DCDc模块常见电路拓扑
DCDC变换器的拓扑结构
摘要：首先阐述了三电平DC/DC变换器拓扑的推导过程，给出了6种非隔离三电平DC/DC变换器和5种隔离三电平DC/DC变换器拓扑结构；分析了三电平DC/DC变换器中，如何设计滤波电路的参数以提高其动态品质；最后以Buck三电平变换器和Buck Boost三电平变换器为例，分析了滑模控制在三电平DC/DC变换器中的应用前景。
关键词：三电平；DC/DC变换器；滑模控制1 引言J.Renes Pinheiro于1992年提出了零电压开关三电平DC/DC变换器[1]，该变换器的开关应力为输入直流电压的1/2，非常适合于输入电压高、输出功率大的应用场合。
因此，三电平DC/DC变换器引起了广泛关注，得到了长足发展。
目前，三电平技术在已有的DC/DC 变换器中，均得到了很好的应用。
部分三电平DC/DC变换器在降低开关应力的同时，还大大减小了滤波器的体积，提高了变换器的动态特性。
三电平技术的应用，充分体现了“采用有源控制的方式减小无源元件体积”的学术思想。
2 三电平DC/DC变换器拓扑的推导与发展2.1 三电平两种开关单元文献[2]分析了三电平DC/DC变换器的推导过程：用2只开关管串联代替1只开关管以降低电压应力，并引入1只箝位二极管和箝位电压源(它被均分为两个相等的电压源)确保2只开关管电压应力均衡。
电路中开关管的位置不同，其箝位电压源与箝位二极管的接法也不同。
文中提取出2个三电平开关单元如图1所示。
图1(a)中，箝位二极管的阳极与箝位电压源的中点相连，称之为阳极单元；图1(b)中，箝位二极管的阴极与箝位电压源的中点相连，称之为阴极单元。
2.2 六种非隔离三电平DC/DC变换器三电平DC/DC变换器的推导过程可以总结为以下三个步骤：一是将基本变换器的开关管替换为相互串联的2只开关管；二是寻找或构成箝位电压源；三是从箝位电压源的中点引入1只箝位二极管到相互串联的2只开关管的中点，箝位二极管的放置与2只开关管与箝位电压源联接的地方有关。
DC-DC电源拓扑及其工作模式讲解
DC-DC电源拓扑及其工作模式讲解一、DC-DC电源基本拓扑分类：开关电源的三种基本拓扑结构有Buck、Boost、Buck-boost（反极性Boost）。
如果电感连接到地，就构成了升降压变换器，如果电感连接到输入端，就构成了升压变换器。
如果电感连接到输出端，就构成了降压变换器。
基本拓扑图如下：1.Buck2.Boost3.Buck-Boost二、DC-DC复杂拓扑结构1.反激隔离电源（FlyBack）另外有些隔离电源拓扑就是通过基本拓扑增加变压器或者变化得到的，例如反激隔离电源（FlyBack）。
2.Buck+Boost拓扑本质是用一个降压“加上”一个升压，来实现升降压。
SEPIC拓扑：集成了Boost和Flyback拓扑结构3.Cuk、Sepic、Zeta拓扑通过基本拓扑直接组合，形成了三个有实用价值的拓扑结构：Cuk、Sepic、Zeta。
Cuk的本质是Boost变换器和Buck变换器串联，Sepic的本质是Boost和Buck-Boost串联，Zeta可以看成Buck和Buck-Boost串联。
但是里面有些细节按照电流的方向在演进的过程中调整了二极管的方向，两极串联拓扑节省了复用的器件。
通过这样串联和演进，产生了新的三个电源拓扑。
同时，如果我们把同步Buck拓扑串联同步Boost可以形成四开关Buck-Boost拓扑。
4.四开关Buck-Boost拓扑同时，如果我们把同步Buck拓扑串联同步Boost可以形成四开关Buck-Boost拓扑5.反激、正激、推挽拓扑的演进利用变压器代替电感，可以把Boost演进为一个新拓扑FlyBack即反激变换器（反激的公式来看又是很像Buck-Boost，这里变压器不同于电感，也有说法会说反激是Buck-Boost变过来的）。
可以把Buck电路的开关通过一个变压器进行能量传递，就形成正激变换器。
将两个正激变换器进行并联，可以形成推挽拓扑。
正激的变压器，是直接输送能量过去，而不是像反激变压器那样传递能量。
板级DCDC
