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Split-pi

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Split-pi架構的原理

split-pi电子学中一種变流技术的組態,理論上可以產生任意大小的電壓,可以比輸入電壓小,也可以比輸入電壓大。實際上可以產生的最大電壓會受元件的限制。在本質上,split-pi是升壓變換器加上降压变换器。其組態以及使用金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)的功率晶體,使其本質上有雙向運作的能力,可以用在需要再生制動的應用中。

split-pi轉換器是一種直流-直流轉換器,其輸出電壓大小可以比輸入電壓大,也可以比輸入電壓小。這種開關模式電源類似升壓變換器後面再串接降压变换器。Split-pi的名稱是由於其π形電路的特點,可以視為是二個π形濾波器串聯,但中間被MOSFET的橋型電路截斷。

split-pi轉換器的主要特徵是中間插入的電容器,可以儲存能量。其輸入側和輸出側的電流都是連續不中斷的,在電磁相容性(EMC)的特性會比較好,也比較不會有漣波。

除了split-pi轉換器外,還有些直流-直流轉換器的輸出電壓也可以大於輸入電壓或小於輸入電壓,像是有boost-buck轉換器架構(除了Split-pi外,還有庫克變換器SEPIC等)及降壓-升壓變換器架構。

運作原理

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典型的應用是將電壓源放在電路左側,左側的半橋電路為升壓變換器,右側的半橋電路為降压变换器。在回昇模式則反過來,左側的半橋電路為降压变换器,則右側的半橋電路為升壓變換器。

任何時間下,電橋中只會切換一個開關,以進行電壓轉換,未切換的開關始終導通。若半橋電路的上臂開關都導通,下臂開關都導通,會得到1:1的輸出電壓比。可以調整半橋中MOSFET的導通比來調整輸出電壓。

應用和優點

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Split-pi轉換器的優點,包括雙向的電能流動,輸出電壓可以不受輸入電壓限制,以及電路中間加入的電容器,可以減少干擾,也可以作為暫時的能量儲存。Split-pi轉換器很適合用在電動車上,因為驅動馬達需要的電壓,或是馬達本身產生的電壓,有可能會超過電池的電壓。由於電能的雙向流動,馬達在剎車時產生的回升電壓,也可以儲存回電池,不過上述功能用單純的pi轉換器也可以實現。

Split-pi轉換器的最大優點,是中間層的電容器可以用双电层电容器作為儲能元件。和電池相比較,双电层电容器可以提供更高的瞬時功率,但因為其體積,儲存的能量有限。相反的,電動車的動力電池可以儲存的電能較多,但瞬時功率較低,二者可以互補。當電動車需要大電流時,動力電池會受到影響,若使用Split-pi轉換器,二個儲存元件可以互補,在加速或是剎車時,由双电层电容器短暫地提供或儲存能量,之後由動力電池補充。

split-pi轉換器可以用在以下的應用中:

參考資料

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