| | | | | 这个电路是用一个填谷电路替代原Buck电路中的续流二极管,这种应用的目的是想降低输出纹波电压。下面是普通Buck和这种填谷Buck电路主要波形对比。 图1-2 普通Buck与填谷Buck波形对比 这种填谷Buck电路降纹波的机理是降低续流电感前的电压波动,如图普通Buck的续流电感前Ua电压波动是0-24V,填谷式Buck的Ua电压波动是7-24(波动范围受电路中另一电感影响),从仿真结果看填谷式Buck电路的电感纹波电流和输出纹波电压都降低了。另外这种填谷Buck电路的开关管和二极管承受的电压应力较小。
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| | | | | | | 这种填谷Buck电路并不复杂基本工作原理如下: 图1-3 填谷Buck工作原理 Ton时刻两个电容串联充电,Toff时刻两个电容并联放电,中间串一个限流电感,工作过程就是一个Buck电路和一个填谷电路的协同工作。
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| | | | | | | | | | | 是的,这个电路的缺点就是开关管中的电流要比普通Buck电路中的大,换句话就是电压应力低了电流应力高了凡事都有利有弊就看应用场合了。
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| | | | | | | | | | | | | 你把填谷电路中相同的电容电感放输出端,做一级LC滤波看,也许纹波更低,还不改变占空。
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| | | | | | | | | | | | | | | 那样就变成了无源滤波,较之现在有源滤波还是有些差异的。
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| | | | | 第二个电路,均衡电路 图2-1 均衡电路 这个电路的功能是保持电容U1和U2电压的均衡,如果把电容换成电池那么这个电路就变成了电池均衡电路。
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| | | | | | | 这个电路可以拆分为两个电路,如下图 图2-2 均衡电路原理分析 左边等效为一个Buck降压电路,如果U2电压低于1/2(U1+U2)则这部分电路工作电容U1向电容U2充电。右边等效为一个Boost升压电路,如果U2电压高于1/2(U1+U2)则这部分电路工作,电容U2向电容U1放电,最终维持在U1=U2。
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| | | | | | | | | 上面的电路还可以简化去掉两个二极管及一个电感。 图2-3 均衡电路最终版 这图2-3个电路并不陌生可以看成是不带负载的半桥电路也可以当成没有负载的LLC电路,因没有阻性负载的参与能量只是在两个电容之间互相转换。如果功力深厚还可以实现同步整流进一步提升效率。
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| | | | | | | | | | | 分别在电容旁并联电阻负载创造一种非均衡状态,仿真波形如下 图2-4 负载并联在下电容时的均衡波形 当负载并联在下电容c.u2时下电容的电压逐渐降低,这时Buck电路工作补充电容c.u2损失的能量最终保持电容c.u1和电容c.u2电压平衡。 负载电容接在上电容c.u1旁的波形如下 图2-5 负载并联在上电容时的均衡波形 图2-5的情况Boost电路工作,电感L1电流相对于Buck模式发生了反向偏转,最终电容c.u1和c.u2电压保持均衡。
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| | | | | | | | | | | | | 下面是电容c.u1和c.u2旁分别施加交替变化负载的仿真波形 图2-6 上下电容并联交替变化负载的均衡波形
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| | | | | | | | | | | | | | | 上面的均衡电路是一个基本单元,多级均衡电路可由多个基本来实现。基本单元可集成在一个芯片中方便使用,如下图 图2-7 均衡单元及集成均衡模块 如图2-7(b)所示集成后的均衡模块只需外接一个电容、一个电感即可,电池组的均衡电路接法如下: 图2-8 电池组均衡电路 因相邻两电池均衡了整个电池组就均衡了无论电池组有多少串均衡模块接入即可使用,所以这种方法非常灵活。
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| | | | | | | | | | | | | | | | | 问题归结为:N级电池是否需要2N-1个开关才能均衡?
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | 是2*(N-1)个开关,N级电池用N+1个开关的电路需要n多个AD采样控制较麻烦设计时也需针对电池的组数通用性差。这种冗余设计控制简单通用性好,对于普通用户只需选择恰当的功率模块就可自行实现电池组均衡。
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| | | | | | | | | | | | | | | | | 另一种更容易实现的均衡电路如下 图2-9 单电源并充方案 这种方案需要一根五芯线其中两根粗线走主电流当电池不均衡时通过细线中的电流来补偿。 这种效果等同于四个独立的电源对单个电池充电,如果有必要可采用图2-9这种有源钳位方式(或其它方式)来消除漏感对均衡的影响。
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| | | | | 第三个电路,升降压型逆变 图3-1 升降压型逆变 一般的逆变电路都是基于Buck原理的降压型,有一种升降压逆变需要的开关管较多,图3-1的电路相对来说电路简单些不过性能也略差些。
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| | | | | | | 仿真波形如下 图3-2升降压型逆变波形
如图3-2所示这种电路可以把输入24V逆变为±48V输出,由于还未找到恰当的控制方式波形不是很完美。
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| | | | | 双向倍压电路 对于整流桥电路当输入电压比较低时可以用一个倍压电路来提升电压,如下图4-1 图4-1 整流桥与2倍压电路 如需更高电压时可以用多级倍压电路,如下图4-2四倍压电路 图4-2 双向四倍压电路
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| | | | | | | 这种双向倍压电路与通常倍压电路的对比电路如下 图4-3 双向四倍压电路与单向四倍压电路 这两种电路所用元件相同只是接法略有不同,他们的仿真结果大不相同(接有10K负载)。 图4-4 双向倍压与单向倍压的仿真对比 图4-4的仿真结果显示双向倍压电路(倍压1)的纹波更小充电时间更快,虽然采用相同元件性能却有大幅提升。
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| | | | | | | | | 常见倍压电路有下面三种接法 图4-5 三种倍压电路 图4-5中 电路1纹波大,电路2纹波小但电容要承受高压,电路3纹波优于电路1。 对比仿真双向倍压电路和电路3的结果如下 图4-6 双向倍压与电路3的对比仿真 图4-6的结果显示双向倍压电路可以少用一半元件而达到单向倍压相同的纹波效果,充电速度上还要更快。
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| | | | | “隔离”Cuk电路 电路如下图 图5-1 “隔离”Cuk电路 图5-1的电路并非真正的隔离电路,如果电容两端是两个独立的系统(如变压器的初次级)才能实现隔离效果。
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| | | | | | | 因为有隔离的特点所以输出的参考地接在不同位置会实现不同的功能。 图5-2 负压Cuk电路 图5-2的接法相当于电容C2被短路,电路变成Cuk电路。 图5-3 正压Speic电路 图5-3的接法电路变成了Speic电路,电容C2相当于断路。
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| | | | | | | | | 图5-2和图5-3综合起来可以实现正负压电路 图5-4 正负压电路 仿真结果 图5-5 正负压电路波形 图5-5的输入电压10V占空比50%输出±5V,这种正负压电路需要两路负载相近,对一些小功率的正负压应用场合还是比较简单实用的。
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