Tại sao máy bơm sạc chỉ được sử dụng cho các ứng dụng hiện tại thấp?

Thông thường các yếu tố đắt nhất (và khó có được) trong SMPS là cuộn cảm. Vì vậy, tôi đã tự hỏi liệu có thể sử dụng các nguồn cung cấp năng lượng chuyển đổi không có cuộn cảm (ví dụ như bơm sạc) cho các trường hợp sử dụng chung hay không, ví dụ như nguồn cấp trên băng ghế dự bị, bộ chuyển đổi DC-DC công suất cao cố định (vài ampe và vài trăm watt ), Vân vân.

Tất cả các thiết kế bơm sạc tôi có thể tìm thấy mặc dù là cho các ứng dụng năng lượng thấp. Điều gì ngăn cản người ta thiết kế một nguồn cung cấp điện không có cuộn cảm cao? Có một số hạn chế về thể chất vốn có?

Có hai vấn đề với ý tưởng của bạn. Một thực tế, và một cơ bản.

Vấn đề thực tế là trên mỗi lượng tụ điện năng lượng được lưu trữ đắt hơn so với cuộn cảm, và trên hết là tụ điện có công suất cao thực sự (điện phân).

Vấn đề cơ bản là việc sạc tụ điện từ nguồn điện áp về cơ bản là mất mát (bạn tản nhiệt). Điều này có vẻ phản trực giác, nhưng dù sao cũng đúng. (Có một câu hỏi về điều này một thời gian trước đây.) Do đó, một bộ chuyển đổi điện áp tụ điện, thậm chí là một lý tưởng, vốn đã không hiệu quả. (Một bộ chuyển đổi điện áp dựa trên cuộn cảm lý tưởng là hiệu quả 100%.)

Bạn có thể nghĩ lạ rằng thế giới không công bằng với tụ điện, nhưng đó là lỗi của con người chúng ta: chúng ta cung cấp năng lượng chủ yếu từ các nguồn điện áp. Đối với các nguồn hiện tại, điều ngược lại là đúng: một bộ chuyển đổi dòng điện lý tưởng từ các tụ điện bay có thể hiệu quả 100%, trong khi một nguồn từ cuộn cảm phải nhất thiết phải bị mất.

Tụ điện sẽ tốt hơn nếu nguồn và đầu ra là dòng điện không đổi. Bạn có thể sạc tụ điện cho đến khi điện áp tăng đến một mức nhất định, sau đó xả tụ vào trở kháng tải để duy trì dòng điện đầu ra không đổi. Bạn sẽ sử dụng một cuộn cảm lớn làm bộ lọc đầu ra để duy trì hằng số dòng đầu ra.

Vì các nguồn của chúng tôi là điện áp không đổi và chúng tôi thường muốn điện áp đầu ra không đổi, sử dụng cuộn cảm để lưu trữ năng lượng và tụ điện để lọc nó có ý nghĩa hơn.

Lưu ý rằng tất cả các nguồn cung cấp chuyển mạch hiệu quả có cả tụ điện và cuộn cảm.

Có, bơm tích điện (tụ điện bay) có thể lấy điện áp và di chuyển xung quanh, lật nó, thậm chí nhân với số nguyên và như vậy, nhưng mỗi khi bạn sạc hoặc xả tụ điện qua công tắc điện trở, bạn sẽ mất một phần thay đổi năng lượng của tụ điện trong chính công tắc - thay đổi điện áp lớn hơn có nghĩa là tổn thất nhiều hơn. Một công tắc điện trở thấp hơn chỉ có nghĩa là năng lượng bị mất cho một sự thay đổi điện áp nhất định được nén thành một lát thời gian nhỏ hơn, tổng không đổi.

Nếu hai tụ điện hoặc chuỗi chuỗi tụ điện có điện áp khác nhau được kết nối với nhau, điện tích của chúng sẽ trung bình theo cách làm giảm lượng năng lượng được lưu trữ trong đó. Nếu chúng được kết nối bằng một cuộn cảm, năng lượng dư thừa sẽ được chuyển đến cuộn cảm đó và sau đó có thể được đưa vào một số mục đích hữu ích. Nếu kết nối hoàn toàn là điện trở, năng lượng sẽ được chuyển đổi 100% thành nhiệt. Giảm thiểu sức đề kháng sẽ không làm giảm sự mất năng lượng; nó sẽ chỉ làm giảm lượng thời gian cần thiết để nó xảy ra.

Do đó, để bơm sạc hoạt động hiệu quả, các tụ điện cần đủ lớn để điện áp trên chúng không bao giờ thay đổi nhiều. Trong trường hợp bơm tích điện không cần truyền nhiều năng lượng, người ta có thể sử dụng bộ điều chỉnh tuyến tính trên đầu ra và tăng điện áp đủ để trong điều kiện gợn trong trường hợp xấu nhất, điện áp đầu ra vẫn đủ cao để duy trì sự điều tiết, nhưng hiệu quả sẽ bị giới hạn bởi tỷ lệ của điện áp tải nhân với tỷ lệ tăng so với điện áp nguồn.

Có một vài vấn đề với máy bơm sạc.

1. họ không thể cung cấp hiệu quả và quy định điện áp cùng một lúc. Cách duy nhất để điều chỉnh điện áp đầu ra sao cho nó không đổi trong các biến thể điện áp đầu vào và các biến thể tải là đưa ra sự không hiệu quả có chủ ý.
2. Dòng điện phải đi qua hai phần tử chuyển mạch (điốt hoặc bóng bán dẫn) trong cả hai phần sạc và làm biến dạng của chu kỳ (trong khi với bộ chuyển đổi buck hoặc boost, nó chỉ cần truyền qua một phần tử chuyển đổi tại một thời điểm).
3. Hiệu quả phụ thuộc rất nhiều vào tỷ lệ điện áp đầu vào và đầu ra mong muốn. Nếu bạn muốn nói bộ chuyển đổi điện áp 1,5x thì bạn phải sử dụng một số cách sắp xếp nhiều tầng phức tạp hoặc tạo bộ chuyển đổi 2x và chạy nó trong chế độ không hiệu quả có chủ ý.