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。

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
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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。

DC-DC培训

三、DC-DC的纹波和噪音
2. 平行线测量装置
平行线测量装置如图下所示。图中，C1 是多层陶瓷电容（MLCC），容量为1μF，C2 是钽电解电容，容量是10μF。两条平行铜箔带的电压降之和小于输出电压值的2%。该测量方法的优点是与实际工作环境比较接近，缺点是较容易捡拾EMI 干扰。
三、DC-DC的纹波和噪音
三dcdc的纹波和噪音纹波和噪声的测量方法在测量纹波和噪声这一性能指标时经常有这样的情况发生发现与产品技术规格上的指标不符大大地超过技术规格上的性能指标要求这往往是用户的测量装置不合适测量的方法测量点的选择不合适或采用通用的测量探头所致双绞线测量装置双绞线测量装置如图3所示
一、直流—直流变换电路概述
考虑到稳态工作时电感伏秒平衡的特点，电感充放电过程电流波动值相等，依据前面的分析，晶体管导通时有：
(U d U o ) U d (1 D) (1 D) DU d I L t1 DT L L fL 考虑到输出电压脉动很小，有 iL iC，且有一周期内电容充放电平衡，根据图4-2中ic波形，Q的时间为T/2，则电容纹波峰峰
二、降压式变换电路（Buck电路）
（2）电路工作频率很高，一个开关周期内电容充放电引起的纹波uripple(t) 很小，相对于电容上输出的直流电压Uo有： uripple
max
U o 电容
上电压宏观上可以看作恒定。
电路稳态工作时，输出电容上电压由微小的纹波和较大的直流分量组成，宏观上可以看作是恒定直流，这就是开关电路稳态分析中的小纹波近似原理。
从等效电路模型的分析可以知道，电容上输出电压uo(t)就是us(t) 的直流分量再附加微小纹波 uripple(t) ，且 uripple max U 0 ，晶体管导

dcdc培训资料2

02
DC/DC转换器的类型
隔离式和非隔离式
隔离式
转换器输入和输出之间存在电气隔离，通常使用变压器实现。优点是可以在不同电压级别之间转换，提高安全性。缺点是体积较大，成本较高。
非隔离式
转换器输入和输出之间没有电气隔离。优点是成本较低，体积较小。缺点是安全性较低，只能用于相同电压级别之间的转换。
纹波和噪声
纹波
指输出电压或电流中的交流成分，会影响输出电压和电流的质量和稳定性。
噪声
指DC/DC转换器内部或外部产生的干扰信号，可能会影响输出电压和电流的稳定性和性能。
尺寸和重量
尺寸
DC/DC转换器的物理尺寸，会影响其在系统中的应用和布局。
重量
DC/DC转换器的重量，会影响其在系统中的安装和固定方式。
全桥式
通过四个开关管和两个磁性元件，将输入直流电压转换为另一个直流电压。优点是输出电压精度高，效率高。缺点是电路复杂，成本较高。
03
DC/DC转换器的性能参数
输入电压和输出电压
输入电压
DC/DC转换器的输入电压范围决定了其适应的电源范围，通常根据系统需求和电源供应情况而定。
输出电压
输出电压是DC/DC转换器所能够调整和稳定的直流电压，通常需要根据负载的需求进行设定。
dcdc培训资料2
汇报人： 2023-12-23
目录
• DC/DC转换器简介 • DC/DC转换器的类型 • DC/DC转换器的性能参数 • DC/DC转换器的选择 • DC/DC转换器的使用和注意
事项 • DC/DC转换器的常见问题和
解决方案
01
DC/DC转换器简介
DC/DC转换器的定义

DC-DC变换器原理

DC-DC变换器原理DC/DC Converter Principle太阳电池输出的是直流电，是不是可直接作为直流电源使用呢，对于对电压没有准确要求的微、小型用电设备是可以的，如计算器、玩具等。

太阳电池输出电压取决于光伏器件的连接方式与数量，并与负载大小与光照强度直接有关，不能直接作为正规电源使用。

通过DC-DC变换器可以把太阳电池输出的直流电转换成稳定的不同电压的直流电输出。

DC-DC变换器就是直流——直流变换器，是太阳能光伏发电系统的重要组成部分，下面就其原理作简单介绍。

DC-DC变换基本原理直流变换电路主要工作方式是脉宽调制(PWM)工作方式，基本原理是通过开关管把直流电斩成方波（脉冲波），通过调节方波的占空比（脉冲宽度与脉冲周期之比）来改变电压。

