电源拓扑从入门到精通-2
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上期答案揭晓:
答案上图 c ,下图 a
小伙伴们答对了吗?
YTDFWANGWEI :我的笨办法:source,源的意思,就是提供电流。所以,只要是电流流出,就是source。不知道是否正确?
作者:
完全正确。
继续下一步讲解:
参考一下以下两个图:
sink 和 source 是在电路中经常出现的两个词。 Source = 源,比如电源,源总是提供能量的,中文教科书中称电流流出为拉电流,拉总是拉出,没有拉进的。也就是流出。 Sink = 英文中叫水槽,槽里面的水总归是灌进去的,没有说灌出来的,也就是流进。 这两个概念是常用的,需正确理解。
继续 Boost,Boost在英文里是提高的意思,顾名思义,Boost拓扑就是升压,Boost电路的输出一定是大于输入的。照例我们先来认识一下Boost拓扑结构。
不难发现,电感在三节点中位于输入位置,这是判断Boost拓扑的简单方法。我们看一个实际例子,仍以MC34063为例,如图,很容易识别出这是升压电路,即Boost 拓扑。
先熟悉一下Boost电路输出电压公式:CCM工作模式时,Vout = Vin/(1-D),D为占空比
Boost的原理其实也不复杂,说原理少不了借助于波形图,如图:
1)MOS管Q1导通,电感一端被接地,输入电压对电感充电。 2)电感两端 = 输入电压 3)电感电流线性上升(电感电流不能突变) 4)MOS管关断,电感电压反向(为何?) 5)电感通过二极管向负载供电 周而复始,Boost原理也并不复杂。
其实 Boost 拓扑是非常常见的,用得最多的地方可能就是PFC(功率因素矫正),比如以下摘自Onsemi 的 datasheet的中的PFC电路。
用得更多的要数ST的 L6562,其实际电路如下:
以上两例不难识别 Boost 拓扑,其电感位置总是在三节点的输入端。
再来看看输出电压公式:Vout = Vin/(1-D)
从公式中可以看出随着占空比 D 的加大,1-D 趋近于 0,输出电压便越来越高,也就是 Boost 了。
但 D 是否可以无限加大以至于接近1呢?
答案是否定的,由于MOS管的非理想性、杂散电容的影响、及电感电容等各种损耗的关系,输出电压随占空比的上升到一定的值会下跌,最惨的情况会跌倒零。如图所示。通常占空比做到0.5左右基本差不多了。到0.75已经是极限了。
再次认识 Buck - Boost,如图,因为电感接地可知是 Buck - Boost。
Buck - Boost 的输出如何既能高于输入也能高于输出而不要改变电路?当占空比大于50%时输出高于输入,占空比小于50%时,输出低于输入。 Buck - Boost 其实很少实际使用在这两种状态,通常要么使用在Buck状态要门使用在Boost状态。Buck - Boost的最大贡献其实是由此演变出Flyback,俗称反激,而flyback是最常用的的一种拓扑,一般估计电源中70%是flyback,因此掌握flyback是非常必要的。
Buck - Boost 怎么会衍生出 flyback 的呢?
没人知道吧?呵呵,很简单的。 这是基本Buck - Boost
然后有人把电感 L 做双线并绕,成了这样,完全没问题吧。
然后把两组线圈分开也没问题吧,成了这样,看到没有,原边副边是绝缘的。
这MOS管放上面不太好控制啊,那就换个位置吧,同时把同名端换一下,于是成了这样
以下几个小问题估计99%网友不知道,先看这两个: 1)两个晶体三极管,一个PNP一个NPN,两个三极管的BVCBO(耐压)相同,两个三极管的HFE(放大倍数)相同,请问两个三极管的BVCEO是否一样?如果不一样,哪个耐压高? 2)晶体三极管的耐压是否与HFE有关?如果有关则HFE大的耐压高还是HFE低的耐压高?
看这个问题: 假如晶体三极管的耐压 BVCEO=400V,如图:
则这样接法CE 间的耐压大于400V吗?
如果B和E之间加一个电阻则CE间的耐压大于400V吗?
看这张图,以上几个问题一目了然。
(此处有参考文档,读者可自行在原帖下载)
以上两个问题看下图公式便知,BVCBO
和HFE一样的时,NPN的BVCEO比PNP管高。另外,HFE越大耐压越低。
认识一下标准的反激开关电源的基本组成,如图所示:
与基本拓扑相比仅仅增加了Rs、Cs、D2,这三个元器件起钳位作用,抑制由变压器漏感产生的尖峰电压,使MOS管的漏极电压VDS控制在一个合理的范围内,不至于因漏感尖峰电压造成MOS管的击穿。此电路加上电源、加上PWM信号就可工作了。至于反激电源的设计计算已经有太多的帖子了,暂时不多讨论了。
反激拓扑虽然广泛使用,据称开关电源中有70%是反激拓扑的开关电源,但反激拓扑也有其不足之处,反激不需要输出电感,全靠输出电容滤波,因此当输出电流大于10A时,所使用的电容容量逐渐成为巨无霸了,并且功率大于100W以后很多元器件的电流电压应力会越来越大,因此大功率大电流场合不得不舍弃反激,正所谓梁园虽好终非久留之地,选什么拓扑好呢?
—— “正激”粉墨登场。
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