DCDC变换技术
DCDC电路转换原理(含计算方式)
Io
Io
（3-14）
其值小于等于负载电流Io，由上式得: EI1=U0I0
（3-15）
即输出功率等于输入功率，可将降压斩波器看作直流降压变压器。
第三章 第 20 页
3.1.1 降压斩波电路
m EM / E
t1
/
t1 T
T
负载电流断续的情况： I10=0，且t=tx时，i2=0，利用式（3-7）和式（3-6）
PUSH-PULL
第三章 第 9 页
HALF-BRIDGE
第三章 第 10 页
FULL-BRIDGE
第三章 第 11 页
METHODS OF CONTROL
第三章 第 12 页
直流斩波电路
直流斩波电路（DC Chopper）
将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电； 也称为直接直流--直流变换器（DC/DC Converter）； 一般直流斩波是指直接将直流电变为另一直流电，不包括直
流—交流—直流。 广泛应用于直流牵引的变速拖动（使用直流电源时）。
直流斩波电路的种类：
三种基本斩波电路：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩 波电路；
复合斩波电路——不同基本斩波电路组合； 多相多重斩波电路——相同结构基本斩波电路的组合，可以工
作在两个或四个象限。
第三章 第 13 页
当V处于断态时，设电动机电枢电流为i2，得下式：
I10
I20
I10
a） 电路图 b） 电流连续时 O ton
toff
t
c） 电流断续时
T b)
O
t
io
dcdc变换器工作原理
dcdc变换器工作原理
DC-DC变换器工作原理是通过将一个输入的直流电压转换成需要的直流电压输出。
以下是DC-DC变换器的工作原理：
1. 输入电压：DC-DC变换器的输入电压通过一个电感和输入滤波器连接到一个开关元件，如MOSFET或BJT。
输入电压通常是一个稳定的直流电压。
2. 开关元件：开关元件的作用是控制电流流经变换器的时间和路径。
它可以在开（导通）和关（断开）之间切换。
开关元件可以是一个MOSFET或BJT。
3. 控制器：DC-DC变换器的控制器负责控制开关元件的开关时间和周期。
它可以根据需要来实现稳定输出电压。
4. 输出滤波器：输出滤波器用于减小或消除输出电压上的杂散信号和纹波。
它通常由电感和电容组成。
5. 输出电压：DC-DC变换器的输出电压是稳定的直流电压，可以根据需要进行调整。
输出电压由控制器根据输入电压和负载要求来调整。
工作原理简述：
当开关元件导通时，输入电压通过电感和开关元件流向输出滤波器，从而实现电能的储存。
当开关元件断开时，储存的电能通过电感产生一个反向电压，使输出电压保持稳定。
控制器根据输出电压和负载变化来调整开关元件的开关时间和周期，以
使输出电压保持在稳定值。
总结：DC-DC变换器通过控制开关元件的导通和断开实现将输入直流电压转换成输出直流电压的功能。
dcdc原理
dcdc原理DCDC原理。
DCDC（直流-直流）转换器是一种电子电路，用于将一个直流电压转换成另一个直流电压。
它在许多电子设备中都有广泛的应用，如手机、笔记本电脑、电视机、电脑显示器等。
本文将介绍DCDC原理的基本工作原理和应用。
DCDC转换器的基本工作原理是利用电感和电容器的存储能量来实现电压的转换。
在DCDC转换器中，输入端的直流电压首先通过一个开关管，然后进入一个电感。
当开关管关闭时，电感中储存的能量被释放，从而产生一个稳定的输出电压。
这个输出电压可以经过滤波电容器后，供给给电子设备使用。
DCDC转换器有多种不同的拓扑结构，如升压、降压、升降压等。
其中，最常见的是降压转换器，它可以将输入电压降低到所需的输出电压。
而升压转换器则可以将输入电压升高到所需的输出电压。
升降压转换器则可以实现输入电压到输出电压的双向转换。