降压斩波电路直流斩波电路简单，是使用广泛的直流变换电路。

图1左上部是一个斩波基本电路，Ud是输入的直流电压，V是开关管，UR是负载R上的电压，开关管V把输入的Ud斩成方波输出到R上，图1右上部绿线为斩波后的输出波形，方波的周期为T，在V导通时输出电压等于Ud，导通时间为ton，在V关断时输出电压等于0，关断时间为toff，占空比D=ton/T，方波电压的平均值与占空比成正比。

图1下部绿线为连续输出波形，其平均电压如红线所示。

改变脉冲宽度即可改变输出电压，在时间t1 前脉冲较宽、间隔窄，平均电压（UR1）较高；在时间t1 后脉冲变窄，平均电压（UR2）降低。

固定方波周期T不变，改变占空比调节输出电压就是(PWM)法，也称为定频调宽法。

由于输出电压比输入电压低，称之为降压斩波电路或Buck变换器。

图1 DC-DC变换基本原理方波脉冲不能算直流电源，实际使用要加上滤波电路，图2是加有LC滤波的电路，L是滤波电感、C2是滤波电容、D是续流二极管。

当V导通时，L与C2蓄能，向负载R输电；当V关断时，C2向负载R输电，L通过D向负载R输电。

输出方波选用的频率较高，一般是数千赫兹至几十千赫兹，故电感体积很小，输出波纹也不大。

第三讲DC-DC

第三讲直流-直流变换
结构 ➢ 直接型：降压斩波电路，升压斩波电路，
升降压型电路等(直流斩波)
➢ 隔离型：正激（Forward）电路，反激（Flyback）电路，半桥型，全桥型电路等
一、直接DC/DC变换器
1.降压斩波电路
1）电感电流连续工作模式（CCM）电感，电容，二极管的作用？
稳态条件下电感两端电压在一个开关周期内平均值为零
2.升压斩波电路（boost）
2）电感电流断续工作模式
Uo 1 1 4 / K 1
Ui
2
1 D
电感电流断续时的输出电压要高于电感电流连续时的输出电压。输出空载时， K趋于无穷大，输出电压Uo也趋于无穷大。
升压电路不应空载，否则会产生很高的电压而造成电路中元器件的损坏。
一、直接DC/DC变换器
1
UL TS
TS 0
uLdt
(Ui
Uo )ton TS
Uotoff
=0
一、直接DC/DC变换器
1.降压斩波电路
Uo ton D Ui TS
0 D1
I1
ton TS
Io
DIo
Ui I1 Ui DIo Uo Io
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。
一、直接DC/DC变换器
特点：电路简单；只能降压；输入电流脉动大；输出电流脉动小。
DTs Ts
一、直接DC/DC变换器
1.降压斩波电路
应用于直流稳压开关电源和直流拖动。
不可逆直流电动机调速
一、直接DC/DC变换器
2.升压斩波电路（boost）
1）电感电流连续工作模式(CCM)
uL

DC-DC_基本知识

DC-DC_基本知识1第⼀节：概述定义DC-DC ：只对直流参数进⾏变换的电路⼀般结构：直流电源DC-DC 主电路负载控制电路du ou ⼀.直流变换电路的分类1.换流过程分为:电压换流电流换流2.降压电路升压电路升降压电路或d o u u do u u >do u u <2单向限电路双向限电路四象限电路3.均为⼀个⽅向和其中之⼀改变⽅向均改变⽅向--00,I U -0U -0I --00,I U 4.单相电路:只有⼀个电路m 相电路:有m 个基本电路,采⽤时分复⽤的⽅法⼆.理想直流变换应具备的性能1.输⼊输出端的电压均为平滑直流,⽆交流谐波分量2.输出阻抗为零3.快速动态响应,抑制能⼒强4.⾼效率⼩型化三.Application3.1.Driving:电车,地铁,电动汽车,⽕车3.2.直流电机调速系统,3.3.照明,氙灯ballast3.4.switching power supply,Eg.Adapter,VRM四.Typical topologies:Buck,Boost,Buck-Boost, Cuk34第⼆节:单象限降压型电路⼀.电路T 是全控元件(GTR,GTO,MOSFET,IGBT),当时,T 导通],0[DT t ?D:续流⼆极管L0和C0组成LPF56⼆.⼯作原理当时,控制信号使得T 导通,D 截⽌,向L0充磁,向C0充电],0[DT t ?当时,T 截⽌,D 续流,U0靠C0放电和L0中电流下降维持],[T DT t ?三.假设:1.T,D 均为理想器件2.L0较⼤,使得在⼀个周期内电流连续且⽆内阻3.直流输出电压U0为恒定4.整个电路⽆功耗5.电路已达稳态四.电路各点的波形7115.输出电压纹波分析当但为有限值,,00const U C =￥?o C 0I i i C L +=电感电流电容电流负载电流I i i L C -=,0,0>>C L i I i 情况1:C 充电情况2:,0,0<212式可知七、Typical ApplicationsBuck Three PhasesInvertersAC motor交流调速系统Buck Signal PhasesInvertersHid LampilluminingsystemBuck Low v/high ILoadSwitching power supplesystem ⼆次电源Buck High V/Low ILoadSwitching power supplesystem⼀次电源17作业1，⽐较CCM和DCM⼯作时，电压增益和电流增益公式，电感上电压的差别。

