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開關(guān)模式電源拓撲解釋
開關(guān)模式電源拓撲解釋
電源的作用對電子電路至關(guān)重要，因為如果沒有足夠的電源，電路就無法以最佳狀態(tài)運行。另一方面，過大的電源會因熱效應(yīng)而使電路元件劣化。電源拓撲通常有兩種選擇；線性電源和開關(guān)電源 (SMPS)。
線性電源傳統(tǒng)上是一種舊拓撲，因此它存在于舊電子元件的設(shè)計和架構(gòu)中。但是，對于當(dāng)前的電路設(shè)計，新的開關(guān)電源拓撲優(yōu)于線性電源，因為它具有更高的效率和緊湊的尺寸。然而，SMPS元件較多，設(shè)計復(fù)雜，其優(yōu)勢仍大于線性電源。
此外，SMPS 的成本最初很高
開關(guān)電源拓撲
由于開關(guān)電源包含大量組件，因此需要不同的階段。每個階段都考慮到最佳性能所需的所有因素。示例：如果輸入電源是 AC，則輸入級提供整流器和低通濾波器，用于 AC 到 DC 的轉(zhuǎn)換。通過同時打開和關(guān)閉直流電壓，還有一個逆變器級可用于直流到交流的轉(zhuǎn)換。開關(guān)速率決定了交流輸出的頻率。
線性模式與 SMPS 的比較
從上圖可以清楚地看出，在考慮設(shè)計標(biāo)準時，SMPS 優(yōu)于線性模式電源。此外，緊湊的尺寸和效率也有利于前面章節(jié)中討論的 SMPS。雖然 SMPS 勝過線性模式，但選擇不同拓撲的 SMPS 也是一個艱難的選擇。有多種 SMPS 拓撲：
通常，對于單相用例，降壓拓撲需要單個電感器。但在穩(wěn)健應(yīng)用的情況下，需要目錄電感器。由于該拓撲帶有串聯(lián)電感器和并聯(lián)電容器，因此非常適合 DC 到 DC 轉(zhuǎn)換。雖然降壓轉(zhuǎn)換器通過多相拓撲提供高效率和功率水平，但對于需要隔離的用例來說，它不是一個合適的選擇。
降壓轉(zhuǎn)換器的主要缺點之一是輸入電流總是不連續(xù)的，這會導(dǎo)致更大的 EMI。但是，可以通過片式磁珠、共模扼流圈和濾波器扼流圈等濾波器元件來解決。此外，還可以為特定情況和需要額外線圈來感測和供電的應(yīng)用構(gòu)建定制電感器。
促進
升壓拓撲是非隔離用例的首選。由于開關(guān)相對于輸入電壓處于分流位置，因此有助于提高電壓。該拓撲還根據(jù)功能要求為升壓電路中的電感器提供了廣泛的目錄選項。此外，使用定制電感器的規(guī)定有助于為各種應(yīng)用動態(tài)設(shè)計電路。
單位值的功率因數(shù)變化降低了電路的效率。因此，功率因數(shù)校正電路需要使該值接近于 1。升壓拓撲在導(dǎo)通模式下工作時會汲取持續(xù)電流，從而在發(fā)生顯著變化時提高功率因數(shù)。
降壓-升壓
顧名思義，降壓-升壓拓撲是單獨的降壓和升壓拓撲的組合。因此，該拓撲結(jié)構(gòu)適用于升壓和降壓應(yīng)用。由于電感與主電路的連接隨開關(guān)位置的不同而變化，因此驅(qū)動電路的流程有點復(fù)雜。
這種拓撲特別適用于電池應(yīng)用，因為輸入電壓會隨時間變化，但它具有輸出電壓反相的缺點。
SEPIC/?uk
SEPIC 和 ?uk 拓撲都利用電容器以及電路中的兩個電感器來存儲能量。“這兩個電感器可以是單獨的電感器，也可以是耦合電感器形式的單個組件。” 升壓或降壓特性使其適用于電池應(yīng)用。
由于其同相輸出，SEPIC 拓撲優(yōu)于 ?uk 和降壓-升壓拓撲。兩種拓撲中的電容器都提供有限的隔離，因此它解決了隔離問題。
反激式拓撲由一個變壓器組成，該變壓器充當(dāng)用于提供隔離的存儲電感器。變壓器還通過調(diào)整匝數(shù)比打開了可變電壓選項。此外，變壓器的使用為多個輸出創(chuàng)造了可能性。
反激拓撲是低功耗應(yīng)用中最簡單和最常見的隔離拓撲。此外，反激變壓器避免了對單獨電感器的需求，因此它是一種具有成本效益的拓撲結(jié)構(gòu)。
向前
前向拓撲帶有一個變壓器以及變壓器輸出側(cè)的擴展降壓電路。因此，它也被稱為變壓器隔離降壓轉(zhuǎn)換器。由于非脈動輸出電流，正向電路對于高電流供應(yīng)是靈活的。因此，它是具有 15A 過大電流規(guī)格的應(yīng)用的不錯選擇。
“與反激拓撲一樣，正向轉(zhuǎn)換器專門用于低功率應(yīng)用。雖然效率與反激式相當(dāng)，但它的缺點是在輸出上有一個額外的電感器，不太適合高電壓輸出。”
推拉
從電路上看，推挽拓撲帶有正向拓撲電路的雙初級繞組，以構(gòu)建雙驅(qū)動繞組。因此，它提高了效率，因為與任何反激式或正向轉(zhuǎn)換器相比，變壓器磁芯的利用率是最佳的。推挽式轉(zhuǎn)換器還提供了在高功率要求期間按比例放大的規(guī)定。
由于一次使用50%的銅，因此導(dǎo)致銅損值增加。對于相同的功率水平，推挽電路具有相對于正向轉(zhuǎn)換器的緊湊型濾波器。此外，開關(guān)功能至關(guān)重要，因為如果兩個開關(guān)同時打開。然后它會在變壓器中引起相等和相反的通量，從而降低電路的阻抗。阻抗值的這種突然下降使電流值呈指數(shù)上升。因此，存在損壞電路的潛在機會。
半橋
半橋拓撲還具有擴展到更高功率水平的功能，如推挽拓撲。因此，如果開關(guān)同時打開，它也存在電流突然上升的相同問題。“為了控制這一點，每個開關(guān)的導(dǎo)通時間之間需要有一個死區(qū)時間。這將占空比限制為大約 45%。有利的是，半橋拓撲開關(guān)應(yīng)力等于輸入電壓。這使其更適合 250VAC 和 PFC 應(yīng)用。”
共振有限責(zé)任公司
諧振LLC電路的設(shè)計類似于半橋拓撲，它進一步利用諧振的概念來抵消超前和滯后效應(yīng)。即使電路處于空載模式，由于零電壓開關(guān)，這也降低了開關(guān)損耗。
這種拓撲非常適合待機模式電源，因為諧振回路需要持續(xù)供電。諧振 LLC 優(yōu)于推挽拓撲和半橋拓撲，因為它適用于廣泛的輸入電壓范圍。諧振 LLC 拓撲的唯一缺點是其“復(fù)雜性和成本”。