板级DCDC1. 简介板级DC-DC转换器（Direct Current-Direct Current Converter）是一种将直流电压转换为其他直流电压的电子设备。
它通常用于电子系统或设备中，以提供所需电压和电流供电给不同的电路或模块。
本文将介绍板级DC-DC转换器的工作原理、应用领域和一些常见的技术。
2. 工作原理板级DC-DC转换器通过电感、电容和半导体器件构成的拓扑电路来完成电压变换。
最常见的拓扑电路包括升压（Boost）、降压（Buck）、升降压（Buck-Boost）和反激（Flyback）等。
在升压（Boost）拓扑中，输入电压低于输出电压时，通过电感储能和开关控制，使输出电压大于输入电压。
在降压（Buck）拓扑中，输入电压大于输出电压时，通过电感储能和开关控制，使输出电压小于输入电压。
在升降压（Buck-Boost）拓扑中，无论输入电压高于还是低于输出电压，都可以通过电感储能和开关控制实现电压的升降。
在反激（Flyback）拓扑中，通过储存能量再交换的方式，实现输出电压转换。
3. 应用领域板级DC-DC转换器广泛应用于各种电子系统或设备中。
以下是一些常见的应用领域：3.1. 通信设备在通信设备中，需要提供不同的工作电压和电流，以满足不同电路或模块的要求。
板级DC-DC转换器可以提供稳定可靠的电力供应，确保通信设备的正常运行。
3.2. 工业自动化在工业自动化系统中，板级DC-DC转换器用于提供各种电压等级，以供电不同的控制器、传感器、执行器和通信模块等。
3.3. 汽车电子在汽车电子系统中，各种电路和模块需要不同的电压和电流供电。
板级DC-DC转换器可以根据汽车电池电压提供适当的功率，并保证电子设备的正确运行。
3.4. 能源管理系统能源管理系统中的电池管理、能量回收和电网连接等模块需要不同的电压和电流。
板级DC-DC转换器可以实现电能的高效转换和分配。
4. 技术进展随着电子技术的不断发展，板级DC-DC转换器也在不断改进和创新。
dcdc常用电路拓扑结构
dcdc常用电路拓扑结构
DCDC常用电路拓扑结构是现代电力转换技术中的关键部分，被广泛应用于各
种电子设备的电源系统。
DCDC转换器主要用于将直流电压转换为其他电压级别的直流电压，以满足不同电子设备对电源的需求。
以下是一些常见的DCDC电路拓
扑结构：
1. 正激式转换器：正激式转换器采用周期性开关控制，在输入电压周期性切换
时将能量传递到输出电路。
常见的正激式转换器包括Buck和Boost转换器，它们
可以将输入电压降低或提高到所需的输出电压。
2. 反激式转换器：反激式转换器也使用周期性开关控制，但是输入和输出之间
通过变压器进行能量传递。
反激式转换器在电源适配器和低功率设备中广泛使用。
3. 前馈式转换器：前馈式转换器将输入电能分配到多个转换器，以实现较高的
效率和较低的电磁干扰。
前馈式转换器适用于高功率应用，如电动汽车充电器和工业电源系统。
4. 半桥和全桥转换器：半桥和全桥转换器将高频信号应用到精确控制的开关上，以产生所需输出电压。
它们常用于数码产品和电信设备中。
需要注意的是，以上只是一些常见的DCDC电路拓扑结构，实际应用中还有更多的变种和组合。
选择适当的电路拓扑结构需要考虑功率需求、效率要求、成本和尺寸等因素，以确保电源系统的稳定性和可靠性。
储能双向三电平dcdc拓扑
储能双向三电平dcdc拓扑储能双向三电平dcdc拓扑是一种用于能量储存系统的电路拓扑，它可以实现能量在不同能源之间的双向转换。
本文将以储能双向三电平dcdc拓扑为主题，从拓扑结构、工作原理、控制策略等方面一步一步进行详细的阐述。
第一部分：储能双向三电平dcdc拓扑的基本结构和功能储能双向三电平dcdc拓扑是基于多电平变换器的一种降压拓扑结构。
它由两个脉宽调制（PWM）三电平图形逆变器连接在一个中间电感上构成。
其中，输入端连接外部电源，输出端连接储能元件，例如电池或超级电容器。
该拓扑在双向能量转换过程中，可以将高压能源转换为低压能源，并将低压能源转换为高压能源。
