模电及DC-DC变换的基础知识
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11条学会DC-DC电源变换
第九条 、隔离的DCDC开关电源模块电路设计方案
常用的隔离DC/DC转换主要分为三大类：1.反激式变换。2.正激式变换。3.桥式变换
常用的单端反激式DC/DC变换电路，这类隔离的控制芯片型号也不少。控制芯片典型代表是常用的UC3842系列。这种是高性能固定频率电流的控制器，主要用于隔离AC/DC、DC/DC转换电路。其主要应用原理是：电路由主电路、控制电路、启动电路和反馈电路4 部分组成。主电路采用单端反激式 拓扑，它是升降压斩波电路演变后加隔离变压器构成的，该电路具有结构简单， 效率高， 输入电压范围宽等优点。 控制电路是整个开关电源的核心，控制的好坏直接决定了电源整体性能。这个电路采用峰值电流型双环控制，即在电压闭环控制系统中加入峰值电流反馈控制。 这类方案选择合适的变压器及MOS管可以把功率做的很大，与前面几种设计方案相比电路结构复杂，元器件参数确定比较困难，开发成本较高，因此需要此方案时可以优先选择市面上比较廉价的DC/DC隔离模块。
选择稳压管时一般可按下述式子估算： （1） Uz=Vout; （2）Izmax=（1.5-3）ILmax （3）Vin=（2-3）Vout 这种电路结构简单，可以抑制输入电压的扰动，但由于受到稳压管最大工作电流限制，同时输出电压又不能任意调节，因此该电路适应于输出电压不需调节，负载电流小，要求不高的场合，该电路常用作对供电电压要求不高的芯片供电。
第四条、基准电压源芯片稳压电路
稳压电路的另一种形式，有些芯片对供电电压要求比较高，例如AD DA芯片的基准电压等，这时常用的一些电压基准芯片如TL431、 MC1403 ，REF02等。TL431是最常用基准源芯片，有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值。最常用的电路应用如下图示，此时Vo=（1+R1/R2）Vref。选择不同的R1和R2的值可以得到从2.5V到36V范围内的任意电压输出，特别地，当R1=R2时，Vo=5V。
常用的隔离DC/DC转换主要分为三大类：1.反激式变换。2.正激式变换。3.桥式变换
常用的单端反激式DC/DC变换电路，这类隔离的控制芯片型号也不少。控制芯片典型代表是常用的UC3842系列。这种是高性能固定频率电流的控制器，主要用于隔离AC/DC、DC/DC转换电路。其主要应用原理是：电路由主电路、控制电路、启动电路和反馈电路4 部分组成。主电路采用单端反激式 拓扑，它是升降压斩波电路演变后加隔离变压器构成的，该电路具有结构简单， 效率高， 输入电压范围宽等优点。 控制电路是整个开关电源的核心，控制的好坏直接决定了电源整体性能。这个电路采用峰值电流型双环控制，即在电压闭环控制系统中加入峰值电流反馈控制。 这类方案选择合适的变压器及MOS管可以把功率做的很大，与前面几种设计方案相比电路结构复杂，元器件参数确定比较困难，开发成本较高，因此需要此方案时可以优先选择市面上比较廉价的DC/DC隔离模块。
选择稳压管时一般可按下述式子估算： （1） Uz=Vout; （2）Izmax=（1.5-3）ILmax （3）Vin=（2-3）Vout 这种电路结构简单，可以抑制输入电压的扰动，但由于受到稳压管最大工作电流限制，同时输出电压又不能任意调节，因此该电路适应于输出电压不需调节，负载电流小，要求不高的场合，该电路常用作对供电电压要求不高的芯片供电。
第四条、基准电压源芯片稳压电路
稳压电路的另一种形式，有些芯片对供电电压要求比较高，例如AD DA芯片的基准电压等，这时常用的一些电压基准芯片如TL431、 MC1403 ，REF02等。TL431是最常用基准源芯片，有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值。最常用的电路应用如下图示，此时Vo=（1+R1/R2）Vref。选择不同的R1和R2的值可以得到从2.5V到36V范围内的任意电压输出，特别地，当R1=R2时，Vo=5V。
DC-DC变换器讲解学习
输入输出关系：
图3-6 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
U otto ofnf ETt otn onE1 E （2-49）
