一个神奇的电路-综合电源技术-世纪电源网社区

boy59

boy59
离线
LV10
总工程师

积分：16430
|
主题：118
|
帖子：2779

积分:16430

LV10

总工程师

2015-9-22 09:13:23

偶然想到一个奇特的电路，见下图1

图1 Boost-buck并联电路

这个电路是由一个正向的Boost电路和一个逆向的Buck电路首尾相连构成，另外两电路中的电感公用一个磁芯。之所以称其为神奇电路是因为这个电路似乎隐含着某些哲理似乎是一种更符合自然规律的电路。目前只推测出这个电路的几个特点其中还包括一个无以伦比的优点，等仿真验证后再进行讨论。不知是否有人见过类似电路的？或者有相关资料亦或者帮忙分析和发掘一下这种电路的潜力。

本帖最后由 boy59 于 2015-9-22 11:42 编辑

收藏1

		2 budaoweng6789 budaoweng6789 离线 LV8 副总工程师积分：5000 \| 主题：83 \| 帖子：931 访问空间发消息积分:5000 LV8 副总工程师 2015-9-22 10:55:08
		奇葩的电路，等你测试，关注回复 \| 举报 \|

			3 後會絠萋後會絠萋离线 LV7 版主积分：9358 \| 主题：195 \| 帖子：2538 访问空间发消息积分:9358 版主 2015-9-22 11:13:01
			没电流回路回复 \| 举报 \|

				4 boy59 boy59 离线 LV10 总工程师积分：16430 \| 主题：118 \| 帖子：2779 访问空间发消息积分:16430 LV10 总工程师 2015-9-22 11:36:33
				又犯错误了，图已改正回复 \| 举报 \|

		5 Coming.Lu Coming.Lu 离线 LV7 版主积分：50193 \| 主题：39 \| 帖子：15999 访问空间发消息积分:50193 版主 2015-9-22 12:48:05
		看不出这个电路是想达到一个什么目的。回复 \| 举报 \|

		6 YTDFWANGWEI YTDFWANGWEI 在线 LV7 版主积分：109874 \| 主题：142 \| 帖子：45925 访问空间发消息积分:109874 版主 2015-9-22 12:59:16
		将普通整流换成同步整流，那就是一个电路了，也就是双向DC-DC。不知道你说的神奇是什么？回复 \| 举报 \|

			7 boy59 boy59 离线 LV10 总工程师积分：16430 \| 主题：118 \| 帖子：2779 访问空间发消息积分:16430 LV10 总工程师 2015-9-22 13:10:47
			版主也发现了这个电路具有双向DC-DC的功能，在通常的双向DC-DC可以实现瞬间换向吗？答案应该是不能的因为电感电流不可能瞬间变向，但是这个电路大概就可以。回复 \| 举报 \|

				8 greendot greendot 在线 LV12 专家积分：31572 \| 主题：0 \| 帖子：8690 访问空间发消息积分:31572 LV12 专家 2015-9-22 13:54:49
				上MOS的Body Diode 会不会导通？回复 \| 举报 \|

					9 boy59 boy59 离线 LV10 总工程师积分：16430 \| 主题：118 \| 帖子：2779 访问空间发消息积分:16430 LV10 总工程师 2015-9-22 14:30:21
					上面的图不太详细，请看下面这张图神奇电路 - 副本.jpg (23.16 KB, 下载次数: 54) 下载附件神奇电路 2015-9-22 14:28 上传图2 Boost-Buck并联电流走向回复 \| 举报 \|

						10 greendot greendot 在线 LV12 专家积分：31572 \| 主题：0 \| 帖子：8690 访问空间发消息积分:31572 LV12 专家 2015-9-22 15:15:02
						Boost MOS 开通时，Buck MOS的Source 会是高电平，多高要看变压器匝比，如果是3:1，刚好400V，Body Diode导通了。。回复 \| 举报 \|

							12 boy59 boy59 离线 LV10 总工程师积分：16430 \| 主题：118 \| 帖子：2779 访问空间发消息积分:16430 LV10 总工程师 2015-9-22 15:30:50
							预估计变压器匝比是按1:1来的回复 \| 举报 \|