储能双向三电平dcdc拓扑的主要功能包括：1. 实现能量储存系统的高效能量转换：该拓扑能够将输入端的能量转换为适合储能元件的电能，并在需要时将储能元件的电能转换为输出端所需的能量。
2. 双向能量流动：该拓扑可以实现能量在不同能源之间的双向转换，使得能源的利用更加灵活和高效。
3. 优化能量传输：该拓扑能够通过PWM技术和多电平变换器的结构优化能量的传输效果，提高系统的效率和稳定性。
第二部分：储能双向三电平dcdc拓扑的工作原理储能双向三电平dcdc拓扑的工作原理如下：1. 入口端工作原理：当输入能源的电压高于设定的储存能量元件的电压时，PWM逆变器产生特定的脉宽调制信号，通过电感和开关元件将能源传输到储能元件中进行储存。
在这个过程中，逆变器中的开关元件被适时开启和关闭，以保持输入电压和输出电压之间的转换效果，同时将电压传输到储能元件中。
2. 出口端工作原理：当储能元件的电能被需要时，PWM逆变器将产生适当的脉宽调制信号，通过开关元件和电感将储能元件中的电能转换为输出端所需的电能。
在这个过程中，逆变器中的开关元件以适当的方式开启和关闭，以保持输入电流和输出电流之间的转换效果，同时将电能传输到输出端。
3. 控制策略：储能双向三电平dcdc拓扑的控制策略通常分为两个部分，即输入端控制和输出端控制。
升降压dcdc拓扑
升降压DC-DC拓扑1. 概述升降压DC-DC拓扑是一种电力转换器拓扑结构，用于将输入电压进行升压或降压转换，以适应不同电路或设备的电源需求。
该拓扑结构具有高效、可靠、稳定的特点，被广泛应用于各种电子设备和电路中。
2. DC-DC拓扑结构升降压DC-DC拓扑主要有以下几种结构：2.1 升压拓扑升压拓扑将输入电压提升到更高的输出电压。
常见的升压拓扑有Boost拓扑、Flyback拓扑和SEPIC拓扑等。
2.1.1 Boost拓扑Boost拓扑是一种基本的升压拓扑结构。
它由一个开关管、一个电感和一个输出电容组成。
工作原理是通过周期性地开关开关管，将电感储存的能量传递给输出电容，从而提升输出电压。
2.1.2 Flyback拓扑Flyback拓扑也是一种常见的升压拓扑结构。
它由一个开关管、一个电感和一个输出电容组成。
与Boost拓扑不同的是，Flyback拓扑通过储存能量在电感中，然后在开关断开时将能量传递给输出电容，从而提升输出电压。
2.1.3 SEPIC拓扑SEPIC拓扑是一种特殊的升压拓扑结构，适用于输入电压范围波动较大的应用场景。
它由两个电感、两个开关管和一个输出电容组成。
SEPIC拓扑可以实现输入电压的升压和降压转换。
2.2 降压拓扑降压拓扑将输入电压降低到更低的输出电压。
常见的降压拓扑有Buck拓扑和Buck-Boost拓扑等。
2.2.1 Buck拓扑Buck拓扑是一种基本的降压拓扑结构。
它由一个开关管、一个电感和一个输出电容组成。
工作原理是通过周期性地开关开关管，将输入电压分段传递给输出电容，从而降低输出电压。
2.2.2 Buck-Boost拓扑Buck-Boost拓扑是一种特殊的降压拓扑结构，适用于输入输出电压都可变的应用场景。
它由一个开关管、两个电感和一个输出电容组成。
Buck-Boost拓扑可以实现输入电压的降压和升压转换。
3. DC-DC拓扑的工作原理DC-DC拓扑的工作原理可以简单描述为：1.输入电压通过开关管控制，分别传递给电感或输出电容。
光伏逆变器的dcdc拓扑
光伏逆变器的dcdc拓扑1.引言1.1 概述光伏逆变器是将光伏电池发出的直流电能转换为交流电能的装置。
其核心部分是DC-DC拓扑，它能够实现对直流电压进行有效的调整和转换，以满足逆变器和光伏电池的工作要求。
DC-DC拓扑是指将一个直流电源的电压转换到另一个电压水平的电路结构。
它是光伏逆变器中的关键组成部分，用于将光伏电池发出的直流电能转换为适合于输送到电网的交流电能。
因此，DC-DC拓扑在光伏逆变器中发挥着至关重要的作用。
光伏逆变器的DC-DC拓扑应用有许多种。
其中比较常见的有升压拓扑、降压拓扑和升降压拓扑。
升压拓扑适用于光伏电池电压较低的情况，能够将低电压的直流电能转换为高电压的直流电能。