在实际应用中，DCDC转换器需要考虑的因素有很多，如效率、稳定性、输出波形质量等。
为了提高转换效率，一般会采用PWM （脉宽调制）技术来控制开关管的导通时间，从而调节输出电压。
此外，还需要考虑输入电压范围、负载变化、温度变化等因素对转换器性能的影响。
除了在电子设备中的应用外，DCDC转换器还广泛应用于太阳能光伏发电系统、电动汽车、风力发电系统等领域。
在这些领域中，DCDC转换器不仅可以实现电压的转换，还可以实现电能的最大功率点追踪、电能的存储和管理等功能。
总之，DCDC转换器作为一种重要的电源管理器件，在现代电子技术中有着广泛的应用。
通过不断地研究和创新，相信它将在未来的电子领域中发挥越来越重要的作用。
dcdc变换器的简单介绍
dcdc变换器的简单介绍dcdc 变换器的简单介绍dcdc 变换也称直流-直流变换，dcdc 转换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。
斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式，Ts 不变，改变ton(通用)，二是频率调制。
下面小编就dcdc 变换器的工作原理、技术要求以及工作模式来介绍简单dcdc 变换器。
工作原理dcdc 变换器是将直流电先逆变(升压或降压)成交流电，然后再整流变换成另一种直流电压的直流变换装置。
常用的直流—直流变换设备一般是由直流—直流变换模块、监控模块以及与之配套的用户接口板和直流配电单元等组成的一个完整的电源系统。
系统中多个直流—直流变换模块并联均分负荷运行，将?48V直流电压变换成?24V(或+12V、+5V)直流电压，再经输出分路保险向负载输出;监控模块负责对变换器模块及整个系统的工作状态及性能进行监控，并通过RS232 通信口纳入上一级监控系统。
变换器模块负责将?48V直流电压转换为?24V直流电压，由功率电路和控制电路两大部分组成。
功率电路实现从直流输入到直流输出的变换;控制电路提供功率变换所需的一切控制信号，包括反馈回路、直流信号处理、模拟量和开关量的处理电路等。
功率电路上主要包括直流输入滤波电路、直流—直流变换电路、直流输出滤波电路及辅助电源的部分。
直流输入滤波电路包含有防浪涌器件、差模、共模滤波器等。
遇有雷击或其他高压浪涌时，压敏电阻和瞬态电压抑制器可保护变换器免受冲击。
差模滤波器和共模滤波器可有效抑制模块内部产生的高频噪声，同时也使来自直流输入电源的干扰不会影响模块的正常工作。
直流—直流变换电路主要包括变换电路和整流输出电路，是整个变换模块的重要组成部分。
DCDC变换技术
如图5-1b所示。显然晶体管功率损耗为
。
开关调节模式如图5-2a所示，其等效电路和输出 电压如图5-2b、5-2c所示。
假设：晶体管关断时，
；晶体管导通
时
；则该晶体管为理想开关（Ideal
switch），在理想开关情况下，晶体管损耗为零。
两种模式的电源方块图如图5-3a和图5-3b所示。
vCE
图5-6b给出了电感电流断续时的工作波形，它有 三种工作状态：①Q导通，电感电流iL从零增长 到 ；②Q关断，二极管D续流，iL从 降到零； ③Q和D均截止，在此期间iL保持为零，负载电流 由输出滤波电容供电。这三种工作状态对应三种 不同的电路结构，如图5-2b、c、d所示。
Q导通期间，电感电流从零开始增长，其增长量为
流iL是否连续取决于开关频率、滤波电感 和电容的数值。电感电流iL连续条件下其
工作波形如图5-6a所示。电路稳定状态下 的工作分析如下：
1）电感电流连续模式CCM（Continuous current mode）
VGE
VGE
0
t0
iL
0
ILmin
iQ
0
ILmax IO ILmax
ILmin
iL ILmax t0
4）按电力半导体器件在开关过程中是否承受电压、电流应 力划分。可分为硬开关和软开关。所谓软开关是指电力半 导体器件在开关过程中承受零电压（ZVS）或零电流 （ZIS）。
