推挽直直变换器与桥式直直变换器
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Uc3846详解大功率DC/DC变换器主电路拓扑有很多种,诸如双管正激式、推挽式、半桥式和全桥式等。
控制芯片的种类也非常多,主要分为电流控制型与电压控制型两大类。
电压控制型只对输出电压采样,作为反馈信号进行闭环控制,采用PWM技术调节输出电压,从控制理论的角度看,这是一种单环控制系统。
电流控制型是在电压控制型的基础上,增加一个电流负反馈环节,使其成为双环控制系统,从而提高了电源的性能。
根据对各种拓扑和控制方式的技术成熟程度,工程化实现难度,电气性能以及成本等指标的比较,本文选用半桥式DC/DC变换器作为主电路,电流型PWM控制芯片UC3846作为该系统的控制单元。
1 电压控制型脉宽调制器和电流控制型脉宽调制器[1]图1为电压控制型变换器的原理框图。
电源输出电压的采样反馈值Vf与参考电压Vr进行比较放大,得到误差信号Ve,它与锯齿波信号比较后,PWM比较器输出PWM控制信号,经驱动电路驱动开关管通断,产生高频方波电压,由高频变压器传输至副方,经整流滤波得到所需要的电压。
改变电压给定Vr,即可改变输出电压Vo。
图2为电流控制型变换器的原理框图。
恒频时钟脉冲置位R-S锁存器,输出高电平,开关管导通,变压器原边的电流线性增大,当电流在采样电阻Rs上的压降Vs达到Ve时,PWM比较器翻转,输出高电平,锁存器复位,驱动信号变低,开关管关断,直到下一个时钟脉冲使R-S锁存器置位。
电路就是这样逐个地检测和调节电流脉冲的。
当电源输入电压和/或负载发生变化时,两种控制类型的动态响应速度是不同的。
如果电压升高,则开关管的电流增长速度变快。
对电流控制型而言,只要电流脉冲一达到设定的幅值,脉宽比较器就动作,开关管关断,保证了输出电压的稳定。
对电压控制型而言,检测电路对电流的变化没有直接的反映,一直等到输出电压发生变化后才去调节脉宽,由于滤波电路的滞后效应,这种变化需要多个周期后才能表现出来,显然动态响应速度要慢得多,且输出电压的稳定性也受到一定的影响。
推挽全桥双向直流变换器的研究1 引言随着环境污染的日益严重和新能源的开发,双向直流变换器得到了越来越广泛的应用,像直流不停电电源系统,航天电源系统、电动汽车等场合都应用到了双向直流变换器。
越来越多的双向直流变换器拓扑也被提出,不隔离的双向直流变换器有Bi Buck/Boost、Bi Buck-Boost、Bi Cuk、 Bi Sepic-Zeta;隔离式的双向直流变换器有正激、反激、推挽和桥式等拓扑结构。
不同的拓扑对应于不同的应用场合,各有其优缺点。
推挽全桥双向直流变换器是由全桥拓扑加全波整流演变而来。
推挽侧为电流型,输入由蓄电池供给,全桥侧为电压型,输入接在直流高压母线上。
此双向直流变换器拓扑适用在电压传输比较大、传输功率较高的场合。
本文分析了推挽全桥双向直流变换器的工作原理,通过两种工作模式的分析,理论上证明了此拓扑实现能量双向流动的可行性,并对推挽侧开关管上电压尖峰形成原因进行了分析,提出了解决方法,在文章的最后给出了仿真波形和实验波形。
2工作原理图1为推挽全桥双向DC/DC变换器原理图。
图2给出了该变换器的主要波形。
变换器原副边的电气隔离是通过变压器来实现的,原边为电流型推挽电路,副边为全桥电路,该变换器有两种工作模式:(1)升压模式:在这种工作模式下S1 、S2 作为开关管工作; S3,S4 ,S5 ,S6 作为同步整流管工作,整流方式为全桥整流,这种整流方式适用于输出电压比较高,输出电流比较小的场合。
由于电感L 的存在 S1、S2 的占空比必须大于0.5。
(2)降压模式:在这种工作模式下 S3, S4, S5,S6 作为开关管工作,S1 、S2 作为同步整流管工作,整流方式为全波整流。
分析前,作出如下假设:所有开关管、二极管均为理想器件;所有电感、电容、变压器均为理想元件;,;2.1升压工作模式在升压工作模式下,原边输入为电流型推挽电路,副边输出为全桥整流电路。
S1 ,S2 作为开关管工作,S3 , S4, S5,S6 作为同步整流管工作。
