Split-pi

在电子学中，split-pi 是一种电子电路，可以将一种直流电压转换为另一种直流电压。

与级联降压和升压转换器一样，DC-DC 转换器的输出电压电平可以高于或低于原始输入电压。 输出电压始终与输入电压具有相同的符号，这就是为什么 split-pi 被算在非反相 DC-DC 转换器组中的原因。

split-pi 的主要特点是插入了中间电路电容，它一方面可以作为储能器，另一方面可以缓冲周期性的电源中断。 另一方面，该转换器的输入和输出始终承载不间断电流，这在 EMC 特性和无纹波方面具有优势。

分裂圆周率的名称是根据一个圆周率滤波器的电路，在使用半导体开关和中间电路电容器（英文split）的变换器电路中分裂而成。 另一方面，级联降压-升压转换器只有一个存储扼流圈，没有中间电路电容器，因此类似于非分裂 pi 滤波器。

split-pi 是两个同步转换器的链式连接，其中xxx个同步转换器反向使用（即镜像），转换器的中间电压由一个附加电容器支持。 因此，转换器由两个电感组成，作为有源储能器，使用四个双向半导体开关以能量循环充电和放电。 两个外部电容器用作 - 与每个 DC-DC 转换器一样 - 作为缓冲电容器并平滑相应的电压。

由于输入线和输出线存在电感，所以输入电流和输出电流都是连续的。

中央冷凝器是 split-pi 的基本特征。 如果只有一个转换器部分处于活动状态，则它仅用作滤波电容器。 当两个转换器都处于活动状态时，它的电压必须始终高于最高输入和输出电压。 施加到电容器的电压可以通过同步转换器的占空比自由选择，并且仅受组件限制。 因此，例如，这里可以使用双层电容器来进行中间储能。

原则上，Split-pi 也可以只与一个同步转换器一起工作。 然而，典型应用同时使用两个转换器，这意味着可以而且必须控制中间电路的电压。

为了更好地理解，假设只有一个同步转换器运行。

如果电压源连接到一个连接 UA，负载连接到另一个连接 UB，则可以通过选择有源和无源同步转换器来根据需要控制负载上的电压。

如果负载上的电压低于电压源的电压，则同步转换器 A 以 1 的变压比运行（上部开关保持闭合），同步转换器 B 以所需的脉冲宽度比计时。 因此，整个 split-pi 用作同步降压转换器，其输出电压取决于同步转换器 B 的脉冲宽度比。

如果负载电压大于电压源的电压，则同步转换器 B 以 1 的变压比运行（上部开关保持闭合），同步转换器 A 以所需的脉冲宽度比计时。 因此，split-pi 用作同步升压转换器，其输出电压现在取决于同步转换器 A 的脉冲宽度比。

由于 Split-pi 是对称的并且能量流向是双向的，因此将哪个端口定义为输入和哪个端口定义为输出并不重要。

如果电压源连接到 split-pi 的每个连接，电流的方向可以通过选择脉冲宽度比来确定 - 就像简单的同步转换器一样。 然而，与简单的同步转换器相比，对于该转换器，相应电压的电平是多少无关紧要。 取决于电压源的相应电压水平，split-pis 的相应有源和无源同步转换器被指定。

如果 UA 高于 UB，则同步转换器 A 必须被动工作（上方开关保持闭合），所需的能量流方向及其数量由主动工作的同步转换器 B 的脉宽比指定。

如果 UA 小于 UB，同步ron 转换器以完全相反的方式工作。

无论转换器的工作模式如何，始终需要中间电路缓冲器。 如果一个同步转换器关闭上部开关，没有中间电路电容器，则另一个同步转换器的电感的一个连接可能会保持打开状态。 但是，由于施加在电感上的电流必须继续流动，如果没有电容器，电压会急剧上升或下降。 在这种情况下，半导体开关可能会被破坏并且能量会丢失。 因此不能省略中间电路电容器，而是拓扑结构的基本特征。 它允许暂时存储能量，因为可以使用两个同步转换器控制其充电。 因此可以在传输能量的同时对电容器充电或放电。 例如，这意味着转换器可以暂时提供比其吸收的功率多得多的功率。 例如，如果您需要短时间的高性能，但您没有足够的电流可用于此，则可以利用这一点。

中间电路电容器在同步转换器的任何周期性电流中断期间保持电压。 另一方面，外部电感持续承载电流，这意味着开关干扰远离相邻组件。 中间电路电容器充当缓冲电容器并充当电流源或吸收器。

除了双向能量流向和电压限制的独立性之外，这种DC-DC转换器的优势在于中间电路电容器，它可以缓冲干扰并可以暂时存储能量。 因此，该转换器最适合蓄电池驱动的电力驱动，因为电动机产生的电压或其用于所需速度的电源电压可以低于或高于电池电压。 由于能量流的双向方向，电动机的制动（能量回收）也可以在低速和高速下进行。 然而，所有这些也可以通过一个简单的 Pi 转换器来解决。

split-pi 在此应用中的主要优点是，如果此处使用双层电容器作为中间电路电容器，则可以存储能量。 与蓄电池相比，双层电容器每存储能量可提供高得多的瞬时功率。 另一方面，由于它们的尺寸，它们无法储存大量能量，而充电电池或牵引电池则可以储存大量能量。 反过来，牵引电池在消耗大电流时也会受到影响。 使用 split-pi，两个组件可以在车辆中相互补充。 启动和制动时，双电层电容器以高功率短时间供应或储存能量，逐渐从电池中汲取或馈入电池。

典型应用还包括城市交通中的常规服务公共汽车，它们具有混合动力驱动和能量回收系统。