DC-DC的基本调制方式与控制模式的介绍与比较
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。
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工作原理介绍
1
脉冲宽度调制（PWM）
使用PWM技术控制开关管的开关时间，从而改变输出电压的平均值。
2
电感和电容滤波器
使用电感和电容元件对电流和电压进行滤波，以去除噪音和波动。
3
电路拓扑
使用不同的电路拓扑，如升压、降压、半桥和全桥，实现不同的电源变换功能。
DC-DC电源的优势
1 高效能
DC-DC电源能够以高效率进行能量转换，减少能量的损失和浪费。
2 稳定性
DC-DC电源能够提供稳定的输出电压和电流，保障电子设备的正常工作。
3 小型化
DC-DC电源的体积小巧，适合应用于紧凑的电子设备中。
DC-DC电源的应用
移动设备
DC-DC电源广泛应用于手机、平板电脑和可穿戴 设备等移动设备中，为其提供稳定的电源。
通信设备
DC-DC电源被使用于网络设备、路由器和交换机 等通信设备中，为其提供可靠的电源。
• 部分DC-DC电源会产生电磁干扰，可能对其他电子设备造成干扰。 • 不同类型的DC-DC电源有不同的转换效率和功耗特性。 • 部分DC-DC电源需要外部元件（如电感和电容）辅助工作，增加了系统的复杂性。
3
升降型
能够根据输入电压的不同，自动实现升压或降压的功能，广泛应用于电源管理系 统。
常见DC-DC电源的选择和设计
• 根据设备的动态电流需求，选择合适的输出电流和功率。 • 考虑输入电压和输出电压之间的差异，选择合适的变换拓扑。 • 使用模拟或数字控制技术，以提高功率转换的效率和稳定性。
DC-DC电源的缺点和局限性
DC-DC技术的工作原理
DC-DC电源是一种将直流电能转换为不同电压、电流，并提供给其他电子设备 使用的电子元件。它通过不同的电路拓扑实现电能的变换和调整。
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。
DC-DC电路设计介绍
1．面积等效原理
除了直流波形可用PWM波形来代替外， 根据面积等效原理可以进一步推出，可以在一 段时间内按一定规则生成PWM波形来代替所 需的任何波形
如用正弦脉冲宽度调制波形来代替正弦波 SPWM
2．直流PWM波形的生成方法
生成PWM波形有多种方法，常见有计算法、 调制法等。
计算法是在每个时间段，利用计算机技术直接 计算出当前所需要的脉冲宽度，进而据此对电 力电子器件进行开关控制而获得PWM波形。
*
Ts 2
*
DI L 2
t
IO
iM t
t
DuC
t
3 主要数量关系—电感电流连续情形
（5）电容电压纹波DuC
DuC
1 C
*
1 2
* Ts 2
*
DI L 2
DI L
1 D L
Ts 2
*
(1 D) 2L
U S ton
TS ton toff ton DTS
(1 D) 8LC
iL
uC R
初值条件?
iL im iC
假设uC= Uo =常数iL线性减少
主要波形 ton toff
t
t
uC
iM t
t
3 主要数量关系—电感电流连续情形
表现系统主要性能指标的量： (1) 平均输出电压Uo (2) 平均输出电流Io (3) 电感电流纹波DIL (4) 负载电压纹波DUO
主要器件承受的电压、电流等量可根据波形确定
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3.2 基本的直流变换电路
基本的直流变换电路：降压斩波电路、升压 斩波电路、升降压斩波电路、库克变换电路
介绍内容： 1、电路结构 2、工作原理 3、主要波形
第5章_DC-DC变换技术
(5-17)
e D 1 m D e 1
输出电压平均值为
(5-18)
ton E (T ton t x ) EM ton t x Uo 1 m E T T
负载电流平均值为
(5-19)
t on t x t t E U EM 1 ton I o i1 d t i2 d t on x m o t on T 0 T R R
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）
■工作原理 ◆电流连续工作状态（电感L足够大，图5-2b） √ ton期间 :V导通 , VD截止 ，uo=E，负载电 流io按指数曲线上升。 √ toff期间 : V关断，VD续流，uo=0 ，负载 电流呈指数曲线下降。 ◆电流断续工作状态（ tx<toff ，图5-2c） √如果L值较小或开关周期T较大，当负载电 流按指数规律下降到tx时，负载电流已衰减到 零。 √ ton期间 :V导通 , VD截止 ，uo=E，负载电 流io按指数曲线上升。 √ 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io=0。