利用推挽方式与同步整流技术实现直直变换器的设计1.引言开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关晶体管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源。
从上世纪90年代以来开关电源相继进入各种电子、电器设备领域,计算机、程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源。
随着电源技术的发展,低电压,大电流的开关电源因其技术含量高,应用广,越来越受到人们重视。
在开关电源中,正激式和反激式有电路拓扑结构简单,输入输出电气隔离等优点,广泛应用于中小功率电源变换场合。
与正、反激式相比,推挽式变换器变压器利用率高,输出功率较大,而且由于使用MOS管,基本不存在励磁不平衡的现象。
因此,一般认为推挽式变换器适用于低压,大电流,功率较大的场合。
2.基本推挽变换技术推挽式直直变换器的电路结构如图1(a)所示,波形如图1(b)所示。
推挽式逆变器将直流电压变换为交流方波加在高频变压器的原边,在隔离变压器的副边只有一个二极管压降。
当开关管S1 导通时,二极管D1 承受正压而导通,而D2 由于反向偏置而截止;因此,3 电路的设计3.1 主电路的设计开关电源的主电路拓扑结构如图2所示,详细参数如下:输入电压为12(1±10%)V,输出电压为24V,输出电流为12A,工作频率为33kHz。
主电路采用的是推挽型电路,主开关管用的是IRFP064N,在主电路上输入端有两个1000uF/50V并联的输入滤波电容,在输入的电路的正级接有一个2.2uH的输入滤波电感(电感取值与输出滤波电感一样)。
电路中变压器的设计跟一般变换器所用变压器设计类似,只需注意绕线方式和铜线选择,由于本变换器的电流过大,故采用多股细线并绕的方式。
反激式、正激式、推挽式、半桥式、全桥式开关电源优缺点反激式、正激式、推挽式、半桥式、全桥式开关电源的优点和缺点最近查了很多关于开关电源的资料,现在总结如下,以便日后的查阅,呵呵。
由于博文有字数的限制故分两部分发表,本文为第一部分为了表征各种电压或电流波形的好坏,一般都是拿电压或电流的幅值、平均值、有效值、一次谐波等参量互相进行比较。
在开关电源之中,电压或电流的幅值和平均值最直观,因此,我们用电压或电流的幅值与其平均值之比,称为脉动系数S ;也有人用电压或电流的有效值与其平均值之比,称为波形系数K 。
因此,电压和电流的脉动系数Sv 、Si 以及波形系数Kv 、Ki 分别表示为:Sv = Up/Ua ——电压脉动系数(1-84 )Si = Im/Ia ——电流脉动系数(1-85 )Kv =Ud/Ua ——电压波形系数(1-86 )Ki = Id/Ia ——电流波形系数(1-87 )上面 4 式中,Sv 、Si 、Kv 、Ki 分别表示:电压和电流的脉动系数S ,和电压和电流的波形系数K ,在一般可以分清楚的情况下一般都只写字母大写S 或K 。
脉动系数S 和波形系数K 都是表征电压或者电流好坏的指标,S 和K 的值,显然是越小越好。
S 和K 的值越小,表示输出电压和电流越稳定,电压和电流的纹波也越小。
反激式开关电源的优点和缺点1 反激式开关电源的电压和电流的输出特性要比正激式开关电源的差。
反激式开关电源在控制开关接通期间不向负载提供功率输出,仅在控制开关关断期间才把存储能量转化为反电动势向负载提供输出,但控制开关的占空比为0.5 时,变压器次级线圈输出的电压的平均值约等于电压最大值的的二分之一,而流过负载的电流正好等于变压器次级线圈最大电流的四分之一。
即电压脉动系数等于2 ,电流脉动系数等于 4 。
反激式开关电源的电压脉动系数,和正激式开关电源的脉动系数基本相同,但是电流的脉动系数是正激式开关电源的电流脉动系数的两倍。
UPS中的直流变换器和半桥逆变器及单相全桥逆变器的详细介绍逆变器在电路中常被使用,本文中,小编将对UPS中的逆变器予以介绍。
本文介绍内容包括直流变换器、半桥逆变器、单相全桥逆变器以及三相全桥逆变器等知识,如果你对逆变器相关内容具有兴趣,不妨在本文下述内容中进行探索哦。
