拓撲電路的案例
詳解3種經典拓撲（附電路圖、計算公式）
圖15：雙開關降壓-升壓轉換器原理圖
降壓-升壓拓撲結構很實用，因為輸入電壓可以比輸出電壓更小、更大或相同，而需要輸出功率大于50W。
對于小于50W的輸出功率，單端初級電感轉換器（SEPIC）是一種更具成本效益的選擇，因為它使用較少的組件。
當輸入電壓大于輸出電壓時，降壓-升壓轉換器以降壓模式工作；輸入電壓小于輸出電壓時，在升壓模式下工作。
當轉換器在輸入電壓處于輸出電壓范圍內的傳輸區域中工作時，處理這些情況有兩個概念：或是降壓和升壓級同時有效，或是開關循環在降壓和升壓級之間交替，每個通常以正常開關頻率的一半運行。
第二個概念可以在輸出端引起次諧波噪聲，而與常規降壓或升壓工作相比，輸出電壓精度可能不那么精確，但與第一個概念相比，轉換器將更加有效。
降壓-升壓拓撲結構在輸入和輸出端都有脈沖電流，因為任一方向都沒有LC濾波器。
對于降壓-升壓轉換器，可以分別使用降壓和升壓功率級計算。
具有兩個開關的降壓-升壓轉換器適用于50W至100W之間的功率范圍（如LM5118），同步整流功率可達400W（與LM5175相同）。建議使用與未組合降壓和升壓功率級相同的電流限制的同步整流器。
您需要為升壓級設計降壓-升壓轉換器的補償網絡，因為RHPZ會限制穩壓器帶寬。
展開 【經驗分享】開關電源，設計電路時該如何選型元器件？
Buck電路分析
Buck變換器是一種降壓式非隔離開關電源，當開關管導通時，輸入電源通過電感給輸出供電，同時電感存儲能量；當開關管關斷時，電感通過續流二極管給輸出供電；如此反復即可維持輸出產生一個恒定的電壓。其Buck電路拓撲結構以及電路分析計算見圖1所示。
圖1 Buck電路分析
Boost電路分析
Boost變換器是一種降壓式非隔離開關電源，當開關管導通時，輸入電源通過電感給電感充電，電感存儲能量；當開關管關斷時，輸入電源和電感能量通過續流二極管給輸出供電；如此反復即可維持輸出產生一個恒定的電壓。其Boost電路拓撲結構以及電路分析計算見圖2所示。
圖2 Boost電路分析
Buck-Boost電路分析
Buck-Boost變換器是一種升降壓式非隔離開關電源，當開關管導通時，輸入電源通過電感給電感充電，電感存儲能量；當開關管關斷時，電感能量通過續流二極管給輸出供電；如此反復即可維持輸出產生一個恒定的負電壓。其Buck-Boost電路拓撲結構以及電路分析計算見圖3所示。
展開 干貨 | 詳解3種經典拓撲（附電路圖、計算公式）
圖15：雙開關降壓-升壓轉換器原理圖
降壓-升壓拓撲結構很實用，因為輸入電壓可以比輸出電壓更小、更大或相同，而需要輸出功率大于50W。
對于小于50W的輸出功率，單端初級電感轉換器（SEPIC）是一種更具成本效益的選擇，因為它使用較少的組件。
當輸入電壓大于輸出電壓時，降壓-升壓轉換器以降壓模式工作；輸入電壓小于輸出電壓時，在升壓模式下工作。
當轉換器在輸入電壓處于輸出電壓范圍內的傳輸區域中工作時，處理這些情況有兩個概念：或是降壓和升壓級同時有效，或是開關循環在降壓和升壓級之間交替，每個通常以正常開關頻率的一半運行。
第二個概念可以在輸出端引起次諧波噪聲，而與常規降壓或升壓工作相比，輸出電壓精度可能不那么精確，但與第一個概念相比，轉換器將更加有效。
降壓-升壓拓撲結構在輸入和輸出端都有脈沖電流，因為任一方向都沒有LC濾波器。
對于降壓-升壓轉換器，可以分別使用降壓和升壓功率級計算。
