在使用电力电子设备时,DC-DC转换器拓扑对于实际设计至关重要。电力电子学中主要有两种主要的DC-DC转换拓扑,即开关转换器和线性转换器。
现在,根据能量守恒定律,我们知道,能量既不能创造也不能破坏,而只能转化。开关稳压器也是如此,任何转换器的输出功率(瓦数)都是电压和电流的乘积,理想情况下,DC-DC转换器在功率不变的情况下转换电压或电流。例如5V输出可以提供2A电流的情况。以前我们已经设计了5V,2A SMPS电路,您可以检查出是否正在寻找它。
现在考虑一种情况,我们需要针对特定应用将其更改为10V输出。现在,如果在此处使用DC-DC转换器,并且10W输出的5V 2A是恒定的,那么理想情况下,DC-DC转换器将以1A额定电流将电压转换为10V。这可以通过使用升压开关拓扑结构来实现,在该拓扑结构中,开关电感器一直处于开关状态。
另一种昂贵但有用的方法是使用推挽转换器。推挽式转换器开辟了许多转换可能性,例如降压,升压,降压-升压,隔离甚至非隔离拓扑,它也是电力电子中使用的最古老的开关拓扑之一,需要最少的组件来生产具有多个输出电压的中等功率输出(通常-150W至500W)。人们需要在隔离的推挽式转换器电路中改变变压器绕组以改变输出电压。
但是,所有这些功能在我们的脑海中提出了许多问题。像,推挽转换器如何工作? 哪些元件对构建推挽转换器电路很重要?因此,请继续阅读,我们将找出所有必要的答案,最后,我们将为演示和测试构建实用的电路,让我们开始吧。
推挽转换器的构造
名字有答案。推和拉对同一件事有两个相反的含义。用外行术语来说,推挽是什么意思?字典说推词是指用力使人或物体移开而向前移动。在推挽式DC-DC转换器中,推动定义了推动电流或馈送电流。现在,拉动意味着什么?字典再次说要对某人或某物施加力以使其向自己移动。在推挽式转换器中,电流再次被拉出。
因此,推挽式转换器是一种开关转换器,其中电流不断地被推入某物并不断地从某物拉出。这是一种反激变压器或电感器。电流不断从变压器中推拉。使用这种推挽方法,变压器将磁通量传输到次级线圈,并提供某种隔离电压。
现在,由于这是一种开关调节器,因此变压器的开关方式也需要同步推拉电流,因此我们需要某种开关调节器。在此,需要异步推挽驱动器。现在,很明显,开关是用不同类型的晶体管或Mosfet制造的。
电子市场上有许多推挽驱动器,可立即用于推挽对话相关工作。
在下面的列表中几乎找不到这种驱动器IC,
- LT3999
- MAX258
- MAX13253
- LT3439
- TL494
推挽转换器如何工作?
