直流-直流(DC/DC)變換器

DC/DC變換釋義

DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓,也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種,一是脈寬調製方式Ts不變,改變ton(通用),二是頻率調製(1)BUCK電路——降壓斬波器,其輸出平均電壓
U0小於輸入電壓Ui,極性相同。
(2)Boost電路——升壓斬波器,其輸出平均電壓
U0大於輸入電壓Ui,極性相同。
(3)Buck-Boost電路——降壓或升壓斬波器,其
輸出平均電壓U0大於或小於輸入電壓Ui,極性相反,電感傳輸。
(4)Cuk電路——降壓或升壓斬波器,其輸出平均電
壓U0大於或小於輸入電壓Ui,極性相反,電容傳輸。
還有sepic、Zeta電路。
上述為非隔離型電路,隔離型電路有正激電路、反激電路、半橋電路、全橋電路、推挽電路

DC/DC變換髮展

當今軟開關技術使得DC/DC發生了質的飛躍,美國VICOR公司設計製造的多種ECI軟開關DC/DC變換器,其最大輸出功率有300W、600W、800W等,相應的功率密度為(6.2、10、17)W/cm3,效率為(80~90)%。日本NemicLambda公司最新推出的一種採用軟開關技術的高頻開關電源模組RM系列,其開關頻率為(200~300)kHz,功率密度已達到27W/cm3,採用同步整流器(MOS?FET代替肖特基二極體),使整個電路效率提高到90%。

技術參數

XRD系列直流變換直流模組(DC/DC)專為發電廠、變電站、供電局等設計,廣泛套用於電力系統遠動、通信、載波、繼電保護、RTU以及監控中需要直流供電的場所。*輸入與輸出完全隔離,安全可靠;
*先進的電流控制模式和穩定可靠的電路拓撲結構;
*關鍵零部件全部採用進口器件,主要技術指標遠高於國家有關標準;
*保護功能全面,輸出過欠壓、過流、短路、整機過熱保護;
*採用無主自動均流技術,可並機使用,擴容方便;
*可交直流雙輸入,交流和直流完全電氣隔離

AC/DC變換

AC/DC變換是將交流變換為直流,其功率流向可以是雙向的,功率流由電源流向負載的稱為“整流”,功率流由負載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電,因必須經整流、濾波,因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的,同時因遇到安全標準(如UL、CCEE等)及EMC指令的限制(如IEC、、FCC、CSA),交流輸入側必須加EMC濾波及使用符合安全標準的元件,這樣就限制AC/DC電源體積的小型化,另外,由於內部的高頻、高壓、大電流開關動作,使得解決EMC電磁兼容問題難度加大,也就對內部高密度安裝電路設計提出了很高的要求,由於同樣的原因,高電壓、大電流開關使得電源工作損耗增大,限制了AC/DC變換器模組化的進程,因此必須採用電源系統最佳化設計方法才能使其工作效率達到一定的滿意程度。

直流-直流變換器譯名

DC-DC converter

直流-直流變換器功能模組介紹

直流-直流變換器(DC-DC converter)內部一般具有PWM(脈寬調製)模組,E/A(差錯放大器模組),比較器模組等幾大功能模組。如下圖UC3842所示:

直流-直流變換器工作原理

其工作原理為:輸出經過FB(反饋電路)接到FB pin,反饋電壓VFB與設定好的比較電壓Vcomp比較後,產生差錯電壓信號,差錯電壓信號輸入到PWM模組,PWM根據差錯電壓的大小調節占空比,從而達到控制輸出電壓的目的,振盪器的作用是產生PWM工作頻率的三角波,三角波經過斬波電壓斬波後,產生方波,其方波就是控制MOSFET的導通時間從而控制輸出電壓的。

直流變換器調製方法

開關管導通時,輸出電壓等於輸入電壓Ud;開關管斷開時,輸出電壓等於0。輸出電壓波形如上圖所示,輸出電壓的平均值Uo為(4-1)式中Ts—開關周期D—開關占空比,􀂄改變負載端輸出電壓有3種調製方法:
1.開關周期Ts保持不變,改變開關管導通時間ton。也稱為脈寬調製(PWM)。􀂄
2.開關管導通時間ton保持不變,改變開關周期Ts。􀂄
3. 改變開關管導通時間ton,同時也改變開關周期Ts。
方式1的PWM是最常見的調製方式,這主要是因為後2種方式改變了開關頻率,而輸出級濾波器是根據開關頻率設計的,顯然,方式1有較好的濾波效果。

直流變換器脈寬調製方式

􀂄圖4-2(a)是脈寬調製方式的控制原理圖。給定電壓與實際輸出電壓經誤差放大器得到誤差控制信號uco,該信號與鋸齒波信號比較得到開關控制信號,控制開關管的導通和關斷,得到期望的輸出電壓。圖4-2(b)給出了脈寬調製的波形。鋸齒波的頻率決定了變換器的開關頻率。一般選擇開關頻率在幾千赫茲到幾百千赫之間。

直流變換器工作模式

按照控制電壓和鋸齒波幅值的關係,開關占空比D可以表示成:(4-2)􀂄直流-直流變換器有兩種不同的工作模式:
1. 電感電流連續模式
2.電感電流斷續模式􀂄在不同的情況下,變換器可能工作在不同的模式。因此,設計變換器和它的控制器參數時,應該考慮這兩種不同的工作模式的特性。

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