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一個神奇的電路

偶然想到一個奇特的電路,見下圖1

神奇電路

                                              1 Boost-buck并聯電路

這個電路是由一個正向的Boost電路和一個逆向的Buck電路首尾相連構成,另外兩電路中的電感公用一個磁芯。之所以稱其為神奇電路是因為這個電路似乎隱含著某些哲理似乎是一種更符合自然規律的電路。目前只推測出這個電路的幾個特點其中還包括一個無以倫比的優點,等仿真驗證后再進行討論。不知是否有人見過類似電路的?或者有相關資料亦或者幫忙分析和發掘一下這種電路的潛力。

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2015-09-22 11:39
原圖錯誤現已改正
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heliu
LV.4
3
2015-09-22 12:31
我讀書少你不要騙我。
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2015-09-22 14:31
@heliu
我讀書少你不要騙我。
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2015-09-22 14:32

上一張電流走向圖

                                         圖2 Boost-Buck并聯電路電流走向

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nk6108
LV.8
6
2015-09-22 22:53
@boy59
上一張電流走向圖[圖片]                     圖2Boost-Buck并聯電路電流走向
boost高了的電壓不能直接往電源返還,buck是降壓的,正合用!
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jianyedin
LV.9
7
2015-09-23 09:38
@boy59
上一張電流走向圖[圖片]                     圖2Boost-Buck并聯電路電流走向
不明白此電路的目的,BOOST要是閉環了還用的著BUCK嗎?
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2015-09-23 11:29
@jianyedin
不明白此電路的目的,BOOST要是閉環了還用的著BUCK嗎?
這個電路沒有環路,輸出穩壓是用的非線性控制,目前已經仿真出超級動態響應的特點,還需繼續發掘。
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release
LV.6
9
2015-09-23 17:54
@boy59
上一張電流走向圖[圖片]                     圖2Boost-Buck并聯電路電流走向
是想說這是一個雙向電源嗎?
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2015-09-24 08:55
@release
是想說這是一個雙向電源嗎?
是有雙向的特點,一般的電路是不能實現瞬間的雙向切換因為電感電流不能瞬間換向,這個電路就可以不過現在還沒仿真出來。
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2015-09-24 09:03
已實現的超級動態響應仿真如下圖

                                                圖3 負載動態變化規律圖

                                                 圖4 超級動態響應波形

圖3是負載的在0-10ms之內的突變規律圖,最大10K歐姆最小20歐姆。在圖4中可以看到輸出電壓Uo幾乎是不受負載變化所影響的,這個特性非常的優異可以瞬間的處理掉負載的突變,那么這個瞬間有多長呢?一是門電路的延時,二是MOS管對驅動信號的響應時間。

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2015-09-25 07:30

雙向DC-DC仿真結果如下

                                                        圖5 雙向DC-DC仿真

圖10中藍色曲線i3是通常的雙向DC-DC電路的電流波形,電流換向時需要一定的時間這是感性元件電流不能突變的特點。紅色曲線i_test為并聯Boost-Buck電路的左側電流(左側為Boost的輸入Buck的輸出所以電流都是連續的),在換向的時候電流直接突變沒有延遲。綠色曲線il1為Boost-buck并聯電路電感中的電流,這個電流沒有變化。這種雙向切換功能主要得益于那個變壓器做的電感,其可在不改變磁通的情況下瞬間改變電流的方向。

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nk6108
LV.8
13
2015-09-26 21:14
相反而相成,既對立又統一,就是這電路的「哲理」,這電路可以叫做有源APFC。
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2015-09-28 09:49

在電路的輸入輸出側分別加了兩個小電阻用來測試輸入輸出的電流情況見下圖

                                                        6 輸入輸出電流測試電路

                                                       7 輸入輸出電流波形

7 是左為電源右為負載能量從左到右傳遞的電流波形。

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nk6108
LV.8
15
2015-10-05 22:17
@boy59
在電路的輸入輸出側分別加了兩個小電阻用來測試輸入輸出的電流情況見下圖[圖片]                             圖6輸入輸出電流測試電路[圖片]                            圖7輸入輸出電流波形圖7是左為電源右為負載能量從左到右傳遞的電流波形。
如果把一個電源切斷,另一個電源可以走一圈回到原處。
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xyx11
LV.6
16
2015-10-06 19:55

