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一个神奇的电路

偶然想到一个奇特的电路,见下图1

                                              1 Boost-buck并联电路

这个电路是由一个正向的Boost电路和一个逆向的Buck电路首尾相连构成,另外两电路中的电感公用一个磁芯。之所以称其为神奇电路是因为这个电路似乎隐含着某些哲理似乎是一种更符合自然规律的电路。目前只推测出这个电路的几个特点其中还包括一个无以伦比的优点,等仿真验证后再进行讨论。不知是否有人见过类似电路的?或者有相关资料亦或者帮忙分析和发掘一下这种电路的潜力。

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2015-09-22 11:39
原图错误现已改正
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heliu
LV.4
3
2015-09-22 12:31
我读书少你不要骗我。
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2015-09-22 14:31
@heliu
我读书少你不要骗我。
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2015-09-22 14:32

上一张电流走向图

                                         图2 Boost-Buck并联电路电流走向

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nk6108
LV.8
6
2015-09-22 22:53
@boy59
上一张电流走向图[图片]                     图2Boost-Buck并联电路电流走向
boost高了的电压不能直接往电源返还,buck是降压的,正合用!
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jianyedin
LV.9
7
2015-09-23 09:38
@boy59
上一张电流走向图[图片]                     图2Boost-Buck并联电路电流走向
不明白此电路的目的,BOOST要是闭环了还用的着BUCK吗?
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2015-09-23 11:29
@jianyedin
不明白此电路的目的,BOOST要是闭环了还用的着BUCK吗?
这个电路没有环路,输出稳压是用的非线性控制,目前已经仿真出超级动态响应的特点,还需继续发掘。
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release
LV.6
9
2015-09-23 17:54
@boy59
上一张电流走向图[图片]                     图2Boost-Buck并联电路电流走向
是想说这是一个双向电源吗?
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2015-09-24 08:55
@release
是想说这是一个双向电源吗?
是有双向的特点,一般的电路是不能实现瞬间的双向切换因为电感电流不能瞬间换向,这个电路就可以不过现在还没仿真出来。
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2015-09-24 09:03
已实现的超级动态响应仿真如下图

                                                图3 负载动态变化规律图

                                                 图4 超级动态响应波形

图3是负载的在0-10ms之内的突变规律图,最大10K欧姆最小20欧姆。在图4中可以看到输出电压Uo几乎是不受负载变化所影响的,这个特性非常的优异可以瞬间的处理掉负载的突变,那么这个瞬间有多长呢?一是门电路的延时,二是MOS管对驱动信号的响应时间。

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2015-09-25 07:30

双向DC-DC仿真结果如下

                                                        图5 双向DC-DC仿真

图10中蓝色曲线i3是通常的双向DC-DC电路的电流波形,电流换向时需要一定的时间这是感性元件电流不能突变的特点。红色曲线i_test为并联Boost-Buck电路的左侧电流(左侧为Boost的输入Buck的输出所以电流都是连续的),在换向的时候电流直接突变没有延迟。绿色曲线il1为Boost-buck并联电路电感中的电流,这个电流没有变化。这种双向切换功能主要得益于那个变压器做的电感,其可在不改变磁通的情况下瞬间改变电流的方向。

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nk6108
LV.8
13
2015-09-26 21:14
相反而相成,既对立又统一,就是这电路的「哲理」,这电路可以叫做有源APFC。
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2015-09-28 09:49

在电路的输入输出侧分别加了两个小电阻用来测试输入输出的电流情况见下图

                                                        6 输入输出电流测试电路

                                                       7 输入输出电流波形

7 是左为电源右为负载能量从左到右传递的电流波形。

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nk6108
LV.8
15
2015-10-05 22:17
@boy59
在电路的输入输出侧分别加了两个小电阻用来测试输入输出的电流情况见下图[图片]                             图6输入输出电流测试电路[图片]                            图7输入输出电流波形图7是左为电源右为负载能量从左到右传递的电流波形。
如果把一个电源切断,另一个电源可以走一圈回到原处。
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xyx11
LV.6
16
2015-10-06 19:55