降压拓扑适用于光伏电池电压较高的情况，能够将高电压的直流电能转换为低电压的直流电能。
而升降压拓扑则是一种能够实现对直流电压进行升压或降压的多功能拓扑。
总之，光伏逆变器的DC-DC拓扑是光伏电池转换为交流电的核心环节。
它通过有效的电压调整和转换，实现了光伏逆变器和光伏电池之间的协同工作。
掌握不同拓扑的应用特点和优势，对于光伏逆变器的设计和性能提升具有重要意义。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：文章结构部分旨在介绍本文的结构框架，帮助读者了解全文的组织结构和内容安排。
本文分为引言、正文和结论三个部分。
其中引言部分包括概述、文章结构和目的三个小节；正文部分包括DC-DC拓扑概述和光伏逆变器的DC-DC拓扑应用两个小节；结论部分包括总结和展望两个小节。
引言部分首先对光伏逆变器的DC-DC拓扑进行简要概述，介绍其基本概念和作用。
接着，介绍了本文的结构框架，即引言、正文和结论三个部分的内容。
最后，明确了本文的目的，即通过对光伏逆变器的DC-DC 拓扑进行深入研究，揭示其应用领域和重要性。
正文部分首先对DC-DC拓扑进行了全面的概述，包括定义、分类和基本特点等方面的内容。
进一步，详细讨论了光伏逆变器的DC-DC拓扑应用，重点介绍了其在光伏发电系统中的作用和优势。
移相全桥dc-dc变换器拓扑结构
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Io 1 D
CdsVr 2
1 2
Lk Ip 2
Vr Lk * Ip Cds
Vgs Vds Im ID
T D 1-D
Vr
Vin+nVo
Ip
ID-p
Vin VL
-nVo
Vin Io
反激变换器（Flyback）工作原理：
Vin
n:1
Vo
Io
D
R
Lm
DC/DC模块电源常用的电路形式
开关电源功率电路分析要点
1. 电容的电压不能突变, 电感的电流不能突变 2. 流经电容的电流平均值为零, 电感两端电压的平均值为零 3. 理想变压器电压与匝数成比且同名同极性, 电流与匝数成反比且点进点出 4. 电容恒流充电的公式为 C *U I *T , 电感恒压储能的公式为 L*I U *T 5. 变压器与电感的伏秒积必须平衡
Vo Vin * D
Io
n *(1 D)
Vds Vin nVo
Vds Vin
VL
Vin
(1 D)
-nVo
反激变换器（Flyback）工作原理 （电流断续模式）：
Vin
n:1
Vo
Io D Lm
Co
T
Vgs
D 1-D
Vin+nVo
Vds
Vin
D
G
S
Im
根据变压器的伏秒平衡：
ID-p
Vo Vin * D n *(1 D)
Ip Lk
Cr
D
G S
[t1, t2]
Ip Im
t0 t1 t2 t3 t4 t5
IL
ΔIL
Io
V1
Vc
2I p I m
Lk Lm
Vin/n-Vo VL
-Vo
谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)：
Vin
n:1
L
Vo
T
Vgs
D 1-D
Lm
Io IL
V1
CVO IO DT
VO IO DT / C Vo
T D 1-D
Vr
Vin+nVo
Ip
ID-p
Vin
Io -Io
反激变换器（Flyback）工作原理：
Vin
Np
Lm
Lk G
Vo1 Ns1
Vo2 Ns2
反馈控制
多路输出的反激变换器：
Vo1 Ns1*Vin * D Np *(1 D)
Vo2 Ns2*Vin * D Np *(1 D)
减小交叉调整率的措施：
1. 尽量减少两个绕组之间的漏感。 2. 在辅助输出一路中加入尖峰抑
制器（饱和电感） 3. 主路输出工作于电流连续模式。 4. 采用双路加权反馈的控制方式
反激变换器（Flyback）特征总结：
Vin
Np
Lm
Lk G
Vo1 Ns1
Vo2 Ns2
反馈控制
优点：
1. 电路简单。 2. 输入电压范围广。 3. 容易实现多路输出。
L
Vo
Io