3-25
2.1.5 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
Zeta斩波电路原理
V处于通态期间，电源E经开关
V向电感L1贮能。
V关断后，L1－VD－C1构成振
荡回路， L1的能量转移至C1，
电压源 电压源的变换
o
t
b)
图3-4 升降压斩波电路及其波形
a）电路图
b）波形
3-20
2.1.4升降压斩波电路和Cuk斩波电路
稳态时，一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零，即
数量关系
T
0 uL dt 0
（2-39）
V处于通态
V处于断态
uL = E
EtonUotoff
uL = - uo
（2-40）
能量全部转移至C1上之后，VD
b) Zeta斩波电路
关断，C1经L2向负载供电。
输入输出关系：
Uo
1
E
图3-6 Sepic斩波电路 和 Zeta斩波电路 （2-50）
相同的输入输出关系。Sepic电路的电源电流和负载电流均
连续，Zeta电路的输入、输出电流均是断续的。
两种电路输出电压为正极性的。
3-26
t1 E
I 20
t2
E
t
O
EM
t
c) 电流断续时的波形
图3-1 降压斩波电路得原理图及波形
3-4
2.1.1 降压斩波电路
数量关系
电流连续
负载电压平均值：
Uoton t otnof
DC-DC变换电路原理
t
或：(US Uo ) * ton (Uo ) * tcon 0
uC
iL
Uo
ton
ton tcon
US
iM t
iC
注意：tcon与电路参数、ton有关
t
5 主要数量关系—电感电流断续情形
（1）平均输出电压Uo
uG ton toff
Uo
ton
ton tcon
US
t
uL
tcon
记
D1
ton TS
e(t) 20
e(t)
10
d(t)
5
t
t
t
t
0.2
0.2
0.1
形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
冲量=窄脉冲面积
冲量相同的各种窄脉冲的响应波形 (d)
(c)
i(t)
(b)
e(t)
L
R
(a)
实验电路
冲量=1 i(t)=?
e(t)
5
0.2 (a)
e(t)
10
t
t
0.2
(b)
e(t) 20
t
0.1 (c)
e(t)
d(t)
t
(d)
1．面积等效原理
比较RL电路对冲量相同而形状不同窄脉冲的 响应波形可知，输出波形大致相同 进一步说,响应波形的低频成份基本相同。
上述原理可以称为面积等效原理。根据该原理， 将平均值为up的一系列幅值相等而宽度不相等 的脉冲加到包含惯性环节的负载上，将与施加 幅值为up的恒定直流电压所得结果基本相同， 这样一来就可用一列脉冲波形代替直流波形。
3.1 直流PWM控制技术基础
3.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念
第5章_DC-DC变换技术
Correction —PFC） 电路 ， 三是用于其他 交直流电源中 。
◆以用于直流电动机传动为例
☞在直流电动机再生制动时把电能回
a)馈给直流电源 。u来自oEuo
E
☞电动机电枢电流连续和断续两种工
作状态 。 ☞电枢电流连续时
O
tO
t
i
i
i
1
2
i o
I
I
20
I
10
10
i
i
1
2
I 20
O
t on
t
off
tO
n
t
1
tx
t2
t
T
T
ff
b)
c)
(5-37)
图5-4 用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形
5.2.2 升压斩波电路 （Boost Chopper ）
√负载电流最小值与最大值为
(5-34)
(5-35)
☞电枢电流断续时 ， 可求得i 2持续的时间tx， 即
(5-37)
当tx<t0ff时 ， 电路为电流断续工作状态 ， tx<t0ff是电流断续的条件 ， 即
√ tx期间 : V关断 ，VD导通续流 ，uo=0 ， 负 载电流呈指数曲线下降 。
√ toff -tx期间 ： V关断, VD截止 ， uo=EM ， 负载电流i o=0。
图5-2 降压斩波电路的原理图及波形
5.2. 1 降压斩波电路（Buck Chopper）