dcdc电源电路基础知识

DC/DC基本知识DC/DC是开关电源芯片。

开关电源，指利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关（MOSFET等）进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容（感）里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。

其输出的功率或电压的能力与占空比（由开关导通时间与整个开关的周期的比值）有关。

开关电源可以用于升压和降压。

我们常用的DC-DC产品有两种。

一种为电荷泵（Charge Pump），一种为电感储能DC-DC转换器。

本文详细讲解了这两种DC/DC产品的相关知识。

目录一. 电荷泵1. 工作原理2. 倍压模式如何产生3. 电荷泵的效率4. 电荷泵的应用5. 电荷泵选用要点二. 电感式DC/DC1. 工作原理（BUCK）2. 整流二极管的选择3. 同步整流技术4. 电感器的选择5. 输入电容的选择6. 输出电容的选择7. BOOST 与BUCK的拓扑结构一. 电荷泵电荷泵为容性储能DC-DC产品，可以进行升压，也可以作为降压使用，还可以进行反压输出。

电荷泵消除了电感器和变压器所带有的磁场和电磁干扰。

1. 工作原理电荷泵是通过外部一个快速充电电容（Flying Capacitor），内部以一定的频率进行开关，对电容进行充电，并且和输入电压一起，进行升压（或者降压）转换。

最后以恒压输出。

在芯片内部有负反馈电路，以保证输出电压的稳定，如上图Vout ，经R1,R2分压得到电压V2，与基准电压VREF做比较，经过误差放大器A，来控制充电电容的充电时间和充电电压，从而达到稳定值。

电荷泵可以依据电池电压输入不断改变其输出电压。

例如，它在1.5X或1X的模式下都可以运行。

当电池的输入电压较低时，电荷泵可以产生一个相当于输入电压的1.5倍的输出电压。

而当电池的电压较高时，电荷泵则在1X模式下运行，此时负载电荷泵仅仅是将输入电压传输到负载中。

这样就在输入电压较高的时候降低了输入电流和功率损耗。

2. 倍压模式如何产生以1.5x mode为例讲解：电压转换分两个阶段完成。

DC-DC变换技术开关调节模式基本电路原理

保持 ton 不变，调节 T（即调节 f），可以调节输出电压大小，调节 f 即调节脉冲频率，这就是频率调制 PFM（pulse frequent modulation）方式。 PWM 和 PFM 调制方式的比较选择：
脉冲频率调制（PFM）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。脉冲宽度调制式（PWM）由于线性度好、负载调整率高和热稳定性好等优点而得到广泛应用。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。
因此：
显然，只有 Q 管导通期间（ton 内）储能电感 L 增加的电流等于 Q 管截止期间（toff 内）减少的电流，这样电路才能达到平衡，才能保证储能电感 L 中一直有能量，才能不断地向负
载提供能量和功率。由（Δi）opened 和Δiclosed 可得：解得：表明 Boost 型电路是一个升压电路，当占空比δ从零变到 1 时，输出电压从 Vd 变到任
1. DC-DC 变换概述
1.1. 引入
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 转换。
1.2. 两种调节模式及选择
实现 DC-DC 变换有两种模式：线性调节模式(Linear Regulator)、开关调节模式（Switching Regulator）。
线性调节模式(Linear Regulator)：
首先介绍脉冲宽度调制 PWM（pulse width modulation）和脉冲频率调制 PFM（pulse frequent modulation）两种调制方式及比较选择。然后介绍四种基本电路拓扑原理。
2.1. 调制方式及选择
基本斩波电路
图 2-1 基本斩波电路及其波形图开关 S 合上，直流电压 Ud 加到负载 R，并流过电流 io，开关 S 断开，负载 R 电流、电压为零。如果让开关 S 合上 ton 秒，然后断开 toff 秒，开关 S 再合上 ton 秒，然后再断开 toff 秒，周而复始，就得到负载 RL 的电压、电流波形。定义：T 为开关周期，T=ton+toff，f 为开关频率，f = 1/T ，δ为占空比，δ =ton/T ，则： toff=(1−δ）T ，T 可表示为：T=δT+(1−δ)T。输出电压平均值：