5）按输入输出电压大小划分。可分为降压型和升压型。 6）按输入与输出之间是否有电气隔离划分。可分为隔离型
和不隔离型。隔离型DC-DC变换器按电力半导体器件的个 数可分为：单管DC-DC变换器[单端正激（Forward）、单 端反激(Flyback)]；双管DC-DC变换器[双管正激(Double transistor forward converter)、双管反激（Double transistor flyback converter）、推挽电路（Pushpull converter）和半桥电路（Half-bridge converter） 等]；四管DC-DC变换器即全桥DC-DC变换器（Full-bradge converter）。不隔离型主要有降压式（Buck）变换器、 升压式（Boost）变换器、升降压式（Buck-Boost）变换 器、Cuk变换器、Zeta变换器、Sepic变换器等。
dcdc原理
dcdc原理
DCDC原理。
DCDC原理是一种将直流电转换为另一种电压的技术，它在电子设备中被广泛
应用。
DCDC技术可以有效地改变电压，使得电子设备可以在不同的电压条件下正常工作，从而提高了设备的稳定性和灵活性。
首先，DCDC技术的核心是变换器。
变换器是一种能够将输入电压转换为输出
电压的装置，它可以通过控制电路中的开关元件来实现电压的转换。
在变换器中，输入电压经过电感和电容的作用，通过开关元件的控制，最终转换为所需要的输出电压。
这种电压转换的过程可以实现高效率的能量转换，从而减少能量的损耗。
其次，DCDC技术的应用非常广泛。
在电子设备中，不同的电路板、芯片、传
感器等都需要不同的电压来正常工作。
而且在电子设备使用的过程中，电池的电压也是不断变化的。
DCDC技术可以根据实际需要，将电池提供的电压转换为适合电子设备工作的电压，从而保证设备的正常工作。
此外，DCDC技术还可以用于电源适配器、充电器等设备中，使得这些设备可以适配不同的电压标准，实现国际通用。
另外，DCDC技术的发展也在不断推动电子设备的发展。
随着电子设备对功耗、体积、重量等方面要求的不断提高，DCDC技术也在不断创新和发展。
新型的DCDC技术可以实现更高的转换效率、更小的尺寸、更宽的输入电压范围等特点，从而更好地满足电子设备的需求。
总的来说，DCDC原理是一种非常重要的电子技术，它可以有效地改变电压，
实现能量的高效转换，广泛应用于电子设备中，推动了电子设备的发展。
随着科技的不断进步，相信DCDC技术也会不断创新和发展，为电子设备的发展提供更好
的支持。
dcdc变换过程
dcdc变换过程DCDC变换是一种常见的电力转换技术，它可以将直流电转换为直流电，或者将直流电转换为交流电。
这种变换技术在各个领域都有广泛的应用，例如电动车、太阳能电池板、无线通信设备等。
下面我将以一个家庭太阳能发电系统为例，来描述DCDC变换的过程。
家庭太阳能发电系统是一种利用太阳能发电的系统，它通过太阳能电池板将太阳能转换为直流电。
然而，由于家庭用电设备一般使用交流电，所以需要将太阳能电池板输出的直流电转换为交流电。
这就需要用到DCDC变换技术。
家庭太阳能发电系统中的DCDC变换器是一个重要的组件。
它接收来自太阳能电池板的直流电输入，并通过控制开关管的开关状态，将输入直流电转换为所需的输出电压。
在这个过程中，DCDC变换器需要保证输出电压的稳定性和电流的平滑性。
DCDC变换器的工作原理是：通过控制开关管的开关状态，使得输入直流电在开关管的导通和关断状态之间切换。
当开关管导通时，输入直流电通过变换器的电感和电容进行储存和平滑处理；当开关管关断时，储存的能量被释放，输出电压稳定在所需的水平。
DCDC变换过程中需要注意的是，变换器的效率和功率损耗问题。
由于开关管的导通和关断状态会引起能量的损耗，所以需要通过合理的控制策略来提高变换器的效率。
同时，还需要考虑到变换器的散热问题，以保证其正常工作和使用寿命。