具有兩個開關的降壓-升壓轉換器適用于50W至100W之間的功率范圍（如LM5118），同步整流功率可達400W（與LM5175相同）。建議使用與未組合降壓和升壓功率級相同的電流限制的同步整流器。
您需要為升壓級設計降壓-升壓轉換器的補償網絡，因為RHPZ會限制穩壓器帶寬。
展開 支持同步整流和異步整流電路拓撲，選擇合適架構的LED驅動控制器-SS8102
由工采電子代理的SS8102是一款專用于燈光照明及投影儀上的LED調光驅動芯片，采用同步降壓整流拓撲結構，具有出色的調光性能，可實現0.01%的PWM調光精度，有效解決低灰度調光閃爍和低亮度調光深度不足的問題。針對低灰度調光特性進行系統運算優化，實現低灰調光無抖動及閃爍問題，使LED有更好的線性度調光特性。PWM及線性調光雙重控制并存，可執行獨立調光電流控制。
SS8102是一款高效率、恒定電流、降壓型同步半橋DC驅動芯片，較大輸出電流能力達25A，PWM調光分辨率超過100K：1；支持8V-65V的輸入電壓范圍，恒流誤差控制在4%以內；通過DIM管腳輸入PWM信號，可靈活實現對LED的調光控制。
SS8102采用遲滯式恒定關斷時間的工作模式，無需外部補償設計。較大簡化外部器件，其輸出電流能力既可以通過不同阻值的外接電阻（Rcs）調整，也可以通過調節模擬調光控制引腳IADJ上的電壓來實現。電流能力可達25A。通過DIM管腳輸入PWM信號來靈活實現對LED的調光控制。
SS8102有同步模式和異步模式兩種工作模式可供選擇，客戶可以根據自己的需求來靈活設計。SS8102具有良好的線性度和穩定的恒流特性，可以精確調光并在惡劣供電條件下穩定工作。
SS8102還具備一系列保護功能，包括欠壓鎖定保護、過熱保護、LED開路與短路保護、輸出欠壓保護等，確保系統在各種惡劣條件下穩定工作，保證系統在大電流運行時的穩定性。
負載開路保護：當LED開路時，SS8102的輸出電壓被鉗制在VIN電壓，可以很好的保護芯片不被損壞。
采樣回路開路保護及短路保護：
開路保護：當VINA電壓高過UVLO閾值后，芯片被使能之前，RCS電阻開路保護檢測電路開啟并檢測RCS電阻是否開路，如果電阻開路，芯片將被關機。
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Nature | 一往無前的光
Haldane教授（2016年獲諾貝爾物理學獎）等人提出可以構造一種非互易拓撲光子晶體實現光的單向傳輸。這種非互易拓撲光子晶體與凝聚態物理中的量子反常霍爾效應均屬于陳絕緣體，在他們的邊界上都擁有單向傳輸的手性邊緣態(chiral edge state)。
之后，美國麻省理工學院的Marin Solja?i?教授課題組加工制作出了這種二維光學陳絕緣體，并通過實驗直接驗證了一維單向手性邊緣態的存在。
此后，便誕生了拓撲光學這一以研究光學體系中的拓撲態為主要內容的前沿研究領域，同時也催生了拓撲聲學、拓撲力學、拓撲電路等諸多研究方向。手性邊界態能夠繞過任何缺陷、雜質、無序、尖銳彎角等障礙物，實現完全無反射的單向傳輸。
然而，盡管過去十余年間拓撲光學發展迅猛，手性邊界態依然只存在于二維陳絕緣體的一維邊界上。相對應的，如何實現二維手性表面態(chiral surface state)對于拓撲光學的應用意義重大，例如可以實現更大容量的單向信號傳輸以及更高的器件集成度。之前的理論工作已經預言，三維的陳絕緣體可以用來實現二維手性表面態。然而，三維陳絕緣體在任何體系中都尚未被發現。