■基本的数量关系 ◆电流连续时 √负载电压的平均值为
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 。
5.2. 1 降压斩波电路（Buck Chopper）
dc-dc变换原理
dc-dc变换原理
DC-DC变换器是一种电子设备，用于将直流（DC）电压转换为另一种直流电压。
这种转换器在许多电子设备中都有广泛的应用，例如在电源适配器、电动汽车、太阳能系统和通信设备中都可以看到它们的身影。
DC-DC变换器的工作原理基于电感和电容的原理，通过精确控制开关管的导通和截止来实现输入电压到输出电压的变换。
DC-DC变换器的基本工作原理是利用电感和电容储存和释放能量，从而实现电压的升降。
当输入电压施加到变换器上时，开关管周期性地开关，这导致电感和电容中的能量储存和释放。
通过调整开关管的占空比和频率，可以实现对输出电压的精确控制。
在一个典型的升压型DC-DC变换器中，当开关管导通时，电流会通过电感和负载，从而储存能量。
当开关管截止时，电感中的储能会释放，从而提供给负载。
通过控制开关管的导通和截止时间，可以实现输出电压的精确控制。
相比于线性稳压器，DC-DC变换器具有更高的效率和更小的体积。
这使得它们在需要高效能转换和对电源体积要求严格的场合中
得到广泛应用。
总之，DC-DC变换器是一种非常重要的电子设备，它通过精确控制电感和电容的能量储存和释放，实现了输入电压到输出电压的精确变换。
在现代电子设备中，它们的应用已经变得非常普遍，为我们的生活带来了诸多便利。
dc-dc变换电路原理及应用入门
文章标题：深入理解DC-DC变换电路原理及应用入门DC-DC变换电路是一种将直流电源转换为不同电压或电流输出的电子电路。
它在现代电子设备中应用广泛，包括手机、笔记本电脑、电动车和太阳能系统等。
本文将全面探讨DC-DC变换电路的原理及应用入门，以便读者更深入地理解和掌握这一重要的电子技术。
1. 什么是DC-DC变换电路？DC-DC变换电路是一种能够将直流电源转换为不同电压或电流输出的电路。
它可以实现直流电源的升压、降压、反向输出以及变换电流等功能。
在电子设备中，由于不同的电路和元件需要不同的工作电压和电流，DC-DC变换电路成为了必不可少的部分。
2. DC-DC变换电路的原理及工作方式DC-DC变换电路的原理基于电感和电容的储能特性，通过控制开关管的导通和截止，将输入电源以脉冲的形式加到电感上，再通过电容滤波获得稳定的输出电压。
根据不同的控制方式和拓扑结构，DC-DC变换电路可以分为多种类型，包括Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk等。
每种类型都有其特定的工作方式和应用场景。
3. DC-DC变换电路的应用DC-DC变换电路在电子设备中有着丰富的应用场景，比如手机充电器中常用的Boost变换器、笔记本电脑电池管理系统中的Buck变换器、以及电动车和太阳能系统中的Buck-Boost变换器等。
通过合理选择和设计DC-DC变换电路，可以实现高效能的功率转换和电源管理。
4. 个人观点及总结通过本文的讲解，相信读者已经对DC-DC变换电路的原理及应用有了一定的了解。
在今后的学习和工作中，对于电子技术方面的研究和应用，深入掌握DC-DC变换电路的知识将会大有裨益。
希望读者能在实践中不断积累经验，尝试设计和应用更加复杂和高效的DC-DC变换电路，为电子技术的发展和应用做出更大的贡献。
总结来看，文章详细解释了DC-DC变换电路的原理及应用入门，帮助读者从零开始全面理解这一重要的电子技术。
对于想要深入研究和应用DC-DC变换电路的人来说，这篇文章将是一份有价值的指南和参考。
DC-DC工作原理介绍教学内容
M V 0/V S 1 /(1 D )
电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）
此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢
L
T
iO VO
R Ig
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L
i
i
Vi
+ -
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+
v l
-