为了理解推挽转换器的工作原理,我们画出了一个基本电路,它是一个基本的半桥推挽转换器,下面为简单起见,我们介绍了半桥拓扑,但是还有另一种常见的拓扑结构,称为全桥推挽转换器。
两个NPN晶体管将实现推挽功能。两个晶体管Q1和Q2不能同时导通。当Q1打开时,Q2将保持关闭,当Q1关闭时,Q2将打开。它会顺序发生,并将继续循环。
我们可以看到,以上电路使用了一个变压器,这是一个隔离的推挽式转换器。
上图显示了Q1开启且Q2将关闭的状态。因此,电流将流经变压器的中心抽头,并通过晶体管Q1接地,而Q2将阻止电流流经变压器的另一个抽头。当Q2打开而Q1保持关闭时,情况恰恰相反。每当电流发生变化时,变压器就会将能量从初级侧传递到次级侧。
上图对于检查这种情况的发生非常有用,首先,电路中以前没有电压或电流流动。Q1接通后,由于电路现在关闭,因此恒定电压首先冲击抽头。电流开始增加,然后将电压感应到次级侧。
在下一阶段,经过一段时间延迟后,晶体管Q1截止,Q2导通。这里有一些重要的事情在起作用-变压器寄生电容和电感形成一个LC电路,该电路开始以相反的极性进行切换。电荷开始通过变压器的另一个抽头绕组沿相反方向回流。以这种方式,这两个晶体管不断以交替模式推动电流。但是,由于上拉是通过LC电路和变压器的中心抽头完成的,因此称为推挽拓扑。通常以这样的方式来描述,即两个晶体管交替地推动电流,而在晶体管不汲取电流的情况下将常规推挽式命名。负载波形看起来像锯齿形,但是上面的波形中并未显示。
当我们了解了推挽式转换器设计的工作原理后,让我们继续为其构建实际电路,然后我们可以在工作台上对其进行分析。但是在此之前,让我们看一下原理图。
构建实用的推挽转换器所需的组件
好吧,下面的电路是在面包板上构建的。用于测试电路的组件如下:
- 2个具有相同额定值的Pcs电感器-220uH 5A环形电感器。
- 0.1uF聚酯薄膜电容器-2个
- 1k电阻1%-2个
- ULN2003达灵顿对晶体管
- 100uF 50V电容器
实用的推挽转换器电路图
原理图非常简单。让我们分析一下连接,ULN2003是达林顿对晶体管阵列。该晶体管阵列非常有用,因为芯片组内部提供了续流二极管,并且不需要任何其他组件,从而避免了面包板上的任何其他复杂布线。对于同步驱动器,我们使用一个简单的RC定时器,该定时器将同步导通和关断晶体管,以在整个电感器上产生推挽效应。
实用推挽转换器-工作
电路的工作很简单。让我们去掉达林顿对,并使用两个晶体管Q1和Q2简化电路。
RC网络与Q1和Q2的基极交叉连接,后者使用称为再生反馈的反馈技术导通备用晶体管。
它开始这样运行-当我们向变压器的中心抽头(两个电感器之间的公共连接点)施加电压时,电流将流过变压器。取决于磁通密度和极性的饱和度(负极性或正极性),电流首先会给C1和R1或C2和R2充电,而不是同时充电。假设C1和R1首先获得电流。 C1和R1提供了一个定时器,它使晶体管Q2导通。变压器的L2部分将利用磁通量感应电压。在这种情况下,C2和R2开始充电并打开Q1。然后,变压器的L1部分感应出电压。时序或频率完全取决于输入电压,变压器或电感器的饱和磁通,一次匝数,铁芯的横截面平方厘米面积。频率的公式是-
F =(V中* 10 8)/(4 *β š * A * N)
其中Vin是输入电压,10 8是一个恒定值,β小号 是将在所述变压器被反射芯的饱和磁通密度,A是截面积,N是线圈匝数。
测试推挽转换器电路
要测试电路,需要以下工具:
- 2毫米-一个用于检查输入电压,另一个用于输出电压
- 示波器
- 台式电源。
该电路构建在面包板上,功率缓慢增加。输入电压为2.16V,而输出电压为8.12V,几乎是输入电压的四倍。
但是,该电路不使用任何反馈拓扑,因此输出电压不是恒定的,也不是隔离的。
在示波器中可以观察到推挽的频率和切换,
因此,该电路现在充当输出电压不恒定的推挽升压转换器。预计该推挽转换器可以提供高达2W的功率,但是由于缺乏反馈生成,我们尚未对其进行测试。
结论
该电路是推挽转换器的简单形式。但是,始终建议 为所需的输出使用适当的推挽驱动器 IC。可以以隔离或非隔离的方式构造电路,可以构建推挽转换中的任何拓扑。
以下电路是控制推挽式DC / DC转换器的合适电路。它是使用LT3999的1:1推挽转换器,适用于Analog Devices(Linear Technologies)。
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