電路不可能實用

左右電壓不能隨意

否則,環流沖突

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nk6108
LV.8
17
2015-10-07 22:32
@xyx11
電路不可能實用左右電壓不能隨意否則,環流沖突
在安全范圍內可隨意,但必須左低右高。
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nk6108
LV.8
18
2015-10-07 22:45
@boy59
上一張電流走向圖[圖片]                     圖2Boost-Buck并聯電路電流走向

電感總在低壓端,開關總在高壓處,

如果把那MOSFET去掉,就可更清楚地看到兩個環路的拓撲相同,那些二極管的擺置更是完全一樣。

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nk6108
LV.8
19
2015-10-07 22:45
@boy59
上一張電流走向圖[圖片]                     圖2Boost-Buck并聯電路電流走向

不管buck或boost,電能的傳輸都需要兩步才完成,

如果把其中一個電源擦掉,就可發現這架構跟 雙管正激 類同,電能只需兩步即可回歸原處(buck與boost分用則需四步),沒有損失,

這樣的「旅游」就是無功,香港的《無線電技術》曾介紹一種電瓶測試器,就是利用沉重的無功負荷來測試電瓶的健康狀況,此電路也可以這樣用。

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xyx11
LV.6
20
2015-10-08 08:24
@nk6108
在安全范圍內可隨意,但必須左低右高。

兩個繞組的電壓不對稱是不行的吧

否則就沖突了

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nk6108
LV.8
21
2015-10-08 10:41
@xyx11
兩個繞組的電壓不對稱是不行的吧否則就沖突了
buck繞組吃的電壓比boost繞組高,但兩個電路(MOSFET)不同時開啟就不會沖突,開啟的一路成為原邊(並且扼流),關著的那一路就充當副邊(經二極管送電)。
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xyx11
LV.6
22
2015-10-08 11:27
@nk6108
buck繞組吃的電壓比boost繞組高,但兩個電路(MOSFET)不同時開啟就不會沖突,開啟的一路成為原邊(並且扼流),關著的那一路就充當副邊(經二極管送電)。
目前電壓 一個300  一個400  你的兩個繞組匝數比是多少? 
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2015-10-08 13:11
@xyx11
目前電壓一個300 一個400 你的兩個繞組匝數比是多少? 

你說到的這個問題在其它地方有討論過,這里沒人討論我也就沒提

輸入電壓300輸出電壓400匝比為1:3,當匝比固定為1:3時輸入輸出比只能為3:4這確實限制了這個電路的應用。后來電路做了改進去掉了MOS管中的體二極管匝比按1:1就可以,前面的幾個仿真都是用這個改進后的電路實現的。

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xyx11
LV.6
24
2015-10-08 21:48
@boy59
你說到的這個問題在其它地方有討論過,這里沒人討論我也就沒提[圖片]輸入電壓300輸出電壓400匝比為1:3,當匝比固定為1:3時輸入輸出比只能為3:4這確實限制了這個電路的應用。后來電路做了改進去掉了MOS管中的體二極管匝比按1:1就可以,前面的幾個仿真都是用這個改進后的電路實現的。
MOSFET 的反向耐壓也有問題啊,恐怕還要串聯二極管才可以啊
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nk6108
LV.8
25
2015-10-08 22:11
@boy59
你說到的這個問題在其它地方有討論過,這里沒人討論我也就沒提[圖片]輸入電壓300輸出電壓400匝比為1:3,當匝比固定為1:3時輸入輸出比只能為3:4這確實限制了這個電路的應用。后來電路做了改進去掉了MOS管中的體二極管匝比按1:1就可以,前面的幾個仿真都是用這個改進后的電路實現的。

除了兩管交替通斷之外,也可做成19樓提到的雙管正激模式,

正激模式 除了可以做成 無功廻流器,還可做成自耦變壓器,這時,兩個電源的電壓仍可隨意,但比例就受制于匝數比了,

如果兩個都是恒壓源,比例跟扼流圈(自耦變壓器)的變比不相等,就需要像 14樓圖6 那樣加上限流阻抗,如果其中一個「電源」是平波電容,則電容電壓會根據變比而定,限流阻抗或可甭加。

