高科技設備核心元件----電源,好的拓撲設計支撐電源質量

在現實生活中可以說各種電子設備都離不開電源,電源是其核心,設計選擇一款好的電源對於設備的可靠性很重要。在開關電源中常用的變換器類型有:半橋式變換電路、全橋式變換電路、推輓式變換電路、ZVT(移向式零電壓開關變換電路)。

高科技設備核心元件----電源,好的拓撲設計支撐電源質量

電源是設備的核心


一、半橋式變換電路

在單相橋式二極管整流電路中,把其中兩隻二極管用晶閘管就組成了半控橋式整流電路。這種電路在中小容量開關電源中應用非常廣泛。

電路如圖示:

高科技設備核心元件----電源,好的拓撲設計支撐電源質量

半橋式變換電路

  • 其理想的傳遞函數為:Uo/Ui =(Ns/Np)*t/T
  • 最大漏極電流為:Id(max)=Ns/Np*Io
  • 漏極電壓為:Uds=Ui
  • 輸出二極管的電流為:I=DIo+(1-2D)*Io/2
  • 其工作波形圖如下圖:
高科技設備核心元件----電源,好的拓撲設計支撐電源質量

工作波形圖

  • 電路工作特點:由兩個Mosfet晶體管組成半橋電路。

二、 全橋式變換電路

其組成是把半控橋中的兩隻二極管用兩隻晶閘管代替即構成全控橋。帶電阻性負載時,電路的工作情況與半控橋一樣,控制角移相範圍也是0~π,輸出平均電壓、電流的計算公式也與半控橋相同,所不同的是全控橋每半週期要求觸發兩隻晶閘管。 如果帶電感性負載且沒有續流二極管的情況下,此時輸出電壓的瞬時值會出現負值。

電路如圖示:

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全橋式變換電路

  • 理想的傳遞函數為:Uo/Ui =2*(Ns/Np)*t/T=2*(Ns/Np)*D
  • 最大漏極電流為:Id(max)=Ns/Np*Io
  • 漏極電壓為:Uds=Ui
  • 輸出二極管的電流為:I=DIo+(1-2D)*Io/2
  • 其工作波形圖如圖
高科技設備核心元件----電源,好的拓撲設計支撐電源質量

工作波形圖

  • 電路工作特點:由四個Mosfet晶體管組成全橋電路,輸出功率增大


三、 ZVT(移向式零電壓開關變換電路)。

其電路如圖示:

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移向式零電壓開關變換電路

  • 理想的傳遞函數為:Uo/Ui =2*(Ns/Np)*t/T=2*(Ns/Np)*D
  • 最大漏極電流為:Id(max)=Ns/Np*Io
  • 漏極電壓為:Uds=Ui
  • 輸出二極管的電流為:I=0.5Io
  • 工作波形如下圖示:
高科技設備核心元件----電源,好的拓撲設計支撐電源質量

工作波形圖

  • 電路特點:採用移相式及零電壓軟開關技術,降低了開關管的損害,提高了變換器的效率。

四、 推輓式變換電路

推輓電路(push-pull)就是兩個不同極性晶體管間連接的輸出電路。推輓電路採用兩個參數相同的功率BJT管或MOSFET管,以推輓方式存在於電路中,各負責正負半周的波形放大任務,電路工作時,兩隻對稱的功率開關管每次只有一個導通,所以導通損耗小效率高。推輓輸出既可以向負載灌電流,也可以從負載抽取電流。推輓電路適用於低電壓大電流的場合,廣泛應用於功放電路和開關電源中。

其優點是:結構簡單,開關變壓器磁芯利用率高,推輓電路工作時,兩隻對稱的功率開關管每次只有一個導通,所以導通損耗小。

其缺點是:變壓器帶有中心抽頭,而且開關管的承受電壓較高;由於變壓器原邊漏感的存在,功率開關管關斷的瞬間,漏源極會產生較大的電壓尖峰,另外輸入電流的紋波較大,因而輸入濾波器的體積較大。

其電路如下圖示:

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推輓式變換電路

  • 理想的傳遞函數為:Uo/Ui =2*(Ns/Np)*t/T=2*(Ns/Np)*D
  • 最大漏極電流為:Id(max)=Ns/Np*Io
  • 漏極電壓為:Uds=2Ui
  • 輸出二極管的電流為:I=DIo+(1-2D)*Io/2
  • 輸出二極管的反向電壓為:Uf1=Ui*(Ns/Np)
  • 工作波形如下圖:
高科技設備核心元件----電源,好的拓撲設計支撐電源質量

工作波形圖


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