电路不可能实用

左右电压不能随意

否则,环流冲突

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nk6108
LV.8
17
2015-10-07 22:32
@xyx11
电路不可能实用左右电压不能随意否则,环流冲突
在安全范围内可随意,但必须左低右高。
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nk6108
LV.8
18
2015-10-07 22:45
@boy59
上一张电流走向图[图片]                     图2Boost-Buck并联电路电流走向

电感总在低压端,开关总在高压处,

如果把那MOSFET去掉,就可更清楚地看到两个环路的拓扑相同,那些二极管的摆置更是完全一样。

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nk6108
LV.8
19
2015-10-07 22:45
@boy59
上一张电流走向图[图片]                     图2Boost-Buck并联电路电流走向

不管buck或boost,电能的传输都需要两步才完成,

如果把其中一个电源擦掉,就可发现这架构跟 双管正激 类同,电能只需两步即可回归原处(buck与boost分用则需四步),没有损失,

这样的「旅游」就是无功,香港的《无线电技术》曾介绍一种电瓶测试器,就是利用沉重的无功负荷来测试电瓶的健康状况,此电路也可以这样用。

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xyx11
LV.6
20
2015-10-08 08:24
@nk6108
在安全范围内可随意,但必须左低右高。

两个绕组的电压不对称是不行的吧

否则就冲突了

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nk6108
LV.8
21
2015-10-08 10:41
@xyx11
两个绕组的电压不对称是不行的吧否则就冲突了
buck绕组吃的电压比boost绕组高,但两个电路(MOSFET)不同时开启就不会冲突,开启的一路成为原边(並且扼流),关着的那一路就充当副边(经二极管送电)。
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xyx11
LV.6
22
2015-10-08 11:27
@nk6108
buck绕组吃的电压比boost绕组高,但两个电路(MOSFET)不同时开启就不会冲突,开启的一路成为原边(並且扼流),关着的那一路就充当副边(经二极管送电)。
目前电压 一个300  一个400  你的两个绕组匝数比是多少? 
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2015-10-08 13:11
@xyx11
目前电压一个300 一个400 你的两个绕组匝数比是多少? 

你说到的这个问题在其它地方有讨论过,这里没人讨论我也就没提

输入电压300输出电压400匝比为1:3,当匝比固定为1:3时输入输出比只能为3:4这确实限制了这个电路的应用。后来电路做了改进去掉了MOS管中的体二极管匝比按1:1就可以,前面的几个仿真都是用这个改进后的电路实现的。

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xyx11
LV.6
24
2015-10-08 21:48
@boy59
你说到的这个问题在其它地方有讨论过,这里没人讨论我也就没提[图片]输入电压300输出电压400匝比为1:3,当匝比固定为1:3时输入输出比只能为3:4这确实限制了这个电路的应用。后来电路做了改进去掉了MOS管中的体二极管匝比按1:1就可以,前面的几个仿真都是用这个改进后的电路实现的。
MOSFET 的反向耐压也有问题啊,恐怕还要串联二极管才可以啊
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nk6108
LV.8
25
2015-10-08 22:11
@boy59
你说到的这个问题在其它地方有讨论过,这里没人讨论我也就没提[图片]输入电压300输出电压400匝比为1:3,当匝比固定为1:3时输入输出比只能为3:4这确实限制了这个电路的应用。后来电路做了改进去掉了MOS管中的体二极管匝比按1:1就可以,前面的几个仿真都是用这个改进后的电路实现的。

除了两管交替通断之外,也可做成19楼提到的双管正激模式,

正激模式 除了可以做成 无功廻流器,还可做成自耦变压器,这时,两个电源的电压仍可随意,但比例就受制于匝数比了,

如果两个都是恒压源,比例跟扼流圈(自耦变压器)的变比不相等,就需要像 14楼图6 那样加上限流阻抗,如果其中一个「电源」是平波电容,则电容电压会根据变比而定,限流阻抗或可甭加。

