非隔离式降压、升压和降压-升压拓扑广泛用于 AC-DC 电源和非隔离式 DC-DC 转换器设计。 虽然早在20世纪70年代就已经申请了许多专利,但其简洁的线条、低成本和高效率使它们一直沿用到今天。 新产品中还采用了数字控制、改进的组件和更高效的磁性材料等新技术。
隔离式和非隔离式DC-DC转换器之间的主要区别在于变压器的存在与否。 在隔离式转换器中,变压器用于在直流输入(初级)和直流输出(次级)之间提供安全屏障。 非隔离式转换器通常使用低压电池或带有安全栅的 AC-DC 电源作为输入源。
非隔离式转换器主要有三种类型:降压、升压和降压-升压。 为了便于理解,使用开关代替晶体管,使用二极管代替同步整流电路。
降压转换器(也称为降压转换器)的输出电压低于输入电压,如图1所示。
图 1 降压转换器。
当晶体管导通时,电流流过电感器L并将能量存储在电感器L中,同时为电容器C充电。 当晶体管 S 断开时,电感 L 中储存的能量通过负载和二极管 D 环路放电,电容器 C 也为负载提供部分能量。 开关频率通常大于100kHz。 输出电压的大小取决于晶体管打开和关闭的时间。
升压转换器,也称为升压转换器,其输出电压高于输入电压。 请参阅图 2。
图 2 升压转换器。
当晶体管 S 导通时,电流通过电感器 L 和晶体管 S 环路返回到输入端。 在此期间,能量存储在电感器中。 当晶体管 S 断开时,电感器 L 充当与输入电压串联的电压源。 电感器的能量存储通过二极管 d 和负载环路释放。 电容器(c)可以充电到高于输入电压的水平,输出电压取决于晶体管S导通和关断的时间。
升压转换器拓扑适用于大多数 AC-DC 电源的功率因数校正 (PFC) 部分。 当然,使用的控制IC是不同的,PFC的目的是确保输入电流波形是正弦波形。 当输入电压大于250VAC时,直流输入可能高于电容C上的电压。 这将降低 PFC 升压转换器的性能,并且由于转换器未在升压模式下运行,功率因数将略有降低。
降压-升压转换器是降压和升压转换器的组合。 输出电压可以高于或低于输入电压。 请参阅图 3
图3 降压-升压转换器。
如上图所示,降压-升压转换器电路更复杂,需要更多的元件。 S2、L 和 D2 构成升压转换部分,S1、L 和 D1 构成降压转换部分。
TDK-Lambda标配降压和降压-升压转换器。 与降压-升压转换器相比,降压转换器具有元件少、复杂度低、成本低、效率高、体积小、输出功率大等优点。
图 4:i7C 系列 300W 降压-升压 DC-DC 转换器。
图 5:I3A 系列 100W BUCK DC-DC 转换器。
图 6 I6A 系列 250W BUCK DC-DC 转换器。
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