								14 greendot greendot 在线 LV12 专家积分：31572 \| 主题：0 \| 帖子：8690 访问空间发消息积分:31572 LV12 专家 2015-9-22 15:48:00
								1:1，岂不更惨？假设Buck MOS 不存在，那头600V了。回复 \| 举报 \|

									15 boy59 boy59 离线 LV10 总工程师积分：16430 \| 主题：118 \| 帖子：2779 访问空间发消息积分:16430 LV10 总工程师 2015-9-22 15:51:39
									大师忽略了Buck电路中那个接地的续流二极管，Buck MOS电压不会超过400V的回复 \| 举报 \|

									16 boy59 boy59 离线 LV10 总工程师积分：16430 \| 主题：118 \| 帖子：2779 访问空间发消息积分:16430 LV10 总工程师 2015-9-22 15:58:26
									而且我认为Buck MOS 承受的电压应当为400-200=200 而非400+200=600 回复 \| 举报 \|

										19 greendot greendot 在线 LV12 专家积分：31572 \| 主题：0 \| 帖子：8690 访问空间发消息积分:31572 LV12 专家 2015-9-22 16:11:16
										除非是变压器的圆点位置错了。。 BBB.PNG (25.01 KB, 下载次数: 48) 下载附件 2015-9-22 16:09 上传回复 \| 举报 \|

											20 boy59 boy59 离线 LV10 总工程师积分：16430 \| 主题：118 \| 帖子：2779 访问空间发消息积分:16430 LV10 总工程师 2015-9-22 16:19:28
											大师分析的有道理，或者1:1的匝比只能用于输出600V以上？输出400V只能按1:3这样的匝比？这个我要回去仿真一下，多谢指教！回复 \| 举报 \|

greendot

greendot
在线
LV12
专家

积分：31572
|
主题：0
|
帖子：8690

积分:31572

LV12

专家

2015-9-22 17:16:14

就按匝比1:3，输出400V计，Buck MOS 导通时，Boost MOS 的Drain = 0伏，Body diode刚好不导通，
但当Buck 续流时，Buck Coil = 300V，Boost Coil =900V，Boost MOS 上有300+900=1200V （未被clamp的话），
好像并不好玩。。
本帖最后由 greendot 于 2015-9-22 17:19 编辑

boy59

boy59
离线
LV10
总工程师

积分：16430
|
主题：118
|
帖子：2779

积分:16430

LV10

总工程师

2015-9-22 21:36:14

匝比1:3是个临界值，我仿真时用的是1:4，输入电压300V 输出设定为400V

图4 Boost-Buck并联电路DC-DC仿真

boy59

boy59
离线
LV10
总工程师

积分：16430
|
主题：118
|
帖子：2779

积分:16430

LV10

总工程师

2015-9-23 06:46:58

改变匝比有违初衷这会限制这种电路的应用，后将匝比改回1:1去掉MOS中的寄生二极管

图5 去掉体二极管后的MOS管源漏电压
仿真结果挺理想，虽然Buck MOS管一端承受600V电压但另一端有400V电压所以总的Vds电压为正负200伏，Boost MOS承受着正400V电压。

				11 boy59 boy59 离线 LV10 总工程师积分：16430 \| 主题：118 \| 帖子：2779 访问空间发消息积分:16430 LV10 总工程师 2015-9-22 15:28:50
				按照同步整流的思想在电路中多加了两个管子得到下面的电路及其变换后的电路四管全桥.jpg (39.11 KB, 下载次数: 65) 下载附件四管全桥 2015-9-22 15:16 上传图3 由同步整流到四管全桥图3中的两个电路是等效的的右边变换后的电路看起来比较习惯是一个无桥PFC电路。四管电路应用太灵活目前先不做研究。回复 \| 举报 \|