通过DCDC变换器的转换，家庭太阳能发电系统可以将直流电转换为交流电，以满足家庭用电设备的需求。
这种变换技术不仅提高了太阳能发电系统的利用率，还减少了对传统电网的依赖，实现了可持续能源的利用。
总结一下，DCDC变换是一种将直流电转换为直流电或交流电的技术，在家庭太阳能发电系统中起到了至关重要的作用。
通过合理的控制策略和设计，可以实现高效、稳定的电能转换，提高能源利用效率，减少对传统能源的依赖，推动可持续能源的发展。
DCDC变换器技术现状发展趋势
DCDC变换器技术现状发展趋势DC/DC变换器是一种将直流电压从一个电压级别转换为另一个电压级别的电力转换设备。
它在电子设备和电力系统中得到了广泛应用，如电子产品、工业自动化、新能源发电等领域。
目前，DC/DC变换器技术的发展主要集中在以下几个方面：1.高效率：随着能源紧缺和环境保护意识的增强，高效率是DC/DC变换器技术的重要发展方向。
在能量转换过程中，变换器的能量损耗会导致能量浪费和系统发热，因此提高DC/DC变换器的转换效率是减少能源浪费和改善系统性能的关键。
2.多功能性：随着电子设备功能的不断扩展和多样化需求的出现，DC/DC变换器需要具备更多的功能和特性。
例如，需要具有多个输出电压、带有隔离功能、可调节输出电压和电流等功能。
3.小型化：随着电子设备体积的缩小和便携性的要求提高，DC/DC变换器需要越来越小。
因此，封装技术的进步、高频开关管的应用等都是实现DC/DC变换器小型化的关键技术。
4.高可靠性：在一些关键场合，如军事设备、卫星等，需要DC/DC变换器具有很高的可靠性和稳定性。
因此，研发具有高抗干扰能力和长寿命的DC/DC变换器是一个重要的课题。
5. 新型拓扑结构：传统的DC/DC变换器拓扑结构如Buck、Boost和Buck-Boost已经非常成熟，但它们也存在一些局限性，如输出电压范围有限、效率不高等。
因此，研究新的拓扑结构如谐振变换器、多电平变换器等是一种有潜力的发展方向。
6.系统集成和智能化：随着电子系统的集成度不断提高，DC/DC变换器也需要与更多的控制电路和传感器进行集成，以实现更高级的功能和管理。
例如，集成功率管理芯片、数字控制技术等，可以实现更高级的功率管理和更好的系统控制。
总的来说，DC/DC变换器技术在高效率、多功能性、小型化、高可靠性、新型拓扑结构和系统集成智能化方面都有很大的发展空间。
随着电子产品需求的不断增加，DC/DC变换器的性能和功能要求也将不断提高。
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1、两种调节模式及比较
线性调节器模式如图5-1a所示，在这种模式中晶
体管工作在线性工作区，其输出电压为
。
晶体管模型可以用可调电阻RT等效，其等效电路
第5章 DC-DC变换技术
§5.1 概述 §5.2 DC-DC变换器的基本电路拓扑 §5.3 带变压器隔离的DC-DC变换器原理
§5.4 PWM控制器原理
返回
§5.1 概述
将一个不受控制的输入直流电压变换成为另一个受控的输 出直流电压称之为DC-DC变换。
随着科学技术的发展，对电子设备的要求是：①性能更加 可靠；②功能不断增加；③使用更加方便；④体积日益减 小。这些使DC-DC变换技术变得更加重要。目前，DC-DC变 换器在计算机、航空、航天、水下行器、通信及电视等领 域得到了广泛的应用，同时，这些应用也促进了DC-DC变 换技术的进一步发展。
选择开关管工作频率。最好工作频率大于20KHZ，以避开音频噪声。 工作频率提高可以减小L、C，但开关损耗增大，因此效率减小。
开关管可选方案：MOSFET、IGBT、GTR。
占空比选择。为保证当输入电压发生波动时，输出电压能够稳定，占 空比一般选0.7左右。
确定临界电感。
，电感选取一般为临界电感的10倍。
流iL是否连续取决于开关频率、滤波电感 和电容的数值。电感电流iL连续条件下其