鑒于此，9月28日，來自中國和新加坡的多家單位聯合在Nature上以“Topological Chern vectors in three-dimensional photonic crystals”為題宣布首個三維光學陳絕緣體的誕生，并實驗觀測到它的一系列新穎特征。
南洋理工大學博士生劉癸庚和南方科技大學高振副教授為共同第一作者，南洋理工大學張柏樂教授，Chong Yidong教授，浙江大學楊怡豪研究員和電子科技大學周佩珩教授為共同通訊作者。此外，電子科技大學鄧龍江院士、新加坡科技設計大學楊聲遠教授、浙江大學林曉研究員等也對這項工作做出了重要貢獻。
展開 干貨 | 電源變換類型分析
目前逆變電源研究的現狀
一般的電源跟負載相連， 從相關文獻可知， 目前對逆變電源的研究主要集中在以下幾個方面：
拓撲形式
目前常用的逆變電路拓撲形式主要有： 常規逆變電路拓撲， 軟開關逆變電路拓撲， 多電平逆變電路拓撲等。
常規逆變電路拓撲
常規逆變電路拓撲可分為單相半橋、 單相橋式、 三相橋式電路等， 根據直流側電源性質，又可將其分為電壓源型逆變電路（VSTI） 和電流源型逆變電路（CSTI）。單相逆變電路的優點是簡單， 使用器件少， 常用于幾 KW 以下的小功率逆變電源。三相橋式逆變電源應用較多。
軟開關逆變電路拓撲
逆變電源為得到更好的交流輸出波形， 將會提高全控型電力電子器件的開關頻率， 同時，開關損耗也會隨之增加， 電路效率嚴重下降， 電磁干擾也增大了， 所以簡單的提高開關頻率是不行的。 針對這些問題出現了軟開關技術， 它是以諧振為主的輔助換流手段， 解決了電路中的開關損耗和開關噪聲問題， 使開關頻率可以大幅度提高。 軟開關技術總的來說可以分為零電壓（ZVS） 和零電流(ZCS) 兩類， 按照其出現的先后， 可以將其分為準諧振、 零開關 PWM和 PWM 三大類。每一類都包括拓撲和眾多的派生拓撲。
三電平或多電平逆變電路拓撲
多電平逆變器的思想最早由日本 Nabae 于 20 世紀 80 年代初提出的。其基本原理是通過多個直流電平來合成逼近正弦輸出的階梯波電壓。 其優點是減小逆變器輸出諧波， 降低了開關管電壓應力。 多電平拓撲結構種類較多， 但是大致可分為： 二極管鉗位型， 飛跨電容性和獨立直流電源級聯多電平這三種拓撲結構。 這三種多電平拓撲結構各有優點， 其中應用最廣泛的是二極管鉗位型多電平拓撲結構。
展開 8要點掌握場效應管MOSFET的型號選擇
在做器件選型時，主要從以下幾個方面考慮：
1、是N-MOS還是P-MOS：N-MOS性價比高
從電路結構上看，低壓側開關選N-MOS，高壓側開關選P-MOS；
從成本和便利性上看，N溝道MOSFET選擇的型號多，物料成本低；P溝道MOSFET選擇的型號較少，物料成本高；
從性能上看，NMOS導通電阻小，發熱量更低，允許通過的電流大，應用場景也更廣泛，正激，反激、推挽、半橋、全橋等拓撲電路都能應用；
2、選取封裝類型：SMT器件生產效率高
溫升和熱設計是選取封裝最基本的要求，基本原則就是在保證MOSFET的溫升和系統效率的前提下，選取參數和封裝更通用的型號；
系統的結構尺寸限制；
功耗或散熱方面的需求；
生產、裝配、維修的效率和便利性；
3、選取耐壓BVdss：預留足夠的余量
產品的額定電壓是固定的，MOSFET的耐壓選取也就比較容易，由于BVdss具有正溫度系數，在實際的應用中要結合這些因素綜合考慮。
VDS中的最高尖峰電壓如果大于BVdss，即便這個尖峰脈沖電壓的持續只有幾個或幾十個ns，MOSFET管也會進入雪崩擊穿狀態而發生損壞。
