DC-DC变换技术
dc-dc变换器原理
dc-dc变换器原理
DC-DC变换器是一种电力电子设备，它可以将直流电压转换为不同电压等级的直流电压输出。
其工作原理基于电感和电容的储能特性。
当输入电压施加在变换器的输入端口上时，输入电流开始流过电感。
由于电感的特性，电流变化率有限，电感中的电能会增加。
然后，输入电压被关闭，使电感的磁场崩溃，导致电感中的电流减小。
由于电感的自感特性，电压会增加，从而产生一个与输入电压不同的输出电压。
在DC-DC变换器中，电容被用于平滑输出电压。
当电感储能结束时，电容开始释放其储存的能量，以供应输出负载。
通过控制开关频率和占空比，可以实现对输出电压的调节。
DC-DC变换器还运用了反馈控制系统，通过监测输出电压与期望电压之间的差异来调整开关频率和占空比，从而实现对输出电压的稳定控制。
多种DC-DC变换器拓扑结构和控制策略被用于不同应用场景中，以满足不同的功率转换需求和效率要求。
总之，DC-DC变换器利用电感和电容的储能特性，通过控制开关操作，实现对直流电压的转换和稳定调节。
这使得它在许多电子设备中得到广泛应用，如电源适配器、电动汽车、太阳能系统等。
DCDC变换器的发展和应用
DCDC变换器的发展和应用DC-DC变换器是一种能够将直流电能进行高效转换并输出不同电压的电子器件。
随着电子设备的普及和无线通信技术的发展，DC-DC变换器在能源转换和供电控制领域得到了广泛的应用。
本文将从DC-DC变换器的发展历程和应用领域两个方面进行介绍。
首先，我们来看一下DC-DC变换器的发展历程。
DC-DC变换器的起源可以追溯到20世纪60年代。
当时，由于无线通信技术的需求，人们开始尝试利用领域效应晶体管（FET）来实现高效率的DC-DC变换。
在70年代，随着功率半导体器件的快速发展，人们逐渐采用开关管实现了DC-DC变换器，进一步提高了转换效率。
80年代，随着集成电路的发展，人们开始研究和设计了各种拓扑结构的DC-DC变换器，比如升压、降压和升降压等不同的转换方式。
90年代以后，随着微电子技术和数字控制技术的成熟，DC-DC变换器的集成程度越来越高，体积越来越小，效率和性能也得到了大幅度的提升。
接下来，我们来了解一下DC-DC变换器的应用领域。
DC-DC变换器在电源管理和能源转换方面具有广泛的应用。
首先，在电子设备中，DC-DC变换器被广泛应用于供电模块，如电视机、电脑、手机等。
通过DC-DC变换器可以将电池的低电压转换为设备需要的工作电压，从而实现电子设备的正常运行。
其次，在通信领域，无线通信基站、微波设备和雷达等大功率设备通常需要高电压的供应，而DC-DC变换器可以将低电压转换为高电压，满足设备的供电需求。
此外，在新能源中，DC-DC变换器也起到了重要的作用。
比如在太阳能发电系统中，通过DC-DC变换器可以将太阳能电池板输出的直流电能转换为交流电能，并将其注入到电网中。
再比如在电动汽车中，DC-DC变换器可以将电池组的电能转换为电机驱动所需要的电能，实现电动汽车的运行。
总结起来，DC-DC变换器是一种能够将直流电能进行高效转换并输出不同电压的电子器件。
随着电子设备的普及和无线通信技术的发展，DC-DC变换器在能源转换和供电控制领域得到了广泛的应用。
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变换的PWM技术
DC/DC变换器的PWM控制技术DC/DC变换器广泛应用于便携装置（如笔记本计算机、蜂窝电话、寻呼机、PDA等）中。
它有两种类型，即线性变换器和开关变换器。
开关变换器因具有效率高、灵活的正负极性和升降压方式的特点，而备受人们的青睐。
开关稳压器利用无源磁性元件和电容电路元件的能量存储特性，从输入电压源获取分离的能量，暂时地把能量以磁场形式存储在电感器中，或以电场形式存储在电容器中，然后将能量转换到负载，实现DC/DC变换。
实现能量从源到负载的变换需要复杂的控制技术。
现在，大多数采用PWM（脉冲宽度调制）技术。
从输入电源提取的能量随脉宽变化，在一固定周期内保持平均能量转换。
PWM 的占空因数（δ）是“on”时间（ton，从电源提取能量的时间）与总开关周期（T）之比。
对于开关稳压器，其稳定的输出电压正比于PWM占空因数，而且控制环路利用“大信号”占空因数做为对电源开关的控制信号。
开关频率和储能元件DC/DC变换器中，功率开关和储能元件的物理尺寸直接受工作频率影响。
磁性元件所耦合的功率是：P（L）=1/2（LI2f）。
随着频率的提高，为保持恒定的功率所要求的电感相应地减小。
由于电感与磁性材料的面积和线匝数有关，所以可以减小电感器的物理尺寸。
电容元件所耦合的功率是：P(c)=1/2(CV2f)，所以储能电容器可实现类似的尺寸减小。