工作波形如图5-6a所示。电路稳定状态下 的工作分析如下：
1）电感电流连续模式CCM（Continuous current mode）
VGE
VGE
0
t0
iL
0
ILmin
iQ
0
ILmax IO ILmax
ILmin
iL ILmax t0
和下降，电感量越大电流的变化越平滑；
电感量越小电流的变化越陡峭。当电感量
小到一定值时，在t=T时刻，电感L中储藏
的能量刚刚释放完毕，这时
，此时
的电感量被称为临界电感，当储能电感L的
电感量小于临界电感时，电感中电流就发
生断续现象。
LC即为临界电感值，式中RL为负载电阻。
2）电感电流断续工作方式（Discontinuous current mode）
图5-6b给出了电感电流断续时的工作波形，它有 三种工作状态：①Q导通，电感电流iL从零增长 到 ；②Q关断，二极管D续流，iL从 降到零； ③Q和D均截止，在此期间iL保持为零，负载电流 由输出滤波电容供电。这三种工作状态对应三种 不同的电路结构，如图5-2b、c、d所示。
Q导通期间，电感电流从零开始增长，其增长量为
+
DC Voltage Source
Di o d e
+
i -
Current Measurement3
+ -
v
R
Voltage Measurement1CScopeno Nhomakorabeae 10
BUCK变换器设计步骤
选择续流二极管D。续流二极管选用快恢复二极管，其额定工作电流 和反向耐压必须满足电路要求，并留一定的余量。
由于滤波电容上的电压等于输出电压，电容两端 的电压变化量实际上就是输出电压的纹波电
压 ， 的波形如图5-6a所示。
因为 升高；当
，当
时，C充电，输出电压vo
时，C放电，输出电压vo下降，假
设负载电流io的脉动量很小而可以忽略，
则
，即电感的峰峰脉动电流 即为
电容C充放电电流。
电容充电电荷量即电流曲线与横轴所围的面积
4）按电力半导体器件在开关过程中是否承受电压、电流应 力划分。可分为硬开关和软开关。所谓软开关是指电力半 导体器件在开关过程中承受零电压（ZVS）或零电流 （ZIS）。
5）按输入输出电压大小划分。可分为降压型和升压型。 6）按输入与输出之间是否有电气隔离划分。可分为隔离型
和不隔离型。隔离型DC-DC变换器按电力半导体器件的个 数可分为：单管DC-DC变换器[单端正激（Forward）、单 端反激(Flyback)]；双管DC-DC变换器[双管正激(Double transistor forward converter)、双管反激（Double transistor flyback converter）、推挽电路（Pushpull converter）和半桥电路（Half-bridge converter） 等]；四管DC-DC变换器即全桥DC-DC变换器（Full-bradge converter）。不隔离型主要有降压式（Buck）变换器、 升压式（Boost）变换器、升降压式（Buck-Boost）变换 器、Cuk变换器、Zeta变换器、Sepic变换器等。
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§5.2 DC-DC变换器的基本电路
1 、Buck电路
Buck电路又称为串联开关稳压电路，或降压斩波 电路。Buck变换器原理图如图5-5a所示。它有两 种基本工作模式，即电感电流连续模式CCM和电感 电流断续模式。电感电流连续是指输出滤波电感 电流总是大于零，电感电流断续是指在开关管关 断期间有一段时间电感电流为零，这两种状态之 间有一个临界状态，即在开关管关断末期电感电 流刚好为零。电感电流连续时，Buck变换器存在 两种开关状态；电感电流断续时，Buck变换器存 在三种开关状态；如图5-5b、c、d所示。
Q截止后，电感电流从最大值线性下降，在 时刻下降到零，其减小量为：
电感电流增长量和电感电流减小量在稳态 时应相等：
电感电流连续时，
