่าเฉลี่ยของ v1 (เสมอ)
■ แรงดันไฟขาออกไม่ใช่แรงดันไฟฟ้าขาเข้าคูณด้วยอัตราส่วนโหลด (D) ของสวิตช์
■ เมื่อกระแสโหลดต่ำกว่าค่าวิกฤต D จะเปลี่ยนไปตามกระแสโหลด (ในขณะที่ Vout ยังคงเท่าเดิม)

ตัวควบคุมบูสต์

■ แรงดันไฟขาออกจะมากกว่า (หรือเท่ากับ) แรงดันไฟเข้าเสมอ
■ กระแสอินพุตต่อเนื่องและกระแสเอาต์พุตไม่ต่อเนื่อง (ตรงข้ามกับตัวควบคุมบั๊ก)
■ ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันเอาต์พุตและอัตราส่วนโหลด (D) นั้นไม่ง่ายเหมือนในตัวควบคุมบั๊ก ในกรณีที่มีการนำต่อเนื่อง:

ในตัวอย่างนี้ Vin = 5, Vout = 15 และ D = 2/3 โวต = 15, ดี = 2/3

การทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้า (รวมถึงหน้าที่ของตัวเหนี่ยวนำหลัก)

■ หม้อแปลงไฟฟ้าถือเป็นหม้อแปลงในอุดมคติ และการเหนี่ยวนำปฐมภูมิ (การทำให้เป็นแม่เหล็ก) เชื่อมต่อขนานกับหม้อแปลงหลัก

หม้อแปลงฟลายแบ็ค

■ในที่นี้ ค่าความเหนี่ยวนำปฐมภูมิมีค่าต่ำมาก ซึ่งใช้ในการกำหนดกระแสไฟฟ้าสูงสุดและพลังงานที่สะสมไว้ เมื่อปิดสวิตช์หลัก พลังงานจะถูกถ่ายโอนไปยังสวิตช์รอง

หม้อแปลงไฟฟ้าไปข้างหน้าไปข้างหน้าไปข้างหน้า

■ ค่าความเหนี่ยวนำปฐมภูมิมีค่าสูงเนื่องจากไม่จำเป็นต้องกักเก็บพลังงาน
■ กระแสแม่เหล็ก (i1) ไหลเข้าสู่ "ตัวเหนี่ยวนำแม่เหล็ก" เพื่อล้างอำนาจแม่เหล็กของแกนแม่เหล็ก (แรงดันย้อนกลับ) หลังจากปิดสวิตช์หลักแล้ว

สรุป

■ ในที่นี้ มีการตรวจสอบโทโพโลยีวงจรที่พบบ่อยที่สุดในการแปลงพลังงานแบบสวิตชิ่ง
■ มีโทโพโลยีอื่นๆ อีกมากมาย แต่ส่วนใหญ่เป็นการผสมผสานหรือการเปลี่ยนแปลงของโทโพโลยีที่อธิบายไว้ที่นี่
■ แต่ละโทโพโลยีมีการออกแบบที่ไม่ซ้ำใคร:1) แรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับสวิตช์2) การสับและทำให้กระแสอินพุตและเอาต์พุตราบรื่น3) อัตราส่วนการใช้ประโยชน์ของขดลวด
■ การเลือกโทโพโลยีที่ดีที่สุดจำเป็นต้องมีการวิจัย:1) ช่วงแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและขาออก2) ช่วงปัจจุบัน3) อัตราส่วนต้นทุนต่อประสิทธิภาพ ขนาดต่อน้ำหนัก

ข้อจำกัดความรับผิดชอบ: บทความนี้ทำซ้ำจาก "การออกแบบระบบไฟฟ้า" บทความนี้นำเสนอเฉพาะความคิดเห็นส่วนตัวของผู้เขียน และไม่ได้นำเสนอมุมมองของ Sacco Micro และอุตสาหกรรม มีไว้สำหรับการพิมพ์ซ้ำและแบ่งปันเพื่อสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิในทรัพย์สินทางปัญญาเท่านั้น โปรดระบุแหล่งที่มาต้นฉบับและผู้แต่งเมื่อพิมพ์ซ้ำ หากมีการละเมิดใด ๆ โปรดติดต่อเราเพื่อลบออก

Skor คว้าชัยชนะอีกครั้ง! ยอดวิววิดีโอวิทยาศาสตร์ยอดนิยมบน TikTok ของ Skor ทะลุ 1 ล้านวิวแล้ว

ผู้จัดการทั่วไป ซง ซื่อเฉียง มอบรางวัลให้แก่ หลิน หยวนฟาง พนักงานขายยอดเยี่ยม และทีมมังกรเสือ แผนกขายแรกของสลกอร์