元件尺寸的减小对于电源设计人员和系统设计人员来说都是非常重要的，可使得开关电源占用较小的体积和印刷电路板面积。
开关变换器拓扑结构开关变换器的拓扑结构系指能用于转换、控制和调节输入电压的功率开关元件和储能元件的不同配置。
很多不同的开关稳压器拓扑结构可分为两种基本类型：非隔离型（在工作期间输入源和输出负载共用一个共同的电流通路）和隔离型（能量转换是用一个相互耦合磁性元件（变压器）来实现的，而且从源到负载的耦合是借助于磁通而不是共同的电器）。
变换器拓扑结构是根据系统造价、性能指标和输入线/输出负载特性诸因素选定的。
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。
直流直流(DCC)变换
直流直流(DCC)变换————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第四章直流—直流（DC-DC）变换将大小固定的直流电压变换成大小可调的直流电压的变换称为DC-DC变换，或称直流斩波。
直流斩波技术可以用来降压、升压和变阻，已被广泛应用于直流电动机调速、蓄电池充电、开关电源等方面，特别是在电力牵引上，如地铁、城市轻轨、电气机车、无轨电车、电瓶车、电铲车等。
这类电动车辆一般均采用恒定直流电源（如蓄电池、不控整流电源）供电，以往采用变阻器来实现电动车的起动、调速和制动，耗电多、效率低、有级调速、运行平稳性差等。
采用直流斩波器后，可方便地实现了无级调速、平稳运行，更重要的是比变阻器方式节电（20～30）%，节能效果巨大。
此外在AC-DC变换中，还可采用不控整流加直流斩波调压方式替代晶闸管相控整流，以提高变流装置的输入功率因数，减少网侧电流谐波和提高系统动态响应速度。
DC-DC变换器主要有以下几种形式：（1）Buck（降压型）变换器；（2）Boost（升压型）变换器；（3）Boost-Buck（升-降压型）变换器；（4）Cúk变换器；（5）桥式可逆斩波器等。
其中Buck和Boost为基本类型变换器，Boost-Buck和Cúk为组合变换器，而桥式可逆斩波器则是Buck变换器的拓展。
此外还有复合斩波和多相、多重斩波电路，它们更是基本DC-DC 变换器的组合。
4.1 DC-DC变换的基本控制方式DC-DC变换是采用一个或多个开关（功率开关器件）将一种直流电压变换为另一种直流电压。
当输入直流电压大小恒定时，则可控制开关的通断时间来改变输出直流电压的大小，这种开关型DC-DC变换器原理及工作波形如图4-1所示。
如果开关K导通时间为，关断时间为，则在输入电压E恒定条件下，控制开关的通、断时间、的相对长短，便可控制输出平均电压U0的大小，实现了无损耗直流调压。
多相dc-dc变换
多相dc-dc变换多相DC-DC变换器是一种用于提高功率转换效率和性能的电源转换技术，尤其在高功率密度和大电流应用场合。
这种变换器通常将输入直流电压转换为不同电压等级的输出直流电压，同时通过并行运行多个相同的单相转换器来分散功耗和减少滤波元件的体积。
一、基本工作原理：在多相DC-DC转换器中，每个单相模块都具有自己的开关元件（如MOSFET 或IGBT）和控制电路，并且所有单相单元以交错的方式工作，即不同的相位在不同的时间点切换。
这种方式能够使得输出电感上的电流连续而平滑，从而显著减小输出纹波、降低滤波要求以及改善系统的瞬态响应。
例如，在降压型（buck）多相转换器中，多个相同相位的转换器依次对输入电压进行斩波，并将其平均值叠加到输出电容上，这样可以实现较大电流的平稳传输，同时降低了峰值电流，减少了导通损耗。
二、优势：1.均流特性：多相设计可以自然地实现负载均衡，各个相位之间可以通过电流共享技术分配功率，避免单一器件过载。
2.更高的效率：由于每个阶段的开关频率较低，开关损耗得以减少，而且输出滤波器尺寸较小，总体效率得到提升。
3.更好的热管理：功率分散在多个相位间，有利于降低单一组件的温升，提高整个系统的可靠性。
4.改进的动态性能：通过交错控制技术，系统响应速度更快，能够更好地应对快速变化的负载需求。
三、结构组成：多相DC-DC变换器主要由以下部分组成：1.输入滤波器2.多个独立的开关子模块3.输出滤波电感与电容4.控制电路，包括PWM控制器及相关的驱动电路，用来协调各个相位的工作状态5.监控与保护电路四、应用领域：多相DC-DC变换器广泛应用于高性能计算、数据中心服务器电源、电信设备、电动汽车充电系统以及其他需要高效能和高稳定性的电源供应场景中。
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。
