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隔离式变换器和直流式变换器的电压使用条件

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人气:-发表时间:2021-03-30 16:49【

  根据输入和输出之间是否存在电气隔离,DC变换器可分为两类:没有电气隔离的变换器称为非隔离式DC变换器,具有电气隔离的变换器称为隔离式DC变换器。


  根据使用的有功功率器件的数量,非隔离式DC变换器可分为三种类型:单管,双管和四管。单管直流变换器有六种类型,分别是降压变换器,升压变换器,降压-升压变换器,Cuk变换器,Zeta变换器和Sepic变换器。在六个单管变换器中,降压和升压变换器是最基本的,而其他四个都是从它们衍生出来的。双管直流变换器具有双管降压-升压变换器。全桥直流变换器是常用的四管直流变换器。


  隔离式DC变换器也可以根据使用的有功功率设备的数量进行分类。单管有两种类型:向前和向后。双管正向,双管反激,推挽和半桥有四种类型。四管式直流变换器是全桥式直流变换器。


  隔离的变换器可以实现输入和输出之间的电气隔离。通常使用变压器来实现隔离。变压器本身具有变压功能,有利于扩大变换器的应用范围。变压器的应用也方便了实现不同电压或相同电压的多个输出。


  当功率开关管的电压和额定电流相同时,变换器的输出功率通常与所用开关管的数量成比例,因此四管变换器的输出功率最大,而四管变换器的输出功率则最大。单管变换器最小。没有隔离的变换器可以与具有隔离的变换器组合以获得单个变换器不具备的特性。


  根据能量传递,有两种类型的DC变换器:单向和双向。电源正常时,具有双向功能的充电器可为电池充电。一旦电源中断,它就可以将电池电源返回到电网,以便在短时间内为电网提供应急电源。用于直流电动机控制的变换器也是双向的。电动机工作时,电能从电源传递到电动机,制动时电动机的电能反馈到电源。


  直流变换器也可以分为自激型和其他受控型。通过变换器自身的正反馈信号实现开关管的自持周期性切换的变换器称为自激变换器,而Loyer变换器是典型的推挽自激变换器。另一个控制的直流变换器中的开关设备的控制信号由特殊的控制电路生成。


  根据开关管的开关条件,可以将直流变换器分为硬开关和软开关。硬开关直流变换器的开关装置在电压或电流流动的情况下导通或关断电路,因此在导通或关断过程中存在很大的损耗,即所谓的开关损耗。


  当变换器的工作状态恒定时,一次开关的损耗也恒定。因此,开关频率越高,开关损耗越大。同时,在开关过程中会引起电路的分布电感和寄生电容的振荡,这会带来额外的损耗,因此硬开关直流变换器的开关频率不能太高。当软开关直流变压器的开关管接通或断开时,施加在其上的电压为零(即零电压开关),或者通过设备的电流为零(即零电流开关)。


  这种开关方法显着降低了开关损耗和由开关过程引起的振荡,可以大大提高开关频率,并为变换器的小型化和模块化创造了条件。功率FET是具有高开关速度的多子设备,但同时也具有较大的寄生电容。当它关闭时,其寄生电容在外部电压的作用下充满电。如果这部分电荷在开启之前没有放电,则会在设备内部被消耗,这就是电容性的开启损耗。


  为了减少甚至消除这种损耗,功率FET应采用零电压导通方法(ZVS)。绝缘栅双极晶体管是复合器件。关断期间的电流拖尾会导致很大的关断损耗。如果在关断之前将流过的电流减小到零,则开关损耗可以大大降低,因此IGBT应该采用零电流(ZCS)关断模式。


  IGBT在零电压条件下关闭,这也可以减少关断损耗,但是MOSFET在零电流条件下打开,并且不能减少电容性导通损耗。谐振变换器,准谐振变换器,多谐振变换器,零电压开关变换器,零电流开关PWM变换器,零电压转换PWM变换器和零电流转换变换器都是软开关DC变换器。电力电子设备和零开关变换器电路拓扑的发展促使了高频电力电子技术的诞生。