Vo=Vin *D
Vo<Vin, 降压型电路
L
D
Vo
Io
Vin
S
Vo=Vin /(1-D) Vo>Vin, 升压型电路
D
S1 Vin
L D S2
Vo
Io
Vo<Vin, 当D<0.5
Vo=Vin *D/(1-D) Vo>Vin 当D>0.5
升降压型电路
三种基本的隔离开关电源：
Vin
Lm
D
Vo
Vds
Ip Lk
Cr
D
G S
[t3, t4]
Ip Im
t0 t1 t2 t3 t4 t5
IL
ΔIL
Io
t4 t1 LmCr
Lm,Cr的选取原则：
Lm*Cr
1 2
(1
Dm a x) 2 T
IL
ΔIL
Io
Im VinDT / Lm IL (Vin / n Vo)DT / Lo IP Im nIL
Vin/n-Vo VL
-Vo
谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)：
Vin
n:1
L
Vo
T
Vgs
D 1-D
Lm
Io IL
V1
Vc
Vin
Vds
Vds2
Vo
ΔIo=(Vo-2Vd)(1-D)T/L
Buck-Boost电路的输入输出关系：
Vo/Vin =D/(1-D)
10 9 8 7 6
Vo(D) 5 4 3 2 1 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 D
三种基本的非隔离开关电源：
D
S Vin
Vo' Vo
ID
根据能量守恒：
1 2
LmI
2 p
Vo 2 R
T
Io
Vin VL
VinDT I p Lm
Vo RT VinD 2Lm
-nVo -nVo’
反激变换器（Flyback）工作原理：
Vin
n:1
Vo
Io D Lm
Co
Lk
D G
S
Vr=？
ID Vo(1 D)T / Lm
I D p
Vin
L
D1
Vo
D2
S
反激型变换器
S
正激型变换器
S2 Vin
L
D1
Vo
S1
D2
桥式变换器
反激变换器（Flyback）工作原理 （电流连续模式）：
Vin
n:1
Vo
Io D Lm
Co
D G
S
T
Vgs
D 1-D
Vds
Vin+nVo Vin
Ip
Im
根据变压器的伏秒平衡：
ID-p ID
Vin* DT nVo*(1 D)T
Vc
Co
Vc
Lk
D G
S
Ploss=(Vc-Vin)2/R
Vc
Lk
D
RG
S
Ploss=(Vc)2/R
反激变换器（Flyback）工作原理：
Vin
n:1
Vo
Vgs
Io D Lm
Co
Vds
Lk
D
Im
G
S ID
ICo IDp Io /(1 D)
ΔVo=？
ICo
根据Co在DT时间的基本方程：
缺点：
1. 输出纹波电流大。 2. 输出控制特性非线性。 3. 通常需要辅助的吸收回路。 4. 转换效率较低。
谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)：
Vin
n:1
Lo
Vo
T
Vgs
D 1-D
Io
Lm
IL
Vin
Vds
Ip Lk
Cr
D
G S
[t0, t1]
Ip Im
t0 t1 t2 t3 t4 t5
Vc
Vin
Vds
Ip Lk
Cr
D
G S
[t2, t3]
Ip Im
t0 t1 t2 t3 t4 t5
IL
ΔIL
Io
Vc
Vin DT 2 Lm Cr
Vin/n-Vo VL
-Vo
谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)：
Vin
n:1
L
Vo
T
Vgs
D 1-D
Io
Lm
IL
Vin
Buck-Boost电路工作原理：
D
S1 Vin
L D S2
Vo
Io S1 S2
T
D
1-D
Vin
UL
根据L的伏秒平衡原则：
IL
Vin*DT=(Vo+2Vd)*(1-D)T
-Vo
I o
Io
Vo=Vin *D/(1-D)-2Vd
Vin
Vds1
根据L在(1-D)T时间的基本方程：
L*ΔIo=(Vo-2Vd)(1- D)T