					13 boy59 boy59 离线 LV10 总工程师积分：16430 \| 主题：118 \| 帖子：2779 访问空间发消息积分:16430 LV10 总工程师 2015-9-22 15:39:47
					貌似也不是无桥PFC电路，是什么电路要看怎么控制了，总之四管的太灵活。。。回复 \| 举报 \|

		17 nc965 nc965 在线 LV7 版主积分：93641 \| 主题：115 \| 帖子：27350 访问空间发消息积分:93641 版主 2015-9-22 15:59:16
		有无功，不成立回复 \| 举报 \|

			18 boy59 boy59 离线 LV10 总工程师积分：16430 \| 主题：118 \| 帖子：2779 访问空间发消息积分:16430 LV10 总工程师 2015-9-22 16:10:28
			其实我目前想到的几种应用都用到了无功，其中还包括无频闪的PFC哦回复 \| 举报 \|

				21 nc965 nc965 在线 LV7 版主积分：93641 \| 主题：115 \| 帖子：27350 访问空间发消息积分:93641 版主 2015-9-22 16:57:34
				早试过了，不成立回复 \| 举报 \|

		25 boy59 boy59 离线 LV10 总工程师积分：16430 \| 主题：118 \| 帖子：2779 访问空间发消息积分:16430 LV10 总工程师 2015-9-23 07:23:03
		自认为那个无以伦比的特性仿真出来了，见下图负载变化规律.jpg (30.25 KB, 下载次数: 43) 下载附件负载变化 2015-9-23 07:11 上传图6 负载动态变化规律仿真图3.jpg (108.1 KB, 下载次数: 52) 下载附件负载动态变化仿真波形 2015-9-23 07:11 上传图7 突变负载下的动态特性这个特性就是超级动态特性，图6是输出端所接的动态电阻的变化规律最大10K最小20欧姆。图7中负载电流是通过串联的一个小电感得到的，输出电压稳定在400V左右几乎无视负载的变化。目前好像还没有哪种电路能实现如此的动态特性。回复 \| 举报 \|

			26 nc965 nc965 在线 LV7 版主积分：93641 \| 主题：115 \| 帖子：27350 访问空间发消息积分:93641 版主 2015-9-23 09:11:26
			这些只需要控制得当就能实现，是控制问题，不是电路问题。不过楼主敢于创新的精神还是值得鼓励的。 555.jpg (50.43 KB, 下载次数: 39) 下载附件 2015-9-23 09:15 上传本帖最后由 nc965 于 2015-9-23 09:27 编辑回复 \| 举报 \|

				27 boy59 boy59 离线 LV10 总工程师积分：16430 \| 主题：118 \| 帖子：2779 访问空间发消息积分:16430 LV10 总工程师 2015-9-23 10:13:55 倒数10
				版主的这个大作一直没机会拜读，如果有个链接或者上传个PDF手册什么的那推广起来就更方便了。首先环路问题，这里的这个电路是没有环路的，有环路就必然会带来延迟影响动态（或许有理想环路？）这个电路的稳压是用的非线性控制法。再次非线性控制问题，这种控制法要远优于环路号称单周期内解决动态响应问题，我画了个Buck电路非线性控制的示意图非线性BUCK.jpg (12.88 KB, 下载次数: 44) 下载附件 Buck 非线性 2015-9-23 10:02 上传图8 非线性控制Buck电路动态示意图如图8从轻载到重载确实在单个周期内就完成了动态响应但周期被拉长了，这个也是必然的电感的电流不能突变。那么这种Boos-Buck并联电路因无功功率的存在，在电感中一直存在着电流不需要电流突变所以可以应对各种负载突变（前提不超过设定功率）。回复 \| 举报 \|

					28 nc965 nc965 在线 LV7 版主积分：93641 \| 主题：115 \| 帖子：27350 访问空间发消息积分:93641 版主 2015-9-23 10:39:03 倒数9
					我的意思，既然靠算法能够实现，就没有必要用电路去实现，有点累哈，相当累！回复 \| 举报 \|

