DCDC模块常见电路拓扑分析
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。
低压大电流DCDC变换器拓扑分析
低压大电流DC/DC变换器拓扑分析摘要：目前对低压大电流DC/ DC 变换器的研究方兴未艾。
如何选择合适的拓扑电路是其首要任务。
从拓扑、应用方面系统地论述了低压大电流技术近期的发展，阐述了各种拓扑电路的特点及用途并进行了分析比较。
同时，详细地介绍了其关键的同步整流技术及其各种驱动方法。
1 引言随着电子技术的迅速发展，以及各种微处理器、IC 芯片和数字信号处理器的普及应用，对低压大电流输出的低压变换器的研究与应用成为日益重要的课题。
在低电压输出的情况下，一般的二极管整流很难达到较高效率，需采用同步整流技术，这就使得同步整流成为低压大电流技术中的关键技术。
另外，如何选择合适的拓扑，使变换器的性能最优化，也是一个极其重要的问题。
首先分别从变压器的初级和次级对各种基本拓扑进行分析比较，分别得出初级和次级适合于低压大电流的优化拓扑，然后进行组合，列举了3 种典型的拓扑，最后对优化的组合作进一步的比较分析。
2 基本拓扑及其优缺点分析以变压器为界，此类变换器的初级拓扑可从其所能传送的功率以及拓扑结构的复杂程度等方面进行分析。
在提高低压大电流变换器的效率中显得尤为重要的是其次级的拓扑。
本文首先从提高效率的角度对其进行分析，然后综合考虑其结构复杂性和驱动方式等的问题。
2. 1 变压器初级拓扑的优选相对于升压型变换器来说，降压型变换器更加适用于低压大电流变换器。
其变压器初级的基本拓扑主要可用正激式、反激式、推挽式、半桥式和全桥式等5 种。
但是，其中的反激式变换器显然不适合低压大电流的要求，因为它的输出纹波较大，变压器漏感引起较大的电压尖峰，功率不大（150W 以下）,变换器效率不高，因而只能在电压和负载调整率要求不高的场合使用。
2. 2 变压器次级拓扑的优选2. 2. 1 同步整流技术基本原理同步整流技术旨在实现同步整流管栅极和源极之间的驱动信号与同步整流管漏极和源极之间开关同步。
理想的同步整流技术可使同步整流管起到和整流二极管同样的作用，即正向电压导通，反向电压关断。
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。
一种三电平dcdc变流器的拓扑电路及共模电压抑制方法
一种三电平dcdc变流器的拓扑电路及共模电压抑制方法三电平DC-DC变流器（Three-Level DC-DC Converter）是一种常用于直流电源系统的拓扑电路，在不同电压级别之间进行能量转换的过程中起着重要作用。
本文将介绍三电平DC-DC变流器的拓扑电路以及共模电压抑制方法。
三电平DC-DC变流器的拓扑电路通常由两个半桥组成，每个半桥由两个功率开关和两个二极管构成。
其中，频率调制技术（PWM）被应用于实现灵活的电压调节和高效能量转换。
利用PWM技术，通过调整开关频率和占空比，可以控制输出电压的大小和方向，实现电能转换。
为了控制电压和电流的平稳输出，同时减少电磁干扰和电压波动，共模电压抑制方法被引入到三电平DC-DC变流器中。
共模电压是指在电路的不同部分之间存在的相对于地的电压差。
当共模电压过高时，可能会导致设备损坏或工作不稳定。
因此，必须采取措施来抑制共模电压的出现。
一种常见的共模电压抑制方法是使用滤波电感和电容的组合构建低通滤波器。
滤波器的作用是通过阻断高频部分的信号从而抑制共模电压的干扰。
滤波器的设计应该考虑电流和频率范围，并具有良好的抑制性能。
此外，通过合理布局和绝缘设计，可以降低共模电压的出现。
在电路设计过程中，仔细选择和布置元件、降低电磁干扰以及采用适当的绝缘措施，可以有效减少共模电压的影响。
综上所述，三电平DC-DC变流器的拓扑电路及共模电压抑制方法对于直流电源系统具有重要意义。
通过合理设计和控制，可以确保稳定可靠的能量转换，并减少共模电压对电路的影响。
在实际应用中，需要根据具体要求和特定场景进行适当调整和改进，以实现最佳性能。
大功率DCDC变换器主电路拓扑有很多种
Uc3846详解大功率DC/DC变换器主电路拓扑有很多种，诸如双管正激式、推挽式、半桥式和全桥式等。
控制芯片的种类也非常多，主要分为电流控制型与电压控制型两大类。
电压控制型只对输出电压采样，作为反馈信号进行闭环控制，采用PWM技术调节输出电压，从控制理论的角度看，这是一种单环控制系统。
电流控制型是在电压控制型的基础上，增加一个电流负反馈环节，使其成为双环控制系统，从而提高了电源的性能。
根据对各种拓扑和控制方式的技术成熟程度，工程化实现难度，电气性能以及成本等指标的比较，本文选用半桥式DC/DC变换器作为主电路，电流型PWM控制芯片UC3846作为该系统的控制单元。
1 电压控制型脉宽调制器和电流控制型脉宽调制器[1]图1为电压控制型变换器的原理框图。
电源输出电压的采样反馈值Vf与参考电压Vr进行比较放大，得到误差信号Ve，它与锯齿波信号比较后，PWM比较器输出PWM控制信号，经驱动电路驱动开关管通断，产生高频方波电压，由高频变压器传输至副方，经整流滤波得到所需要的电压。
改变电压给定Vr，即可改变输出电压Vo。
图2为电流控制型变换器的原理框图。
恒频时钟脉冲置位R－S锁存器，输出高电平，开关管导通，变压器原边的电流线性增大，当电流在采样电阻Rs上的压降Vs达到Ve时，PWM比较器翻转，输出高电平，锁存器复位，驱动信号变低，开关管关断，直到下一个时钟脉冲使R－S锁存器置位。
电路就是这样逐个地检测和调节电流脉冲的。
当电源输入电压和/或负载发生变化时，两种控制类型的动态响应速度是不同的。
如果电压升高，则开关管的电流增长速度变快。
对电流控制型而言，只要电流脉冲一达到设定的幅值，脉宽比较器就动作，开关管关断，保证了输出电压的稳定。