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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。
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7
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）。
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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
开关调节P 模IL2式RT 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（ILId0eal switch），在理 想源开方VC关块E 情 图0 况 如下 图，5-晶3a体和管图损5-耗3b为所零示。。两种模式的电
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 （Push-pull 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。
5-3线性电源和开h 关电源框图
5
开关调节模式与线性调节模式相比具有明显的特点： 1、功耗小、效率高。在DC-DC变换中，电力半导体器件
工作在开关状态，工作频率很高，目前这个工作频率已达 到数百甚至1000KHz，这使电力半导体器件功耗减少、效 率大幅度提高。 2、体积小、重量轻。由于频率提高，使脉冲变压器、滤 波电感、电容的体积、重量大大减小，同时，由于效率提 高，散热器体积也减小。还由于DC-DC变换无笨重的工 频变压器，所以DC-DC变换体积小、重量轻。 3、稳压范围宽。目前DC-DC变换中基本使用脉宽调制 （PWM）技术，通过调节脉宽来调节输出电压，对输入 电压变化也可调节脉宽来进行补偿，所以稳压范围宽。
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
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§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，DCDC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DCDC变换技术的进一步发展。
实现DC-DC变换有两种模式，一种是线性调节模式 (Linear Regulator)，另一种是开关调节模式（Switching Regulator）。
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2
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VO模 I型LRL可以用可调电阻RT等效，其等效电路如 图5-1b所示。显然晶体管功率损耗为 。
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）。
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3
vCE
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
a
Vo
IL RL
Vs Vo
on off 闭合 断开
Hale Waihona Puke bc图5-2a开关调节模式图
5-2b等效电路图
h
5-2c输出电压
t
4
电源输入 单相或三相
电源输入 单相或三相
EMI 滤波
变压器
C
e
Vd Vo Vce
+
整流
基（门）
Vd 极驱动
Vo
误差 放大器 电压 -
参考
a 线性模式电源框图
不控直流 整流 输入 滤波
DC-DC变换与隔离
高频整流 滤波
受控直流 输出 Vo
电压 参考
基（门） 极驱动
PWM 控制器
误差 放大器
b 开关模式电源(SMPS: Switch-mode power supply)框图图
由于电力半导体器件工作在高频开关状态，它所产生的电 流和电压会通过各种耦合途径，产生传导干扰和辐射干扰。 目前，许多国家包括我国对电子产品的电磁兼容性和电磁 干扰制定了许多强制性标准，任何电子产品如果不符合标 准不得进入市场。
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6
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）。