			29 boy59 boy59 离线 LV10 总工程师积分：16430 \| 主题：118 \| 帖子：2779 访问空间发消息积分:16430 LV10 总工程师 2015-9-24 08:50:38 倒数8
			这种电路的另一种特点就是可实现双向DC-DC瞬间切换，目前还没仿真成功不过倒是把波形改善了不少仿真图4.jpg (99.21 KB, 下载次数: 58) 下载附件仿真波形4 2015-9-24 08:46 上传图9 改进的负载突变动态波形图9中的波形看起来更和谐更有规律些。回复 \| 举报 \|

				30 nc965 nc965 在线 LV7 版主积分：93641 \| 主题：115 \| 帖子：27350 访问空间发消息积分:93641 版主 2015-9-24 09:08:02 倒数7
				一定不能有无功，才能成立。回复 \| 举报 \|

		31 dxsmail dxsmail 离线 LV8 副总工程师积分：2958 \| 主题：1 \| 帖子：709 访问空间发消息积分:2958 LV8 副总工程师 2015-9-24 14:13:54 倒数6
		关注一下。。回复 \| 举报 \|

		32 boy59 boy59 离线 LV10 总工程师积分：16430 \| 主题：118 \| 帖子：2779 访问空间发消息积分:16430 LV10 总工程师 2015-9-25 07:28:58 倒数5
		之前想的有点多，双向DC-DC电路两端接的都是电源（如电池、电网之类）那么就无需考虑电压问题只需控制电流就可以。也如nc版所说这个功能是无需无功的，仿真结果如下仿真图6 双向.jpg (130.04 KB, 下载次数: 46) 下载附件双向DC-DC仿真 2015-9-25 07:27 上传图10 双向DC-DC仿真图10中蓝色曲线i3是通常的双向DC-DC电路的电流波形，电流换向时需要一定的时间这是感性元件电流不能突变的特点。红色曲线i_test为并联Boost-Buck电路的左侧电流（左侧为Boost的输入Buck的输出所以电流都是连续的），在换向的时候电流直接突变没有延迟。绿色曲线il1为Boost-buck并联电路电感中的电流，这个电流没有变化。这种双向切换功能主要得益于那个变压器做的电感，其可在不改变磁通的情况下瞬间改变电流的方向。回复 \| 举报 \|

			33 boy59 boy59 离线 LV10 总工程师积分：16430 \| 主题：118 \| 帖子：2779 访问空间发消息积分:16430 LV10 总工程师 2015-9-28 09:47:51 倒数4
			在电路的输入输出侧分别加了两个小电阻用来测试输入输出的电流情况见下图神奇电路 - 特性分析.jpg (32.37 KB, 下载次数: 46) 下载附件电流测试 2015-9-28 09:47 上传图11 输入输出电流测试电路图7 分析.jpg (118.34 KB, 下载次数: 50) 下载附件电流测试波形 2015-9-28 09:47 上传图12 输入输出电流波形图12是左为电源右为负载能量从左到右传递的电流波形。回复 \| 举报 \|

				34 ckj_ck ckj_ck 离线 LV10 总工程师积分：14256 \| 主题：91 \| 帖子：953 访问空间发消息积分:14256 LV10 总工程师 2019-1-12 23:38:50 倒数3
				不错啊，可以试着玩玩。不过可能电感的耦合，会对电路的参数选取上带来一些限制和额外的应力。回复 \| 举报 \|

		35 cyx7610 cyx7610 离线 LV10 总工程师积分：16461 \| 主题：80 \| 帖子：3613 访问空间发消息积分:16461 LV10 总工程师 2019-1-13 14:19:16 倒数2
		看不明白这个电路是想达到一个什么目的，有问题。回复 \| 举报 \|

			36 boy59 boy59 离线 LV10 总工程师积分：16430 \| 主题：118 \| 帖子：2779 访问空间发消息积分:16430 LV10 总工程师最新回复 2019-1-13 21:35:57 倒数1
			动态响应特别快，从轻载到满载或从满足到轻载甚至输入、输出满载电流的换向，都可以在一个开关周期内完成，在这动态变化过程中电压几乎不发生波动。回复 \| 举报 \|