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电路结构方式分类

按转换器的电路结构方式分类

电源适配器按转换器的电路结构方式分为非隔离型和隔离型。

1.非隔离型DC-DC转换器
非隔离型DC-DC转换器输入和输出共地,适合低压直流电源适配器转换的场合,包括降压式、升压式和升降压式。非隔离型DC-DC转换器的基本电路如图所示。

图非隔离型DC-DC转换器的基本电路

在分析上述电路工作原理时,为简便起见,假定开关为理想开关,电路中各元件的内阻忽略不计。另外,输入电压为UI、输出电压为UO、电感和电容的值足够大,流经电感的电流与电容两端电压的纹波非常小。

1)降压式转换器
(1)工作原理
降压式转换器也称Buck电路。其工作原理分解电路如图所示。当开关S闭合时,等效电路如图(b)所示,电流见图中标注;VD因承受反压而截止,电感L励磁并存储能量,电容CO开始充电。当开关S断开时,等效电路如图(c)所示,电流见图中标注;VD承受正压而导通,电感L消磁并释放能量,电容CO开始放电。在以上两种情形下,电感与负载的电流方向不变,但图(b)过程电感电流线性增加,图(c)过程电感电流线性减小。

图降压式转换器分解电路
在换能电路中,如果负载太轻或电感L数值太小,在tON期间储能不足,那么在tOFF还未结束时能量已放尽,将导致输出电压为零,会出现阶梯台阶(参见第5章)。为了使输出电压的交流分量足够小,CO的取值应足够大。换言之,只有在L和CO的取值足够大时,输出电压UO和负载电流IO才是连续的,L和CO的取值越大,UO的波形越平滑。

由于IO是UI通过开关管和LCO滤波电路轮流提供的,所以在通常情况下,脉动成分比线性稳压电源适配器要大一些,这是降压式DC-DC转换器的缺点之一。

(2)降压公式
当开关S闭合时,加在电感L两端的电压为(UI-UO)。这期间,电感L由电压(UI-UO)励磁并储存能量,磁通的增加量为

当开关S断开时,由于电感电流不能突变,二极管变为导通状态。输出电压UO与开关导通时方向相反加到电感L上。这期间,电感L消磁并释放能量,磁通的减少量为

在稳态时,电感L磁通的增加量与减少量相等。所谓“伏·秒相等原则”,即ΔφON=ΔφOFF,联立式(1-2)和式(1-3),则降压型转换器的电压变比M为

注:M=UO/UI(下同)。
因D≤1,则UO≤UI,故这种转换器是降压式转换器。

2)升压式转换器
(1)电源适配器研发工作原理
升压式转换器也称Boost电路。其工作原理分解电路如图所示。当开关S闭合时,等效电路如图(b)所示,电流见图中标注;VD因承受反压而截止,电感L励磁并存储能量,电容CO开始放电。当开关S断开时,等效电路如图(c)所示,电流见图中标注;VD承受正压而导通,电感L消磁并释放能量,电容CO开始充电。在以上两种情形下,负载的电流方向不变,但图(b)过程电感电流线性增加,图(c)过程电感电流线性减小。

图升压式转换器分解电路

(2)升压公式
当开关S闭合时,输入电压UI加在电感L上。这期间,电感L由输入电压UI励磁并储存能量,磁通的增加量为

当开关S断开时,由于电感电流不能突变,二极管转为导通状态,电压(UO-UI)与开关导通时方向相反加到电感L上。这期间,电感L消磁并释放能量,磁通的减少量为

在稳态时,电感L中磁通的增加量与减少量相等,即ΔφON=ΔφOFF,联立式,则升压型转换器的电压变比M为

因D≤1,则UO≥UI,故这种转换器是升压式转换器。

3)升降压式转换器
(1)工作原理
升降压式转换器也称Buck-Boost电路。其工作原理分解电路如图(a)所示。当开关S闭合时,等效电路如图(b)所示,电流见图中标注;VD因承受反压而截止,电感L励磁并存储能量,电容CO开始放电。当开关S断开时,等效电路如图(c)所示,电流见图中标注;VD承受正压而导通,电感L消磁并释放能量,电容CO开始充电。在以上两种情形下,负载的电流方向不变,但图(b)过程电感电流线性增加,图(c)过程电感电流线性减小。

图升降压式转换器分解电路

(2)升降压公式
当开关S闭合时,输入电压UI加在电感L上。这期间,电感L由输入电压UI励磁并储存能量,磁通的增加量为

当开关S断开时,由于电感电流不能突变,二极管转为导通状态。输出电压UO与开关导通时方向相反加到电感L上。这期间,电感L消磁并释放能量,磁通的减少量为

在稳态时,电感L中磁通的增加量与减少量相等,即ΔφON=ΔφOFF,联立式,则升降压型转换器的电压变比M为

当0≤D≤0.5时,M≤1,当0.5≤D≤1时,M≥1,故这种转换器是升降压式转换器。

非隔离型DC-DC转换器的控制特性曲线如图1-12所示。由特性曲线可知,通过控制开关的占空比D就可以改变输出电压的大小。对于这三类转换器,也可以从能量的蓄积与释放的观点来说明其基本工作原理。电感励磁就是蓄积能量,电感消磁就是释放能量。因此,对于三类转换器,当开关S闭合时,来自电源适配器的能量蓄积在电感L上;当开关S断开时,蓄积在电感中的能量释放给负载。由于它们是改变开关占空比来控制能量的蓄积与释放,以获得直流输出的一种方式,因此也称为储能型(电感就是储能元件)。


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| 发布时间:2019.05.22    来源:电源适配器厂家
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