(525)
(526)
Ii
Uo 1 E Io 2 E R
(527)
5.2.2 升压斩波电路 （Boost Chopper）
■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（Power Factor 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 馈给直流电源。 ☞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
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）
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L
T
iO VO
R Ig
VS
L
i
i
Vi
+ -
o
T
E
vEO
+
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
DC-DC变换基本电路和控制方法综述
文章编号：DC-DC变换基本电路和控制方法综述作者（江南大学物联网工程学院，江苏省无锡市 214122）摘要：近20年来，随着科学技术日新月异的发展，特别是功率开关器件的发展，DC-DC变换的拓扑结构和控制技术取得了很大的成就。
本文主要是对当前DC-DC变换电路——隔离型和非隔离型、两端口和多端口、单向变换和双向变换和控制方法——软开关、移相PWM、同步整流、多电平技术的发展与现状进行综述，并讨论了DC-DC变换器未来发展趋势。
关键词：基本电路;控制方法；隔离型；双向；同步整流中图分类号：文献标识码：1引言DC-DC变换器是将不可调的直流电压转变为可调或固定的直流电压，是一个用开关调节方式控制电能的变换电路，这种技术被广泛应用于各种开关电源、直流调速、燃料电池、太阳能供电和分布式电源系统中。
上个世纪，随着功率开关器件的发展，变换器拓扑和变换技术已经取得了很大的成就，并且已经发展到一个相当高的水平。
在DC-DC变换器演化过程中，离不开各种直流变换技术，各种新技术的产生和发展很大程度上影响了变换器拓扑的演化。
高功率密度、高效率、高性能、高可靠性以及低成本、小体积是DC-DC变换器的发展方向，各种变换技术也都围绕着提高变换器性能而相继被提出。
本文围绕着DC-DC变换的基本电路——隔离型和非隔离型、单端口和多端口、单向变换和双向变换以及控制方法——软开关、同步整流、移相PWM技术、多电平技术的发展和现状进行综述，并展望直流变换器未来的发展趋势。
2隔离型和非隔离型主要电路2.1非隔离型主要电路DC-DC非隔离型主要电路包括BUCK、BOOST、BUCK-BOOST、CUK等电路。
2.1.1降压型BUCK电路降压型BUCK电路如下图2.1所示。
工作原理为：当开关晶体管导通时，二极管关断，输入端直流电源Vi将功率传送到负载，图2.1降压型BUCK电路拓扑并使电感储能；当开关晶体管关断时，二极管导通，续流，电感向负载释放能量。
DCDC变换器的基本手段和分类
开关变换器和开关电源电源有如人体的心脏，是所有电设备的动力。
标志电源特性的参数有功率、电压、频率、噪声及带负载时参数的变化等；在同一参数要求下，又有体积、重量、形态、效率、可靠性等指标。
在有些情况下，一般电力要经过转换才能符合使用的需要。
例如，交流转换成直流，高电压变成低电压等。
按电力电子的习惯称谓，AC-DC（理解成AC转换成DC，其中AC表示交流电，DC表示直流电）称为整流（包括整流及离线式变换），DC-AC称为逆变，AC-AC称为交流-交流直接变频（同时也可以是变压），DC-DC称为直流-直流变换。
为达到转换目的，手段是多样的。
20世纪60年代前，研发了半导体器件，并以次器件为主实现这些转换。
电力电子学科从此形成并有了近30年的迅速发展。
所以，广义地说，凡半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变成为另一形态的主电路都叫做开关变换器电路；转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节则称开关电源（Switching Power Supply）。
开关电源主要组成部分是DC-DC变换器，因为它是转换的核心，涉及频率变换。
目前DC-DC变换中所用的频率提高最快，它在提高频率中碰到的开关过程、损失机制，为提高效率而采用的方法，也可作为其他转换方法参考。
