用于低占空比、基于飛輪電容的三種BUCK變換器結(jié)構(gòu)
發(fā)布時(shí)間:2019-04-01 責(zé)任編輯:xueqi
【導(dǎo)讀】如果將飛輪電容串聯(lián)在BUCK電路的主回路,輸入電壓通過(guò)飛輪電容加到輸出電感,由于電容相當(dāng)于一個(gè)電壓源,那么,電感兩端所加的電壓為:Vin –Vc –Vo,相比Vin –Vo,電壓降低很多,就可以實(shí)現(xiàn)這種低占空比的應(yīng)用,同時(shí)還可以提高效率,下面分別介紹這三種飛輪結(jié)構(gòu)的BUCK變換器。
飛輪電容的工作原理類似于充電泵電容,可以實(shí)現(xiàn)如下功能:
(1)疊加在浮動(dòng)電壓上實(shí)現(xiàn)升壓,如疊加在BUCK、BOOST變換器開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW的電容。
(2)實(shí)現(xiàn)升降壓功能,如SEPIC電路的主功率回路電容。
(3)實(shí)現(xiàn)負(fù)壓功能,如CUK電路的主功率回路電容。
如果將飛輪電容串聯(lián)在BUCK電路的主回路,輸入電壓通過(guò)飛輪電容加到輸出電感,由于電容相當(dāng)于一個(gè)電壓源,那么,電感兩端所加的電壓為:Vin –Vc –Vo,相比Vin –Vo,電壓降低很多,就可以實(shí)現(xiàn)這種低占空比的應(yīng)用,同時(shí)還可以提高效率,下面分別介紹這三種飛輪結(jié)構(gòu)的BUCK變換器。
1、四管、雙電容、單電感結(jié)構(gòu)
電路結(jié)構(gòu)所下圖所示,工作過(guò)程有2個(gè)模式。
模式1:S1和S3導(dǎo)通,S2和S4截止
輸出電感激磁,輸入電壓通過(guò)C1向輸出負(fù)載提供能量,同時(shí)對(duì)C1充電;C2通過(guò)S3對(duì)輸出負(fù)載放電提供部分電感電流,因此,電感的負(fù)載電流由輸入電源(通過(guò)S1、C1)和C2同時(shí)提供。
如果C1、C2的電容相等,電感電流等于電容C1、C2的電流之和。S1、S3工作于硬開關(guān)狀態(tài),由于S1、S3的電流降低,因此可以同時(shí)降低導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。
模式2:S2和S3導(dǎo)通,S1和S3截止
輸出電感去磁,在前面一個(gè)階段過(guò)程結(jié)束時(shí),由于C1、C2的電壓不平衡,當(dāng)S2、S4導(dǎo)通后,將C1、C2并聯(lián),所以電壓高的電容將會(huì)對(duì)電壓低的電容放電,那么,S4不僅流過(guò)輸出電感續(xù)流電流,還要流過(guò)C1、C2充放電的電流,因此其導(dǎo)通損耗會(huì)增加。
主功率(S1、S3)占空比:D=2Vo/Vin
2、四管、單電容、雙電感結(jié)構(gòu)
電路結(jié)構(gòu)所下圖所示,工作過(guò)程有4個(gè)模式。
模式1:S1和S3導(dǎo)通,S2和S4截止
L1激磁,輸入電壓通過(guò)C1向輸出負(fù)載提供能量,同時(shí)對(duì)C1充電; L2去磁,S4續(xù)流。
模式2: S3和S4導(dǎo)通,S1和S2截止
L1、L2去磁,S3、S4續(xù)流。
模式3: S2和S4導(dǎo)通,S1和S3截止
L2激磁,電容C1放電,通過(guò)L2向輸出負(fù)載提供能量; L1去磁,S4續(xù)流。
模式4: S1和S3導(dǎo)通,S2和S4截止
L1、L2去磁,S3、S4續(xù)流。
本結(jié)構(gòu)相當(dāng)于二相工作,可以同時(shí)降低導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。
3、六管、雙電容、三電感結(jié)構(gòu)
電路結(jié)構(gòu)所下圖所示,工作過(guò)程有4個(gè)模式。
模式1:S1A、S2B和S3A導(dǎo)通,S1B、S2A和S3B截止
輸入電壓通過(guò)C1向輸出負(fù)載提供能量,同時(shí)C2放電向輸出負(fù)載提供能量。
模式2: S1B、S2A和S3B導(dǎo)通,S1A、S2B和S3A 截止
輸入電壓通過(guò)C2向輸出負(fù)載提供能量,同時(shí)C1放電向輸出負(fù)載提供能量。
L1、L2為耦合電感,在模式1、模式2中正、反向工作實(shí)現(xiàn)激磁和去磁,L3激磁。
模式3:S3A和S3B導(dǎo)通,S1A、S1B、S2A和S2B截止
L1、L2的電壓短路到0, S3A和S3B續(xù)流,L3電感去磁。
通過(guò)耦合電感,實(shí)現(xiàn)48V-1V的超低的占空比。
來(lái)源:松哥電源
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