開關(guān)電源分類
發(fā)布時(shí)間:2015-12-03 15:20:26
現(xiàn)代開關(guān)電源有兩種:一種是直流開關(guān)電源;另一種是交流開關(guān)電源。本書要介紹的只是直流開關(guān)電源,其功能是將電能質(zhì)量較差的原生態(tài)電 源(粗電),如市電電源或蓄電池電源,轉(zhuǎn)換成滿足設(shè)備要求的質(zhì)量較高的直流電壓(精電)。直流開關(guān)電源的核心是DC/DC轉(zhuǎn)換器。
因此直流開關(guān) 電源的分類是依賴DC/DC轉(zhuǎn)換器分類的。也就是說,直流開關(guān)電源的分類與DC/DC轉(zhuǎn)換器的分類是基本相同的,DC/DC轉(zhuǎn)換器的分類基本上就是直流開關(guān)電源的分類。直流DC/DC轉(zhuǎn)換器按輸人與輸出之間是否有電氣隔離可以分為兩類:一類是有隔離的稱為隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器;另一類是沒有隔離的稱為非隔離 式DC/DC轉(zhuǎn)換器。隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器也可以按有源功率器件的個(gè)數(shù)來分類。單管的DC/DC轉(zhuǎn)換器有正激式(Forward)和反激式(Flyback)兩種。
雙管DC/DC轉(zhuǎn)換器 有雙管正激式(DoubelTransistor Forward Converter),雙管反激式(Double Transistr F1yback Converter)、推挽式(Push-Pu11 Converter) 和半橋式(Ha1f-Bridge Converter)四種。四管DC/DC轉(zhuǎn)換器就是全橋DC/DC轉(zhuǎn)換器(Fu11-Bridge Converter).非隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器,按有源功率器件的個(gè)數(shù),可以分為單管、雙管和四管三類。單管DC/DC轉(zhuǎn)換器共有六種,即降壓式(Buck)DC/DC轉(zhuǎn)換器 ,升壓式(Boost)DC/DC轉(zhuǎn)換器、升壓降壓式(Buck Boost)DC/DC轉(zhuǎn)換器、Cuk DC/DC轉(zhuǎn)換器、Zeta DC/DC轉(zhuǎn)換器和SEPIC DC/DC轉(zhuǎn)換器。在這六種 單管DC/DC轉(zhuǎn)換器中,Buck和Boost式DC/DC轉(zhuǎn)換器是基本的,Buck-Boost、Cuk、Zeta、SEPIC式DC/DC轉(zhuǎn)換器是從中派生出來的。
雙管DC/DC轉(zhuǎn)換 器有雙管串接的升壓式(Buck-Boost)DC/DC轉(zhuǎn)換器。四管DC/DC轉(zhuǎn)換器常用的是全橋DC/DC轉(zhuǎn)換器 隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器在實(shí)現(xiàn)輸出與輸入電氣隔離時(shí),通常采用變壓器來實(shí)現(xiàn),由于變壓器具有變壓的功能,所以有利于擴(kuò)大轉(zhuǎn)換器的輸出應(yīng)用 范圍,也便于實(shí)現(xiàn)不同電壓的多路輸出,或相同電壓的多種輸出?!?br /> 在功率開關(guān)管的電壓和電流定額相同時(shí),轉(zhuǎn)換器的輸出功率通常與所用開關(guān)管的數(shù)量成正比。所以開關(guān)管數(shù)越多,DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出功率越 大,四管式比兩管式輸出功率大一倍,單管式輸出功率只有四管式的 非隔離式轉(zhuǎn)換器與隔離式轉(zhuǎn)換器的組合,可以得到 按能量的傳輸來分,DC/DC轉(zhuǎn)換器有單向傳輸和雙向傳輸兩種。具有雙向傳輸功能的DC/DC轉(zhuǎn)換器,既可以從電源側(cè)向負(fù)載側(cè)傳輸功率,也可 以從負(fù)載側(cè)向電源側(cè)傳輸功率。DC/DC轉(zhuǎn)換器也可以分為自激式和他控式。
借助轉(zhuǎn)換器本身的正反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)開關(guān)管自持周期性開關(guān)的轉(zhuǎn)換器,叫做自激式轉(zhuǎn)換器,如洛耶(Royer)轉(zhuǎn)換器就是一種典型的推挽自激式轉(zhuǎn)換器。他控式DC/DC轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)器件控制信號(hào),是由外部專門的控制電路產(chǎn)生的。按照開關(guān)管的開關(guān)條件,DC/DC轉(zhuǎn)換器又可以分為硬開(Hard Switching)和軟開關(guān)(Soft Switching)兩種。硬開關(guān)DC/DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)器件 是在承受電壓或流過電流的情況下,開通或關(guān)斷電路的,因此在開通或關(guān)斷過程中將會(huì)產(chǎn)生較大的交疊損耗,即所謂的開關(guān)損耗(Switching loss)。當(dāng)轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)一定時(shí)開關(guān)損耗也是一定的,而且開關(guān)頻率越高,開關(guān)損耗越大,同時(shí)在開關(guān)過程中還會(huì)激起電路分布電感和寄生 電容的振蕩,帶來附加損耗,因此,硬開關(guān)DC/DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率不能太高。
軟開關(guān)DC/DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)管,在開通或關(guān)斷過程中,或是加于 其上的電壓為零,即零電壓開關(guān)(Zero-Voltage-Switching,ZVS),或是通過開關(guān)管的電流為零,即零電流開關(guān)(Zero-Current·Switching, ZCS)。這種軟開關(guān)方式可以顯著地減小開關(guān)損耗,以及開關(guān)過程中激起的振蕩,使開關(guān)頻率可以大幅度提高,為轉(zhuǎn)換器的小型化和模塊化創(chuàng)造 了條件。功率場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)是應(yīng)用較多的開關(guān)器件,它有較高的開關(guān)速度,但同時(shí)也有較大的寄生電容。它關(guān)斷時(shí),在外電壓的作用下, 其寄生電容充滿電,如果在其開通前不將這一部分電荷放掉,則將消耗于器件內(nèi)部,這就是容性開通損耗。為了減小或消除這種損耗,功率場(chǎng) 效應(yīng)管宜采用零電壓開通方式(ZVS)。
絕緣柵雙極性晶體管(Insu1ated Gate Bipo1ar tansistor,IGBT)是一種復(fù)合開關(guān)器件,關(guān)斷時(shí)的電流拖 尾會(huì)導(dǎo)致較大的關(guān)斷損耗,如果在關(guān)斷前使流過它的電流降到零,則可以顯著地降低開關(guān)損耗,因此IGBT宜采用零電流(ZCS)關(guān)斷方式。IG