时，
。
，电感电流断续
变换器输出电流等于电感电流平均值：
上式表明，电感电流断续时， 不仅与占 空比有关，而且与负载电流有关。
Buck电路MATLAB仿真
确定电容。电容耐压必须超过额定电压；电容必须能够传送所需的电 流有效值；电流有效值计算：电流波形为三角形，三角形高为 ， 底宽为 ，因此电容电流有效值为：
+ -
v
Voltage Measurement
Continuous pow ergui
Pu l se Generator
g
m
d
s
Mosfet
i -
Current Measurement1
+
i -
+
i -
Series RLC Branch Current Measurement
Current Measurement2
IL
Vs
RL Vo
a
vCE
IL
Vs
RL Vo
b
图5-1 a 线性调节器模式
b 等效电路
vCE
IL
Vs
RL Vo
Vs
Vo
IL RL
Vs Vo
on off 闭合 断开
a
b
t c
图5-2a开关调节模式图
5-2b等效电路图
5-2c输出电压
a 线性模式电源框图
b 开关模式电源(SMPS: Switch-mode power supply)框图图 5-3线性电源和开关电源框图
1
Q Vd
iL
L
D
uc
io
iC CZ
2
Q
iL L
io
Vd
D
uc
CZ
a Buck电路图
Q
iL L
io
Vd
D
uc
CZ
Q Vd
b Q导通
L
io
D
uc
CZ
c Q关断
d Q关断时电感电流为零
图5-5 Buck变换器原理图及不同开关状态下的等效电路图
将图5-6所示的方波信号加到功率半导体器 件的控制极，功率半导体器件在控制信号 激励下，周期性的开关。通过电感中的电
由式可知，降低纹波电压，除与输入输出电压有 关外，增大储能电感L和滤波电容C可以起到显著 效果，提高电力半导体器件的工作频率也能收到 同样的效果。在已知 、Vd、Vo和f的情况下根 据上述公式可以确定C和L的值。
设负载阻抗 ，则电感平均电流为： 电感电流的最大值：
电感电流的最小值：
电感电流不能突变，只能近似的线性上升
3、 DC-DC变换器的要求及主要技术指标
1）输入参数：输入电压及输入电压变化范围；输 入电流及输入电流变化范围； 2）输出参数：输出电压及输出电压变化范围；输出 电流及输出电流变化范围；输出电压稳压精度。 输出电压稳压精度，包括两个内容: 负载调整率，即负载效应。指当负载在0-100%额 定电流范围内变化时，输出电压的变化量与输出 电压额定值的比值。 源效应是指当输入电压在规定范围内变化时，输 出电压的变化量与输出电压额定值的比值。 效率 输出电压纹波有效值和峰-峰值 比功率（功率/重量）,是表征小型化的重要指标。
2 DC-DC变换分类： 1）按激励方式划分。由于电力半导体器件需要激励信号，
按激励方式划分为它激式和自激式两种方式，它激式DCDC变换中有专业的电路产生激励信号控制电力半导体器件 开关；自激式变换中电力半导体器件是作为振荡器的一部 分（作为振荡器的振荡管）。 2） 按调制方式划分。目前在变換中常使用脉宽调制和频率 调制两种方式，脉宽调制PWM（pulse width modulation） 是电力半导体器件工作频率保持不变，通过调整脉冲宽度 达到调整输出电压。频率调制PFM（pulse frequent modulation）是保持开通时间不变，通过调节电力半导体 器件开关工作频率达到调整输出电压。频率调制在DC-DC 变换器设计中由于易产生谐波干扰、且滤波器设计困难。 脉宽调制与频率调制相比具有明显的优点，目前在DC-DC 变换中占据主导地位。还有混合式，即在某种条件下使用 脉宽调制（PWM），在另一条件下使用频率调制（PFM）。 3）按储能电感与负载连接方式划分。可分为串联型和并联 型两种。储能电感串联在输入输出之间称之为串联型；储 能电感并联在输出与输入之间称之为并联型。