因此MOSFET管的雪崩電壓通常發生在1.2～1.3倍的BVDSS，而且持續的時間通常都是μs、甚至ms級，因此在選擇BVdss時需要留有足夠的余量。
展開 一定要看，IGBT重要的動態參數解析
規格書上給的開關損耗僅供參考，實際應用中的開關損耗強烈依賴應用條件，例如柵極電阻、驅動電路、芯片結溫、母線電壓及集電極電流等。
因此，工程師一般會通過實際測試獲取應用中的開關損耗，不知道測試方法的同學往前翻一翻雙脈沖測試方法。
另外，上邊幾個時間參數可用來計算參考死區時間，常用的半橋拓撲電路，為了防止切換時上下橋直通，一般會設置合適的死區時間，計算公式參考：
此公式沒有把tr和tf考慮進去的原因是一般它倆相對于td on和td on小很多，實際計算以實際測試的時間參數為準。
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展開 智芯文庫 | 碳化硅讓OBC擁有更強競爭力
在碳化硅功率器件批量應用前，硅基超快恢復二極管在OBC的PFC電路有廣泛應用，而在輸出電路中，半導體廠商可以提供低VF值的產品來應對客戶的應用需求，但是上述單一性能優秀的產品也存在明顯的弱點，只能適用于特定的領域。碳化硅材料的出現讓二極管的VF 、IR 、QC等技術指標同時滿足不同應用要求成為了可能。
相比與硅基肖特基二極管，碳化硅肖特基二極管的最大優勢在于反向恢復電流IR可以忽略不計。
圖（三）碳化硅二極管與硅二極管反向恢復電流對比
對于OBC的PFC電路而言，硅基肖特基二極管的反向恢復損耗在其整體損耗中占據相當的比重，在PFC電路使用碳化硅肖特基二極管可有效提升PFC電路的效率；
碳化硅肖特基二極管的QC和VF兩個主要參數相比硅基二極管也具有一定優勢，在OBC的后級輸出電路中使用碳化硅二極管可以進一步提升輸出整流的效率。
3.2 碳化硅MOSFET在OBC中的應用
在單相交流輸入的OBC（拓撲圖參考圖二）應用中，DC/DC的前段需要使用開關管將直流電壓逆變成交流電壓，由于PFC輸出的直流電壓在400V以下，且系統功率不超過6.6kW，選擇650V、20A的開關管即可。
展開 國內碳化硅產業鏈！
碳化硅器件的電路應用開關模型尚不能全面反映碳化硅功率器件的開關特性，尚不能對碳化硅器件的電路拓撲仿真設計提供準確的指導。
碳化硅功率器件應用中的電磁兼容問題尚未完全解決。
碳化硅功率器件應用的電路拓撲尚不夠優化。目前碳化硅功率器件的應用電路拓撲基本上沿用硅器件的電路拓撲，沒有開發出完全發揮碳化硅功率器件優勢的新型電路拓撲結構。
整體而言，第三代半導體技術尚處于發展狀態，還有許多不足之處。以當前運用程度最高的碳化硅為例，其技術上尚有幾個缺陷：
材料成本過高。目前碳化硅芯片的工藝不如硅成熟，主要為4英寸晶圓，材料的利用率不高，而Si芯片的晶圓早已經發展到12寸。具體而言，相同規格的產品，碳化硅器件的整體價格達到硅器件的5-6倍。
高溫損耗過大。碳化硅器件雖然能在高溫下運行，但其在高溫條件下產生的高功率損耗很大程度上限制了其應用，這是與器件開發之初的目的相違背的。
封裝技術滯后。目前碳化硅模塊所使用的封狀技術還是沿用硅模塊的設計，其可靠性和壽命均無法滿足其工作溫度的要求。
【技術發展趨勢】
行業正在破除高成本、低技術成熟度兩大發展屏障
如上所述，碳化硅器件性能優勢突出、應用場景明確、又有產業鏈上下游龍頭企業積極投入，可目前市場滲透率仍低。究其原因，即為受制于高制造成本、低技術成熟度兩大屏障。破此二障，是技術發展方向的核心。碳化硅器件制造的四個環節（襯底制作，外延制作、芯片制程、封裝測試）各有發力。