DC-DC变换器讲解学习

（2-2）
电流断续，Uo被抬高，一般不希望出现。
3-5
2.1.1 降压斩波电路
同样可以从能量传递关系出发进行的推导
由于L为无穷大，故负载电流维持为Io不变电源只在V处于通态时提供能量，为 EI oton
在整个周期T中，负载消耗的能量为 Ro 2T IE M IoT
一周期中，忽略损耗，则电源提供的能量与负载消耗的能量相等。
2.1.2 升压斩波电路
2) 升压斩波电路典型应用
一是用于直流电动机传动二是用作单相功率因数校正（PFC）电路三是用于其他交直流电源中
用于直流电动机传动
再生制动时把电能回馈
a)
给直流电源。
uo
E
uo
E
电动机电枢电流连续和

O
t
O
t
断续两种工作状态。
i
i1
i2
io
直流电源的电压基本是恒定的，不必并联电容
I
I
20
I
10
10
i1
i2
I20
O
t on
toff
T
t
O
ton
t1 t x t2
t
toff
T
器。
b)
c)
图3-3 用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形
a）电路图 b）电流连续时 c）电流断续时
3-11
2.1.2 升压斩波电路
数量关系
当V处于通态时，设电动机电枢电流为i1，得下式：
Ldi1 dt
T/toff>1，输出电压高于电源电压，故为升压斩波电路。
T / toff
——升压比；升压比的倒数记作b ，即 b

基本DC-DC变换器

极管）
问题旳提出？
分析已加入滤波环节旳DC-DC电压﹑电流变换器
输出滤波元件旳加入必然使变换电路中开关管VT旳电压、电流应力增长
图3-2a所示旳DC-DC去脉动电压变换器电路中，因为
Uo≠Ui，当开关管 VT导通时，电容C将造成输入输出
短路，以至于开关管VT流入很大旳短路电流而毁坏
图3-2b所示旳DC-DC去脉动电流变换器电路中，因为
怎样变化直流电压？
2.1 DC-DC变换器旳基本构造
➢ 如左图所示。经过串联可变电阻变化直流电压。R↑，则 uL↓； R ↓ ，则uL ↑。
+
R
E
uL rL
E
直流电动机
-
➢ 在串联电阻中也流过与负载电阻电流相同旳电流，将产生大旳损耗。
➢ 利用上述原理，使用开关器件，将直流电压转换成脉冲旳形式，把这些脉冲组合在一起就得到了输出电压。无需加入电阻，降低损耗
在以上2种调制方式中，脉冲宽度调制（PWM）控制方式是电力电子开关变换器最常用旳开关斩波控制方式，也是本章讨论所涉及旳主要开关控制方式。
2.1 DC-DC变换器旳基本构造
➢ 直流斩波器实际上是一类基本旳DC-DC变换、降-升），这种基本旳DC-DC变换器可分为： buck型 DC-DC变换器 boost 型 DC-DC变换器 buck-boost型 DC-DC变换器 boost-buck型 DC-DC变换器下列分别讨论此类DC-DC变换器旳基本构造。
）旳电流变换呢？
➢若考虑变换器输入、输出能量旳不变性（忽视电路及元件旳损耗），则buck型电压变换器在完毕降压变换旳同步也完毕了升流（boost）变换。同理buck型电流变换器在完毕降流变换旳同步也完毕了升压（ boost）变换。

DC-DC变换电路基础

最基本的斩波电路如图1所示，斩波器负载为R。

当开关S合上时，UOUT=UR=UIN，并持t1时间。

当开关切断时UOUT＝UR＝0，并持续莎2时间，T＝t1＋t2为斩波器的工作周期，斩波器的输出波形如图1（b）所示。

定义斩波器的占空比D＝t1／T，t1，为斩波器导通时间，T 为通断周期。

通常斩波器的工作方式有两种：一是脉宽调制工作方式，即维持t1不变，改变T；二是脉频调制工作方式，即维持T不变，改变t1。

当占空比D从0变到1时，输出电压的平均值从零变到UIN，其等效电阻也随着D而变化。

图1 降压斩波电路原理在高频稳压开关电源的设计中，普遍采用的是脉宽调制方式。

因为频率调制方式容易产生谐波干扰，而且其滤波器设计也比较困难。

（1）降压式（Buck）DC／DC变换器如图1所示的直流变换器在使用时的输出纹波较大，为降低输出纹波，可在输出端接入电感L、电容C，如图2所示。

图中的VD1为续流二极管。

降压（Buck）式变换器的输出电压平均值UOUT总是小于输入电压UIN。

电路中通过电感的电流（iL）是否连续，取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值。

图2 降压式（Buck）变换器当电路工作频率较高时，若电感和电容量足够大并为理想元件，则电路进入稳态后，可以认为输出电压为常数。

当晶体管VT1导通时，电感中的电流呈线性上升，因而有式中，ton为晶体管导通时间；iOUT（max）为输出电流的最大值；iOUT（min）为输出电流的最小值；Δion为晶体管导通时间内的输出电流变量。