对电压控制型而言，检测电路对电流的变化没有直接的反映，一直等到输出电压发生变化后才去调节脉宽，由于滤波电路的滞后效应，这种变化需要多个周期后才能表现出来，显然动态响应速度要慢得多，且输出电压的稳定性也受到一定的影响。
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。
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。
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。
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Vin
n:1
Vo
Io D Lm
Co
Lk
D G
S
Vr=？
? I D ? Vo (1? D)T / Lm
ID? p
?
Io 1? D
?
? ID 2
Ip ? I D? p n
1 2
CdsVr
2
?
1 2
LkIp 2
Vr ? Lk * Ip Cds
Vgs
Vd s Im
ID
T D 1-D
Vr
Vin+nVo
Ip
ID-p
5. 变压器与电感的伏秒积必须平衡
Buck-Boost 电路工作原理：
D
S1 Vin
L D S2
Vo Io S1 S2
UL
T
D
1-D
Vin
根据L的伏秒平衡原则：
IL
Vin*DT=(Vo+2Vd)*(1-D)T
-Vo
? Io
Io
Vo=Vin *D/(1-D)-2Vd
Vin
Vds1
根据L在(1-D)T时间的基本方程：
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
Vin
n:1
Lo
Vo
T
Vgs
D 1-D
Io
Lm
IL
Vin
Vd
s
Ip Lk
Cr
D
Ip Im
G S
[t0, t1]
t0 t1 t2 t3 t4 t5
IL
ΔIL
Io
? Im ? VinDT / Lm ? IL ? (Vin / n ? Vo )DT / Lo ? I P ? ? I m ? n? I L
Vin/n-Vo VL
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
Ip Lk
Cr
D
G S
[t2, t3]
Vd s
Ip Im
t0 t1 t2 t3 t4 t5
IL
ΔIL
Io
Vc
?
Vin DT 2 Lm ?Cr
Vin+nVo
D G
S
Vd
Vin
s
Im
根据变压器的伏秒平衡：
ID-p
Vo ? Vin * D n *(1? D)
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：
三种基本的非隔离开关电源：
D
S Vin
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 *D/(1-D)
Vo<Vin, 当D<0.5 Vo>Vin 当D>0.5 升降压型电路
-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
Ip Lk
Cr
D
G S
[t1, t2]
Vd s
Ip Im
t0 t1 t2 t3 t4 t5
IL
ΔIL
Io
V1
?
Vc
????
2I p ? Im
Lk Lm
????
ID-p ID
Vin * DT ? nVo * (1? D)T
Vin * D Vo ?
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
Vgs
T D 1-D
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。
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) ：
L*ΔIo=(Vo-2Vd)(1- D)T
ΔIo=(Vo-2Vd)(1-D)T/L
Vds2
Vo
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
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
Vd
s
Ip Lk
Cr
D
Ip Im
G S
[t3, t4]
t0 t1 t2 t3 t4 t5
IL
ΔIL
Io
t 4 ? t1 ? ? LmCr
Vin VL
Vin Io
-nVo
反激变换器（Flyback ）工作原理：
Vin
n:1
Vo
Io D
R
Lm
Vc
Co
Vc
Lk
D G
S
Ploss=(Vc-Vin)2/R
Vc
Lk
D
R
G
S
Ploss=(Vc)2/R
反激变换器（Flyback ）工作原理：
Vin
n:1
Vo
Vgs
Io D Lm
Co
Vd
s
Lk
D
Im
Vo2 Ns2
反馈控制
多路输出的反激变换器：
Vo1 ? Ns1*Vin * D Np *(1? D)
Ns2*Vin * D Vo 2 ?
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
G
S ID
? ICo ? ID? p ? Io /(1? D)
ΔVo=？
ICo
根据Co在DT时间的基本方程：
C? VO ? 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
三种基本的隔离开关电源：
Vin
Lm
D
Vo
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
Vin+nVo
Vin
Vd
s
Ip
Im
根据变压器的伏秒平衡：