1）碳化硅器件制造成本高昂。目前碳化硅二極管、MOSFET的成本大概是同類硅產品的2-3倍、5-10倍，而下游客戶認為大規模應用碳化硅器件的普遍價格區間應是同類硅器件1.5倍左右。
展開 浙江大學Nature：讓光急轉彎，讓物體隱身！
“我們的工作首次賦予了三維光子帶隙以拓撲性質，也就是說，將來可以像三維拓撲絕緣體控制電子一樣用三維拓撲光子晶體來控制光子。”Baile Zhang教授說。
陳紅勝認為，這項研究首次將三維拓撲絕緣體從費米子體系擴展到了玻色子體系，并可能應用于三維拓撲光學集成電路、拓撲波導、光學延遲線、拓撲激光器以及其他表面電磁波的調控器件等。
這或許是人類向光子芯片、光子計算機邁出的一步。未來，在微小的光子芯片里，光攜帶著信息在縱橫交錯的高速公路上奔跑，為我們創造著更快更好的世界。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-018-0829-0 來源：浙江大學學術委員會、Nature
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低壓MOS在步進電機驅動器上的應用-REASUNOS瑞森半導體
一、前言
步進電機驅動器是一種用于控制步進電機運動的裝置，它是將控制信號轉換成步進電機可以識別的控制電壓或電流的電路。它在工業自動化領域有著廣泛的應用，如機器人、印刷機、木工機床、噴繪機等。步進電機驅動器的組成結構主要由以下部分：
1、步進電機是一種驅動裝置，它可以將電能轉換成精確的位移，是控制機械裝置精確運動的重要元件。
2、步進電機驅動器的驅動電路是控制步進電機的重要部分，其主要由換流器、放大器、比較器、驅動電路等組成。
3、控制電路將外部的控制信號轉換成步進電機可以識別的控制電壓或電流，從而實現步進電機的控制。
低壓MOS在步進電機驅動器上的應用
二、典型應用拓撲圖
步進電機驅動電路使用N溝道功率MOS組成上下對管，常見的為2-4對MOS管，控制器通過接受步進電機的反饋，選擇適當的開啟時序，控制MOS的通斷，完成換相，定位，調速等執行動作。
步進電機驅動電路拓撲圖
三、典型應用及選型推薦
針對步進電機驅動電路推薦使用瑞森半導體低壓MOS-Trench系列，其優勢：
Trench工藝，更小的Ronsp，串并聯隨意搭配。
低導通電阻，結電容適中，高效率，高可靠性。
步進電機驅動電路產品選型
展開 【電機在汽車領域中的有哪些應用】- 米思米機械設備知識分享
目前，電動汽車電機控制器多采用三相全橋電壓型逆變電路拓撲，部分產品前置雙向DC/DC變換器，以增大電機端輸入交流電壓，提升高轉速下的輸出功率，降低電機設計與生產成本。傳統控制器中直流支撐電容器體積龐大、耐高溫性能較差。綜合技術和市場趨勢分析，未來，車用驅動電機系統的三個技術發展方向是永磁化、數字化和集成化。
1、永磁化指永磁電機具有功率密度和轉矩密度高、效率高、便于維護的優點。目前電機永磁化趨勢正凸顯，一覽數據顯示，永磁同步電機在我國新能源汽車中的使用占比已超過90%。
2、數字化包括驅動控制的數字化、驅動到數控系統接口的數字化和測量單元數字化。用軟件最大程度地代替硬件，具有保護、故障監控、自診斷等其他功能。
3、集成化主要體現在兩個方面：1）電機方面：電機與發動機總成、電機與變速箱總成的集成化；2）控制器方面：電力電子總成（功率器件、驅動、控制、傳感器、電源等）的集成化。未來把電機、減速機、控制器一體化，是一種趨勢，不僅減小了體積，更使得產品更加標準化。
