split-pi电子学中一种变流技术的组态,理论上可以产生任意大小的电压,可以比输入电压小,也可以比输入电压大。实际上可以产生的最大电压会受元件的限制。在本质上,split-pi是升压变换器加上降压变换器。其组态以及使用金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)的功率晶体,使其本质上有双向运作的能力,可以用在需要再生制动的应用中。

Split-pi架构的原理

split-pi转换器是一种直流-直流转换器,其输出电压大小可以比输入电压大,也可以比输入电压小。这种开关模式电源类似升压变换器后面再串接降压变换器。Split-pi的名称是由于其π形电路的特点,可以视为是二个π形滤波器串联,但中间被MOSFET的桥型电路截断。

split-pi转换器的主要特征是中间插入的电容器,可以储存能量。其输入侧和输出侧的电流都是连续不中断的,在电磁相容性(EMC)的特性会比较好,也比较不会有涟波。

除了split-pi转换器外,还有些直流-直流转换器的输出电压也可以大于输入电压或小于输入电压,像是有boost-buck转换器架构(除了Split-pi外,还有库克变换器SEPIC等)及降压-升压变换器架构。

运作原理

典型的应用是将电压源放在电路左侧,左侧的半桥电路为升压变换器,右侧的半桥电路为降压变换器。在回昇模式则反过来,左侧的半桥电路为降压变换器,则右侧的半桥电路为升压变换器。

任何时间下,电桥中只会切换一个开关,以进行电压转换,未切换的开关始终导通。若半桥电路的上臂开关都导通,下臂开关都导通,会得到1:1的输出电压比。可以调整半桥中MOSFET的导通比来调整输出电压。

应用和优点

Split-pi转换器的优点,包括双向的电能流动,输出电压可以不受输入电压限制,以及电路中间加入的电容器,可以减少干扰,也可以作为暂时的能量储存。Split-pi转换器很适合用在电动车上,因为驱动马达需要的电压,或是马达本身产生的电压,有可能会超过电池的电压。由于电能的双向流动,马达在刹车时产生的回升电压,也可以储存回电池,不过上述功能用单纯的pi转换器也可以实现。

Split-pi转换器的最大优点,是中间层的电容器可以用双电层电容器作为储能元件。和电池相比较,双电层电容器可以提供更高的瞬时功率,但因为其体积,储存的能量有限。相反的,电动车的动力电池可以储存的电能较多,但瞬时功率较低,二者可以互补。当电动车需要大电流时,动力电池会受到影响,若使用Split-pi转换器,二个储存元件可以互补,在加速或是刹车时,由双电层电容器短暂地提供或储存能量,之后由动力电池补充。

split-pi转换器可以用在以下的应用中:

参考资料