如何進(jìn)行電源設(shè)計(jì)——第 2 部分
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1.前言
在這個(gè)由兩部分組成的系列的第一部分中,我描述了正確設(shè)計(jì)電源的良好規(guī)范的重要性。在第 2 部分中,我將概述我們的規(guī)范中的哪些參數(shù)(參見(jiàn)圖 1)會(huì)影響某些拓?fù)涞臎Q策。
圖 1:我們的規(guī)范參數(shù),這些參數(shù)會(huì)影響某個(gè)拓?fù)涞臎Q策
2、拓?fù)錄Q策
開(kāi)關(guān)電源中有幾種基礎(chǔ)的拓?fù)洌?/span>buck拓?fù)潆娐贰oost拓?fù)潆娐芬约胺醇な介_(kāi)關(guān)電源等等。這些拓?fù)浼扔兴麄兿嗤?,也有其?dú)特性。一般,經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師在設(shè)計(jì)的時(shí)候能夠根據(jù)需求選擇適合的拓?fù)洹6鴮?duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō),如何選擇合適的拓?fù)溥@就非常困難了。因此,就需要我們很好的掌握拓?fù)涞幕咎匦?,這是非常有必要的。這對(duì)我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)選擇合適的拓?fù)湟彩呛苡袔椭?,可以避免因?yàn)橥負(fù)溥x擇不當(dāng)而浪費(fèi)時(shí)間。
一些拓?fù)溥m用于離線式(電網(wǎng)供電的)AC/DC變換器,其中有些適合小功率輸出(<200W),有些適合大功率輸出;有些適合較高的AC輸人電壓(>=220V AC),而有些適合較低的AC輸人電壓的場(chǎng)合;有些在較高的DC輸出電壓( >200V)場(chǎng)合有較大的優(yōu)勢(shì),而有些在較低的DC輸出電壓場(chǎng)合有較大的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于多級(jí)電壓輸出的應(yīng)用場(chǎng)合,使用器件較少或是在器件數(shù)與可靠性之間有較好折中是選擇拓?fù)湟紤]的因素。同時(shí),輸入/輸出紋波和噪聲要求也是選擇拓?fù)湟紤]的重要因素。某些拓?fù)湟蚱浔旧砉逃械木窒扌?,需要輔助電路或更復(fù)雜的電路,使得在某些應(yīng)用場(chǎng)合它的特性變得非常難以分析。
因此,要恰當(dāng)選擇拓?fù)?,熟悉各種不同基本拓?fù)涞膬?yōu)缺點(diǎn)是非常重要的。錯(cuò)誤的選擇會(huì)導(dǎo)致電源的性能變差,甚至浪費(fèi)設(shè)計(jì)時(shí)間和成本。因此有必要充分地了解不同拓?fù)涞幕咎匦詤?shù)。
3、如何進(jìn)行電源拓?fù)錄Q策
當(dāng)我們的應(yīng)用不需要輸入和輸出之間的隔離屏障時(shí),V in和 V out之間的比率、輸入和輸出電壓的紋波要求以及最大輸出功率通常會(huì)決定我們應(yīng)該選擇哪種拓?fù)?。降壓、升壓、降?/span>-升壓、單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器 (SEPIC) 和 Zeta 是最常見(jiàn)的非隔離式電源拓?fù)洌β史秶哌_(dá) 250W。降壓轉(zhuǎn)換器降低其輸入電壓,升壓轉(zhuǎn)換器將其升高。降壓-升壓、SEPIC 和 Zeta 的輸入電壓可以等于、小于或大于它們的輸出電壓。如果我們的輸入電壓與輸出電壓的符號(hào)不同,則應(yīng)選擇反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器或 Cuk 轉(zhuǎn)換器。對(duì)于這兩種拓?fù)?,輸入電壓的絕對(duì)值可以等于、小于或大于輸出電壓的絕對(duì)值。
表 1 列出了輸入電壓和輸出電壓之間的關(guān)系以及我提到的非隔離拓?fù)涞牡湫凸β史秶H绻?span>我們的應(yīng)用需要超過(guò)表 1 中所示的輸出功率限制,則可以將兩個(gè)或更多交錯(cuò)轉(zhuǎn)換器級(jí)并聯(lián)或使用隔離拓?fù)洌▍⒁?jiàn)表 2),因?yàn)檫@些已經(jīng)用于更高的功率水平。
表1 :非隔離拓?fù)涓攀?/b>
隔離拓?fù)淇梢蕴岣呋蚪档推漭斎腚妷骸]敵鲭妷嚎梢詾檎部梢詾樨?fù)。通過(guò)添加額外的變壓器繞組,還可以生成多個(gè)輸出電壓。反激、正向、推挽、半橋和全橋轉(zhuǎn)換器是最常見(jiàn)的隔離拓?fù)?。將這些拓?fù)涞膿p耗降至最低的最常見(jiàn)方法是讓轉(zhuǎn)換器在諧振或準(zhǔn)諧振模式下運(yùn)行。諧振轉(zhuǎn)換器利用零電壓開(kāi)關(guān) (ZVS) 或零電流開(kāi)關(guān) (ZCS)。例如準(zhǔn)諧振反激、有源鉗位反激或正向、電感-電感-轉(zhuǎn)換器 (LLC) 半橋和移相全橋。表 2 顯示了不同隔離拓?fù)涞墓β史秶?nbsp;
表2 :隔離拓?fù)涓攀?/b>
如果轉(zhuǎn)換器的輸出端可能發(fā)生非常徹底的負(fù)載瞬變,重要的是要知道在連續(xù)導(dǎo)通模式下運(yùn)行的反激拓?fù)洳豢赡苡辛己玫膭?dòng)態(tài)行為,因?yàn)檗D(zhuǎn)換器傳遞函數(shù)中的右半平面零 (RHPZ)對(duì)于此類轉(zhuǎn)換器,通常會(huì)將帶寬限制為低于 5kHz 的頻率。隔離拓?fù)涞?strong>輸出電壓反饋路徑通常需要光隔離器的帶寬,這可能是瞬態(tài)響應(yīng)行為的另一個(gè)缺點(diǎn)。如果我們的電源確實(shí)需要非常好的瞬態(tài)響應(yīng)行為,但我們必須使用與降壓轉(zhuǎn)換器不同的拓?fù)?,那么兩?jí)方法可能是我們的最佳選擇。另一種選擇是將控制器放置在電源的次級(jí)側(cè)。
降壓、升壓、SEPIC 和反激式拓?fù)溥m用于功率因數(shù)校正 (PFC) 電路。最常見(jiàn)的選擇是 PFC 升壓。
在本系列的下一部分中,我將介紹降壓、升壓和降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。