当晶体管截止时，电感中的电流不能突变，电感上的感应电动势使二极管导通，这时式中，toff为晶体管截止时间；Δioff为晶体管截止时间内的输出电流变量。

在稳态时式中，Δi为输出电流变量。

因为电感滤波保持了直流分量，消除了谐波分量，故输出电流平均值为式中，R为负载电阻。

（2）升压式（Boost）DC／DC变换器图3为升压式DC／DC变换器，它由功率晶体管VT1、储能电感L、二极管VD1及滤波电容C组成。

DCDC变换基础与新技术课件

DC/DC变换的意义何在？
电源按其一次能源的不同可以分为
– 1.产生电能的电源（电池、光伏电板、发电机等） – 2.变换电能的电源（相控整流、DCDC、逆变等）
产生电能——从无到有变换电能——从一种形态转变为另一种形态两者拥有同等重要的地位
DCDC变换基础与新技术
DC/DC变换的意义何在？
DCDC变换电源是一个将质量较低的电能变为质量较高电能的过程
DCDC变换基础与新技术
0W-2000W的应用场合。
同样会因为两开关管或输入电容参数失配而造成偏磁饱和，但很容易改良电路以避免。
DCDC变换基础与新技术
双管正激拓扑
目前在500W以上电源中很常用的一种拓扑，逐渐替代了半桥。
许多分析的文章中给出的原因是稳定可靠，自己尚未琢磨出缘由。
DCDC变换基础与新技术
全桥拓扑
功率方面已经达到开关电源的极限，应用于大功率场合。
DCDC变换基础与新技术
DC/DC变换器新技术
节能是一台电源永恒的追求，所以DC/DC变换新技术绝大多数都是围绕着降低开关损耗提出的。
常见的新技术包括：
地的若干种输出电压。
4.无需工频变压器，重量轻、体积小 5.管耗很小，散热器小缺点：
1.输出电压纹波较大（10mV-100mV） 2.剧烈的开关动作造成严重的电磁兼
容问题
DCDC变换基础与新技术
开关电源的基本结构
输入整流滤波辅助电源时钟振荡电路
功率变换驱动电路控制电路
输出整流滤波过压过流保护反馈补偿
粗电
精电
DCDC变换基础与新技术
DC/DC变换的途径有哪些？
串联式稳压电源开关式稳压电源

DC-DC电源基础知识

DC-DC电源基础知识
目录 1、DC-DC电源分类及工作原理 2、DC-DC电源典型电路分析
3、PWM控制原理
4、关键器件选择 5、DC-DC电源PCB布局
DC-DC电源分类及工作原理
DC-DC电源是一类直流转换为直流的电源。
应用：
数字电路、电子通信设备、卫星导航、遥感遥测、地面雷达、消防、设备和医疗器械教学设备等诸多领域。
•
当开关处于断开状态时，电感电流为
I Loff
•
toff
0
Vo toff VL dt L L
当开关处于断开期间，由于输出电流的连续，二极管VD变为导通，电感削磁，电感减少的磁通为：（Vo）*Toff。
•
存储在电感和电容里的能量释放出来给负载，通过续流二极管形成回路。
DC-DC电源分类及工作原理
DC-DC电源分类及工作原理
（1）开关连接
• 当开关处于连接状态时，通过电感的电流为：
I Lon
1 DT DT Vi dt Vi L 0 L
• 当开关闭合时，输入电压加在电感上，此时电感由电压（Vi）励磁，电感增加的磁通为：（Vi）*Ton。
DC-DC电源分类及工作原理
（2）开关断开
V dt V T dI L L
DT DT i i 0 L 0
DC-DC电源分类及工作原理
（2）开关断开
• 当开关处于断开状态时，通过电感的电流为：
I
off
( 1 D ) T
0
dI
L
( 1 D ) T
0Leabharlann V dt V (1 D)T L L
o o
• 当开关断开时，电感削磁，电感减少的磁通为：（Vo）*Toff。