i VO O
G
V g
D
iL
L C
i
CC
R
i
o
o
buck 电路图
3.1.1 电路结构和降压原理
1.理想的电力电子变换器 2.降压原理 3.控制方式 4.输出电压LC滤波
Buck变换器电路
全控型开关管
续流二极管
LC输出滤波 负载
1. 理想的电力电子变换器
(1) 脉冲宽度调制方式 PWM (Pulse Width Modulation)
开关频率不变，改变输出脉冲电压的宽度
(2) 脉冲频率调制方式 PFM（Pulse Frequency Modulation）
脉宽 不变，改变开关频率或周期。
Q：为什么实际应用中广泛采用PWM方式？
4.输出电压LC滤波
E(O t)C 0 ancon st)( (3 -1) n 1
n次谐波幅值 a n2 n V Ssin n 2 ) (2 n V Ssin nD )((-3 4)
输出电压的直流平均值
V O C o 2 10 2 v E d ( O t) 2 1 V S 2 1 V S 2 D D s (V -2 3)
Ton DTS
1.两种开关状态 VG=0, T管阻断
T of fT ST on (1D )T S
第3章--DC-DC变换电路
33/44
3.4 变压器隔离的直流—直流变换器
■为了实现输入和输出之间的电隔离，在基本 DC/DC变换电路中加入变压器
■间接直流变流电路：分为单端和双端电路两大类 ✓ 单端电路中，变压器中流过的是直流脉动电流，
例如正激电路和反激电路。 ✓ 双端电路中，变压器中的电流为正负对称的交流
电流，例如半桥、全桥和推挽电路属于双端电路。
图3-2 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
3.1.2 PWM技术基础
R L
图3-3 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形
➢ 根据面积等效原理，将平均值为up的一系列幅值相等而宽
度不相等的脉冲加到包含惯性环节负载上，将与施加幅值
为up的恒定直流电压所得结果基本相同，这样一来就可用
一列脉冲波形代替直流波形。
2．直流PWM波形的生成方法
3.4 变压器隔离的直流—直流变换器
3.4.1 正激变换器
降压电路原理图
如果将变压器插入在P-P’位置，即得正激变换器主电路。
正激电路原理图
3.4.1 正激变换器
能量消耗法磁场复位方案
开关管导通时，V2
N N
2 1
VS
，电源能量经变压器传递到负
载侧。开关管截止时变压器原边电流经D3、DW续流，磁场能
电能回馈给直流电源。 ☞直流电源的电压基本是恒定
直流电动机回馈能量的升压斩波电路
的，不必并联电容器。
3.2.3 升降压变换电路 Buck-boost电路
定义：输出电压平均值可以大于或小于输入直流 电压，输出电压与输入电压极性相反。
电路结构：
工作原理
➢ 假设L和C值很大。 ☞ T导通时，电源Ud经T向L供电使其贮 能，此时电流为il，同时C维持输出电 压恒定并向负载R供电。
3.4 变压器隔离的直流—直流变换器
■为了实现输入和输出之间的电隔离，在基本 DC/DC变换电路中加入变压器
■间接直流变流电路：分为单端和双端电路两大类 ✓ 单端电路中，变压器中流过的是直流脉动电流，
例如正激电路和反激电路。 ✓ 双端电路中，变压器中的电流为正负对称的交流
电流，例如半桥、全桥和推挽电路属于双端电路。
图3-2 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
3.1.2 PWM技术基础
R L
图3-3 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形
➢ 根据面积等效原理，将平均值为up的一系列幅值相等而宽
度不相等的脉冲加到包含惯性环节负载上，将与施加幅值
为up的恒定直流电压所得结果基本相同，这样一来就可用
一列脉冲波形代替直流波形。
2．直流PWM波形的生成方法
3.4 变压器隔离的直流—直流变换器
3.4.1 正激变换器
降压电路原理图
如果将变压器插入在P-P’位置，即得正激变换器主电路。
正激电路原理图
3.4.1 正激变换器
能量消耗法磁场复位方案
开关管导通时，V2
N N
2 1
VS
，电源能量经变压器传递到负
载侧。开关管截止时变压器原边电流经D3、DW续流，磁场能