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nk6108
LV.8
26
2015-10-08 22:29
@boy59
你說到的這個問題在其它地方有討論過,這里沒人討論我也就沒提[圖片]輸入電壓300輸出電壓400匝比為1:3,當匝比固定為1:3時輸入輸出比只能為3:4這確實限制了這個電路的應用。后來電路做了改進去掉了MOS管中的體二極管匝比按1:1就可以,前面的幾個仿真都是用這個改進后的電路實現的。
把MOSFET的逆導二極管去掉,互感扼流圈就成為真正的扼流圈,互感機制被堵截,但MOSFET要挨反壓了。
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2015-10-09 07:08
@nk6108
把MOSFET的逆導二極管去掉,互感扼流圈就成為真正的扼流圈,互感機制被堵截,但MOSFET要挨反壓了。

兩位分析的都很有道理,下面是兩個MOS管源漏極上的電壓波形圖

                                                    圖8 兩MOS管的Vds電壓波形

Buck管承受正負200V電壓Boost管承受正400V電壓,目前的功率MOS管都帶體二極管不能控制負壓,這里可用兩個MOS管對接來做Buck管。

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2015-10-09 07:14
@nk6108
不管buck或boost,電能的傳輸都需要兩步才完成,如果把其中一個電源擦掉,就可發現這架構跟雙管正激類同,電能只需兩步即可回歸原處(buck與boost分用則需四步),沒有損失,這樣的「旅游」就是無功,香港的《無線電技術》曾介紹一種電瓶測試器,就是利用沉重的無功負荷來測試電瓶的健康狀況,此電路也可以這樣用。
這位兄臺有沒有詳細點的資料?曾設想這個電路用于電池快速充電上(脈沖型)只是這方面了解的不多,同時用無功測電瓶健康很好奇。
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xyx11
LV.6
29
2015-10-09 08:34
@boy59
兩位分析的都很有道理,下面是兩個MOS管源漏極上的電壓波形圖[圖片]                          圖8兩MOS管的Vds電壓波形Buck管承受正負200V電壓Boost管承受正400V電壓,目前的功率MOS管都帶體二極管不能控制負壓,這里可用兩個MOS管對接來做Buck管。

還是返璞歸真吧

這個復雜度,還不如 用兩個獨立電源(一個BUCK 一個BOOST)反向并聯,各干各的省心。

或者不追求電感電流的突變,一個電感加一個半橋臂,樸實無華,能干所有的活

實際上,追求電感電流的突變,意義不大,加大兩邊的電容,即可解決突變問題,

也就是,在電感電流變過來前,讓電容接收電荷,電壓在允許范圍內即可。

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2015-10-09 09:25
@xyx11
還是返璞歸真吧[圖片]這個復雜度,還不如用兩個獨立電源(一個BUCK一個BOOST)反向并聯,各干各的省心。或者不追求電感電流的突變,一個電感加一個半橋臂,樸實無華,能干所有的活[圖片]。實際上,追求電感電流的突變,意義不大,加大兩邊的電容,即可解決突變問題,也就是,在電感電流變過來前,讓電容接收電荷,電壓在允許范圍內即可。
這個電路的精髓就是動態響應其它的電路沒辦法達到這個效果吧。即便加大兩邊電容在負載突變時也會有一個電壓變化,電路需一段時間才能重新達到穩態,這個電路就沒這個問題見圖4從輕載到滿載從滿載到空載其可以無視負載的變化。而且這個電路可用于AC-AC,如果加大兩邊電容只能局限于DC-DC的應用。另外將這個電路用作電機電源會不會很理想? 
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xyx11
LV.6
31
2015-10-09 18:12
@boy59
這個電路的精髓就是動態響應其它的電路沒辦法達到這個效果吧[圖片]。即便加大兩邊電容在負載突變時也會有一個電壓變化,電路需一段時間才能重新達到穩態,這個電路就沒這個問題見圖4從輕載到滿載從滿載到空載其可以無視負載的變化。而且這個電路可用于AC-AC,如果加大兩邊電容只能局限于DC-DC的應用。另外將這個電路用作電機電源會不會很理想? 
你靠什么來穩壓的?
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