目前主流電機控制企業主要分為兩類：一類是電動汽車整車企業，其生產的電動汽車電機https://www.misumi.com.cn/seojingtai/diandongji.html控制器一般供給其整車產品；另一類是電動汽車零部件企業，其生產的電動汽車電機控制器一般供給特定或非特定的整車企業。
在乘用車領域，整車企業通常具備較強的綜合實力，通常自主研發生產電動汽車電機控制器，或者以自主研發生產為主，適當采購零部件企業的產品為輔；在客車領域，整車企業通常電機控制器研發經驗不足，一般選擇外購電動汽車電機控制器，少數規模較大的整車企業會選擇自主研發生產或者自主研發生產與外購相結合的方式。
展開 這是我看過最全的工業機器人基礎知識介紹
功率器件普遍采用以智能功率模塊（IPM）為核心設計的驅動電路,IPM內部集成了驅動電路,同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路,在主回路中還加入軟啟動電路,以減小啟動過程對驅動器的沖擊。功率驅動單元首先通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進行整流，得到相應的直流電。經過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅動三相永磁式同步交流伺服電機。功率驅動單元的整個過程可以簡單的說就是AC-DC-AC的過程。整流單元（AC-DC）主要的拓撲電路是三相全橋不控整流電路。
三、伺服系統接線圖
1. 驅動器接線
伺服驅動器主要有控制回路電源、主控制回路電源、伺服輸出電源、控制器輸入CN1、編碼器接口CN2、連接起CN3。控制回路電源是單相AC電源，輸入電源可單相、三相，但是必須是220v，就是說三相輸入時，咱們的三相電源必須經過變壓器變壓才能接，對于功率較小的驅動器，可單相直接驅動，單相接法必須接R、S端子。伺服電機輸出U、V、W切記千萬不能與主電路電源連接，有可能燒毀驅動器。CN1端口主要用于上位機控制器的連接，提供輸入、輸出、編碼器ABZ三相輸出、各種監控信號的模擬量輸出。
2. 編碼器接線
從上圖看出九個端子我們只使用了5個，一個屏蔽線、電源線兩根、串行通訊信號(+-)兩根，與我們普通的編碼器接線差不多。
3. 通訊端口
驅動器通過CN3端口與電腦PLC、HMI等上位機相連接，采用MODBUS通訊來控制驅動器，可使用RS232、RS485進行通訊。
四、伺服驅動器市場
機器人對關節驅動電機的要求非常嚴格，交流伺服電機在工業機器人中得到廣泛應用。目前國內高端市場主要被國外名企占據，主要來自日本和歐美，未來國產替代空間大。
展開 電力電子HIL仿真設備調研
一、調研背景
隨著電力電子技術在新能源、智能電網等領域的深入應用，高校與科研機構對相關教學科研設備的需求日益增長。HIL（硬件在環）仿真器作為電力電子實驗教學的核心工具，其
軟件特色：配套軟件操作簡易，無需第三方建模軟件，內置主電路拓撲，學生通過圖形界面直接選取目標電路，零編程基礎即可快速搭建實驗模型，專注電路原理與控制策略驗證分析。
教學應用場景：支持課堂同步實踐（理論課后即時實驗模擬）、小組協作學習（設備易用推動高效協作）、課余自主探索（助力學生課后實踐與理論動手能力鍛煉）。
四、總結
在眾多Modeling Tech、Opal-RT、dSPACE 等國內外產品中，EGbox Nano達到極致性價比！