电能回馈给直流电源。 ☞直流电源的电压基本是恒定
直流电动机回馈能量的升压斩波电路
的，不必并联电容器。
3.2.3 升降压变换电路 Buck-boost电路
定义：输出电压平均值可以大于或小于输入直流 电压，输出电压与输入电压极性相反。
电路结构：
工作原理
➢ 假设L和C值很大。 ☞ T导通时，电源Ud经T向L供电使其贮 能，此时电流为il，同时C维持输出电 压恒定并向负载R供电。
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VCQ VBQ VEQ
Av =-
R'L
rbe
共发射极放大电路的特点
。
Ri Rb // rbe
Ro Rc
共发射极电路特点： ◆ 电压增益大，
vo与vi反相
◆ 输入电阻小，对电压信号源衰减较大 ◆ 输出电阻大，带负载能力较弱
共集电极电路结构如图示
原理电路
应用电路
1.静态分析
VCC I BQ Rb VBEQ I EQ Re
I EQ (1 ) I BQ
VCEQ VCC ICQ Rc I EQ Re
VBB VBEQ I BQ Rb I EQ R e I BQ Rb (1 ) I BQ R e
I BQ VBB VBEQ Rb (1 ) R e
要使三极管工作在放大区，必须保证
⑴. 运算放大器的常用电路有同相、反相放大器和射极跟随器， 电路由单电源和双电源配置方式。 当从同相端输入信号时，输出与输入信号同相位，即同
相放大；当从反相端输入信号时，输出与输入信号反相
位，即反相放大。
A. 偏置电路设置与作用 B. 电压增益1
共集电极放大电路的特点
Av 1 。
] Ri Rb //[rbe (1 β ) RL
Rs rbe Ro Re // 1 β
共集电极电路特点：
vo与vi同相 ◆ 电压增益小于1但接近于1，
◆ 输入电阻大，对电压信号源衰减小 ◆ 输出电阻小，带负载能力强
2. 运算放大器常用电路
其中
Re // RL RL
ib (1 β ) RL 输出回路： vo (ib β ib ) RL
电压增益：
vo ib (1 β ) RL (1 ) RL β RL Av 1 ] rbe (1 ) RL rbe β RL vi ib [rbe (1 β ) RL
模电及DC-DC变换的基础知识
1. 三极管共发、共集放大电路 2. 运算放大器常用电路 3. 三极管共发放大电路Multisim仿真 4. 运放同相单电源放大器仿真
1. 三极管共发、共集放大电路
原理电路
应用电路
• 确定工作状态
VBB
Rb 2 VCC Rb1 Rb 2
Rb
Rb1Rb 2 Rb1 Rb 2
Rf
同相放大器（单电源）
A. 偏置电路设置与作用
B. 电压增益的计算 C. 输入输出相位关系
VO
Rf R1
Vi 。
反相放大器（单电源）
A. 电压、电流增益 C. 在电路中如何应用
射极跟随器（单电源）
⑵.常用运放IC有：LM324、LM358、TL082、 TL084 。 ⑶. LM324 主要参数： 输入偏移电压 Input Offset Voltage 输入偏置电流 Input Bias Current 增益带宽 bandwidth (unity gain) 电源范围 supply range 详细了解运放性能和参数，可浏览 以及相关的运放芯片。
输入电阻大，而且还和负载电阻的大小有关
④输出电阻
由电路列出方程
it ib βib iRe
vt ib (rbe Rs )
vt i Re Re
其中 Rs Rs // Rb
则输出电阻:
vt Rs rbe Ro Re // it 1 β
输出电阻小
Rs rbe Rs rbe R 当 ， 1 时， Ro e 1
rbe ，则电压增益接近于1， 即 Av 1 。vo与vi同相 一般 RL
电压跟随器
③输入电阻
vi vi Ri vi vi ii Rb rbe (1 β ) R'L Rb || [rbe (1 β ) R'L ]
rbe 时， Ri Rb // RL 当 1 ， RL
由
直流通路
IEQ (1 β )IBQ
VCC VBEQ Rb (1 β ) Re
得 I BQ
ICQ β IBQ
VCEQ VCC IEQ Re VCC ICQ Re
2.动态分析 ①小信号等效电路
交流通路
②电压增益
输入回路：
vi ib rbe ( ib β ib ) RL ib rbe ib (1 β ) RL