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nk6108
LV.8
26
2015-10-08 22:29
@boy59
你说到的这个问题在其它地方有讨论过,这里没人讨论我也就没提[图片]输入电压300输出电压400匝比为1:3,当匝比固定为1:3时输入输出比只能为3:4这确实限制了这个电路的应用。后来电路做了改进去掉了MOS管中的体二极管匝比按1:1就可以,前面的几个仿真都是用这个改进后的电路实现的。
把MOSFET的逆导二极管去掉,互感扼流圈就成为真正的扼流圈,互感机制被堵截,但MOSFET要挨反压了。
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2015-10-09 07:08
@nk6108
把MOSFET的逆导二极管去掉,互感扼流圈就成为真正的扼流圈,互感机制被堵截,但MOSFET要挨反压了。

两位分析的都很有道理,下面是两个MOS管源漏极上的电压波形图

                                                    图8 两MOS管的Vds电压波形

Buck管承受正负200V电压Boost管承受正400V电压,目前的功率MOS管都带体二极管不能控制负压,这里可用两个MOS管对接来做Buck管。

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2015-10-09 07:14
@nk6108
不管buck或boost,电能的传输都需要两步才完成,如果把其中一个电源擦掉,就可发现这架构跟双管正激类同,电能只需两步即可回归原处(buck与boost分用则需四步),没有损失,这样的「旅游」就是无功,香港的《无线电技术》曾介绍一种电瓶测试器,就是利用沉重的无功负荷来测试电瓶的健康状况,此电路也可以这样用。
这位兄台有没有详细点的资料?曾设想这个电路用于电池快速充电上(脉冲型)只是这方面了解的不多,同时用无功测电瓶健康很好奇。
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xyx11
LV.6
29
2015-10-09 08:34
@boy59
两位分析的都很有道理,下面是两个MOS管源漏极上的电压波形图[图片]                          图8两MOS管的Vds电压波形Buck管承受正负200V电压Boost管承受正400V电压,目前的功率MOS管都带体二极管不能控制负压,这里可用两个MOS管对接来做Buck管。

还是返璞归真吧

这个复杂度,还不如 用两个独立电源(一个BUCK 一个BOOST)反向并联,各干各的省心。

或者不追求电感电流的突变,一个电感加一个半桥臂,朴实无华,能干所有的活

实际上,追求电感电流的突变,意义不大,加大两边的电容,即可解决突变问题,

也就是,在电感电流变过来前,让电容接收电荷,电压在允许范围内即可。

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2015-10-09 09:25
@xyx11
还是返璞归真吧[图片]这个复杂度,还不如用两个独立电源(一个BUCK一个BOOST)反向并联,各干各的省心。或者不追求电感电流的突变,一个电感加一个半桥臂,朴实无华,能干所有的活[图片]。实际上,追求电感电流的突变,意义不大,加大两边的电容,即可解决突变问题,也就是,在电感电流变过来前,让电容接收电荷,电压在允许范围内即可。
这个电路的精髓就是动态响应其它的电路没办法达到这个效果吧。即便加大两边电容在负载突变时也会有一个电压变化,电路需一段时间才能重新达到稳态,这个电路就没这个问题见图4从轻载到满载从满载到空载其可以无视负载的变化。而且这个电路可用于AC-AC,如果加大两边电容只能局限于DC-DC的应用。另外将这个电路用作电机电源会不会很理想? 
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xyx11
LV.6
31
2015-10-09 18:12
@boy59
这个电路的精髓就是动态响应其它的电路没办法达到这个效果吧[图片]。即便加大两边电容在负载突变时也会有一个电压变化,电路需一段时间才能重新达到稳态,这个电路就没这个问题见图4从轻载到满载从满载到空载其可以无视负载的变化。而且这个电路可用于AC-AC,如果加大两边电容只能局限于DC-DC的应用。另外将这个电路用作电机电源会不会很理想? 
你靠什么来稳压的?
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