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隔離式變換器和直流式變換器的電壓使用條件

發(fā)布時(shí)間:2023-05-11 18:02:26人氣:

  根據(jù)輸入和輸出之間是否存在電氣隔離,DC變換器可分為兩類:沒有電氣隔離的變換器稱為非隔離式DC變換器,具有電氣隔離的變換器稱為隔離式DC變換器。


  根據(jù)使用的有功功率器件的數(shù)量,非隔離式DC變換器可分為三種類型:單管,雙管和四管。單管直流變換器有六種類型,分別是降壓變換器,升壓變換器,降壓-升壓變換器,Cuk變換器,Zeta變換器和Sepic變換器。在六個(gè)單管變換器中,降壓和升壓變換器是最基本的,而其他四個(gè)都是從它們衍生出來的。雙管直流變換器具有雙管降壓-升壓變換器。全橋直流變換器是常用的四管直流變換器。


  隔離式DC變換器也可以根據(jù)使用的有功功率設(shè)備的數(shù)量進(jìn)行分類。單管有兩種類型:向前和向后。雙管正向,雙管反激,推挽和半橋有四種類型。四管式直流變換器是全橋式直流變換器。


  隔離的變換器可以實(shí)現(xiàn)輸入和輸出之間的電氣隔離。通常使用變壓器來實(shí)現(xiàn)隔離。變壓器本身具有變壓功能,有利于擴(kuò)大變換器的應(yīng)用范圍。變壓器的應(yīng)用也方便了實(shí)現(xiàn)不同電壓或相同電壓的多個(gè)輸出。


  當(dāng)功率開關(guān)管的電壓和額定電流相同時(shí),變換器的輸出功率通常與所用開關(guān)管的數(shù)量成比例,因此四管變換器的輸出功率最大,而四管變換器的輸出功率則最大。單管變換器最小。沒有隔離的變換器可以與具有隔離的變換器組合以獲得單個(gè)變換器不具備的特性。


  根據(jù)能量傳遞,有兩種類型的DC變換器:單向和雙向。電源正常時(shí),具有雙向功能的充電器可為電池充電。一旦電源中斷,它就可以將電池電源返回到電網(wǎng),以便在短時(shí)間內(nèi)為電網(wǎng)提供應(yīng)急電源。用于直流電動(dòng)機(jī)控制的變換器也是雙向的。電動(dòng)機(jī)工作時(shí),電能從電源傳遞到電動(dòng)機(jī),制動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的電能反饋到電源。


  直流變換器也可以分為自激型和其他受控型。通過變換器自身的正反饋信號實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的自持周期性切換的變換器稱為自激變換器,而Loyer變換器是典型的推挽自激變換器。另一個(gè)控制的直流變換器中的開關(guān)設(shè)備的控制信號由特殊的控制電路生成。


  根據(jù)開關(guān)管的開關(guān)條件,可以將直流變換器分為硬開關(guān)和軟開關(guān)。硬開關(guān)直流變換器的開關(guān)裝置在電壓或電流流動(dòng)的情況下導(dǎo)通或關(guān)斷電路,因此在導(dǎo)通或關(guān)斷過程中存在很大的損耗,即所謂的開關(guān)損耗。


  當(dāng)變換器的工作狀態(tài)恒定時(shí),一次開關(guān)的損耗也恒定。因此,開關(guān)頻率越高,開關(guān)損耗越大。同時(shí),在開關(guān)過程中會(huì)引起電路的分布電感和寄生電容的振蕩,這會(huì)帶來額外的損耗,因此硬開關(guān)直流變換器的開關(guān)頻率不能太高。當(dāng)軟開關(guān)直流變壓器的開關(guān)管接通或斷開時(shí),施加在其上的電壓為零(即零電壓開關(guān)),或者通過設(shè)備的電流為零(即零電流開關(guān))。


  這種開關(guān)方法顯著降低了開關(guān)損耗和由開關(guān)過程引起的振蕩,可以大大提高開關(guān)頻率,并為變換器的小型化和模塊化創(chuàng)造了條件。功率FET是具有高開關(guān)速度的多子設(shè)備,但同時(shí)也具有較大的寄生電容。當(dāng)它關(guān)閉時(shí),其寄生電容在外部電壓的作用下充滿電。如果這部分電荷在開啟之前沒有放電,則會(huì)在設(shè)備內(nèi)部被消耗,這就是電容性的開啟損耗。


  為了減少甚至消除這種損耗,功率FET應(yīng)采用零電壓導(dǎo)通方法(ZVS)。絕緣柵雙極晶體管是復(fù)合器件。關(guān)斷期間的電流拖尾會(huì)導(dǎo)致很大的關(guān)斷損耗。如果在關(guān)斷之前將流過的電流減小到零,則開關(guān)損耗可以大大降低,因此IGBT應(yīng)該采用零電流(ZCS)關(guān)斷模式。


  IGBT在零電壓條件下關(guān)閉,這也可以減少關(guān)斷損耗,但是MOSFET在零電流條件下打開,并且不能減少電容性導(dǎo)通損耗。諧振變換器,準(zhǔn)諧振變換器,多諧振變換器,零電壓開關(guān)變換器,零電流開關(guān)PWM變換器,零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器和零電流轉(zhuǎn)換變換器都是軟開關(guān)DC變換器。電力電子設(shè)備和零開關(guān)變換器電路拓?fù)涞陌l(fā)展促使了高頻電力電子技術(shù)的誕生。

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