一、直流变换器直流变换器是一种最简单最基本的逆变器电路,主要应用于后备式UPS 中,它分为自激式和它激式两种。
1、自激式推挽变换器图1 自激式直流推挽变换器图1(a)所示是自激式直流推挽变换器电路,所谓自激就是不用外来的触发信号,UPS就可以利用自激振荡的方式输出交流电压,其交流电压的波形为方波,如图1(b)所示的波形UN。
UN是当电源电压E为额定值时的输出情况(其中阴影部分除外)。
自激直流变换器电路主要用于对电压稳定度要求不高但不能断电的地方,如电冰箱、紧要照明用的白炽灯、高压钠灯和金属卤素灯等,供电条件差的农村居民也有不少采用了这种电路作不间断电源。
由于它的电路简单、价格便宜、可靠性高,故也很受欢迎。
该电路的工作原理如下:在时间t=t0加直流电压E,这时由于晶体管V1和V2的基极电压Ub1=Ub2=0,(1)所示二者不具备开启条件,但在它们的集电极和发射极之间却都有漏电流,如图中的I1和I2所示,且二电流在变压器绕组中的流动方向相反,由于器件的分散性,使得I1-I2=ΔI≠0,(2)这个差值电流ΔI就在绕组中产生一个磁通量,于是就在基极绕组中感应出电压Ub1和Ub2,由同名端的标志可以看出,这两个电压的极性是相反的,即一个Ub给晶体管基极加正电压,使其开通,另一个Ub给另一个晶体管基极加负压,使其进一步截止。
电路的设计正好是漏电流大的那一个晶体管基极所感应出的Ub给自己基极加正压,而漏电流小的那一个晶体管基极所加的是负压,基极加正压管子的集电极电流进一步增加,又进一步使它的基极电压增大,这样一个雪崩式的过程很快使该管(设为V1)电流达到饱和值,即V1集电极-发射极之间的压降UCE1=0,绕组N1和N2上的电压也达到了最大值UN1=UN2=E,此后由于磁芯进入饱和阶段,磁芯中磁通的变化量减小,各绕组感应的电压也相应减小,原来导通的管子由于集电极电流增大(磁芯饱和所致)和基极电流减小而脱离饱和区,使绕组感应的电压进一步减小,这样一个反变化过程使得V1雪崩式地截止而V2达到饱和,如图1(b)t1所示。
反激式、正激式、推挽式、半桥式、全桥式开关电源的优点和缺点反激式开关电源的优点和缺点反激变换器01反激式开关电源的电压和电流的输出特性要比正激式开关电源的差。
反激式开关电源在控制开关接通期间不向负载提供功率输出,仅在控制开关关断期间才把存储能量转化为反电动势向负载提供输出,但控制开关的占空比为0.5时,变压器次级线圈输出的电压的平均值约等于电压最大值的的二分之一,而流过负载的电流正好等于变压器次级线圈最大电流的四分之一。
即电压脉动系数等于2,电流脉动系数等于4。
反激式开关电源的电压脉动系数,和正激式开关电源的脉动系数基本相同,但是电流的脉动系数是正激式开关电源的电流脉动系数的两倍。
由此可知,反激式开关电源的电压和电流的输出特性要比正激式开关电源的差。
特别是,反激式开关电源使用的时候,为了防止电源开关管过压击,起占空比一般都小于0.5,此时,流过变压器次级线圈的电流会出现断续,电压和电流的脉动系数都会增加,其电压和电流的输出特性将会变得更差。
02反激式开关电源的瞬态控制特性相对来说比较差。
由于反激式开关电源仅在开关关断期间才向负载提供能量输出,当负载电流出现变化时,开关电源不能立即对输出电压或电流产生反应,而需要等到下一个周期事,通过输出电压取样和调宽控制电路的作用,开关电源才开始对已经过去了的事情进行反应,即改变占空比,因此,反激式开关电源的瞬态控制特性相对来说比较差。
有时,当负载电流变化的频率和相位与取样、调宽控制电路输出的电压的延时特性在相位保持一致的时候,反激式开关电源输出电压可能会产生抖动,这种情况在电视机的开关电源中最容易出现。
03反激式开关电源变压器初级和次级线圈的漏感都比较大,开关电源变压器的工作效率低。
反激式开关电源变压器的铁芯一般需要留一定的气隙,一方面是为了防止变压器的铁芯因流过变压器的初级线圈的电流过大,容易产生磁饱和。
另一方面是因为变压器的输出功率小,需要通过调整电压器的气隙和初级线圈的匝数,来调整变压器初级线圈的电感量的大小。