常见到离线式开关变换器（Off-line Switching Converter）名称，即AC-DC变换，也常称开关整流器；它不仅包含整流，而且整流后又做了DC-DC变换。
所谓离线并不是变换器与市电线路无关的意思，只是变换器中因有高频变压器隔离，使输出的直流与市电隔离，所以称离线式开关变换器。
稳压电源的分类及基本知识开关型交流稳压电源它应用于高频脉宽调制技术，与一般开关电源的区别是它的输出量必须是与输入侧同上频、同相的交流电压。
它的输出电压波型有准方波、梯型波、正弦波等，市场上的不间断电源（UPS）抽掉其中的蓄电源和充电器，就是一台开关型交流稳压电源的稳压性好，控制功能强，易于实现智能化，是非常具有前途的交流稳压电源。
电力电子技术学习重点提示(第四章)
一、DC-DC 变换的控制方式
1.时间比控制 DC-DC 变换中采用最多的控制方式，它是通过改变斩波器的通、断时间而连续控制输 出电压的大小。即
（4-1）
式中
为斩波周期 ；
为斩波频率；
为导通比。可以看出，改
变导通比 即可改变输出电压平均值 U0，而 比控制又有以下几种实现方式：
的变化又是通过对 T、ton 控制实现的。时间
图 4-8 Boost 变换器
电流连续时，Boost 变换器的输入、输出电压关系为
（4-17）
因为
，故为升压变换关系。
若忽略电路变换损耗，输入、输出功率相等
式中 I 为输入电流 平均值，I0 为输出电流 平均值，则可求得变换器的输入、输出电流关 系为
（4-18） 因此电流连续时 Boost 变换器相当一个升压的“直流”变压器。
电流断续时，设电流在 δ1T 时刻断续，则输入输出可表示为：
（4-25）
（4-26）
3.Boost-Buck（升降压型）变换器
Boost -Buck 变换电路如图 4-11 所示，其特点是： （1）输出电压 U0 可以小于（降压） 、 也可以大于（升压）输入电压 E； （2）输出电压与输入电压反极性。
图 4-4 Buck 变换器
电流连续时，Buck 变换器的输入、输出电压关系为：
（4-2）
因
，
故为降压变换关系。
若忽略电路变换损耗，输入、输出功率相等，有
式中 I 为输入电流 i 系为
（4-3） 因此电流连续时 Buck 变换器完全相当于一个“直流”变压器。
输入输出电压与占空比公式：
单极性调制与双极性调制方式的比较： 1）双极性调制控制简单，只要改变 位置就能将输出电压从+E 变到-E；而在单极性调制方 式中需要改变晶体管触发信号的安排。 2）当 H 桥输出电压很小时，双极性调制每个晶体管驱动信号脉宽都比较宽，能保证晶体管 可靠触发导通。 单极性调制时则要求晶体管驱动信号脉宽十分狭窄， 但过窄脉冲不能保证晶 体管可靠导通。 3）双极性调制时四个晶体管均处于开关状态，开关损耗大；而单极性调制时只有两个晶体 管工作，开关损耗相应小
第四章直流直流(DCDC)变换
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。
从工作波形来看，相当于是一个将恒定直流进行“斩切”输出的过程，故称斩波器。
斩波器有两种基本控制方式：时间比控制和瞬时值控制。
DC-DC工作原理介绍精品课件
（2）开关器件的通态电阻为零，电压降为零。断态电阻为无限 大，漏电流为零；
（3）电路中的电感和电容均为无损耗的理想储能元件； （4）线路阻抗为零。电源输出到变换器的功率等于变换器的输
出功率。
VS IS VO IO
6
2. 降压原理 对开关管T加驱动信号VG ,开关周期为TS
-
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
5
1. 理想的电力电子变换器
为获得开关型变换器的基本工作特性，简化分析，假 定的理想条件是：
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？
11
4.输出电压LC滤波
✓直流输出电压中含有各次谐波电压，在Buck开关电路的输出 端与负载之间加接一个LC滤波电路，减少负载上的谐波电压。
滤波电感的作用：
对交流高频电压电流呈高阻抗， 对直流畅通无阻
滤波电容的作用：
对直流电流阻抗为无穷大，对 交流电流阻抗很小。
14、 抱 最 大 的 希望 ，作最 大的努 力。2020年 9月 22日星 期二上 午9时 12分41秒 09:12:4120.9.22
15、 一 个 人 炫 耀什 么，说 明他内 心缺少 什么。 。2020年 9月上 午9时 12分20.9.2209:12September 22, 2020
DC-DC电源
DC/DC电源指直流转换为直流的电源，从这个定义上看，LDO(低压差线性稳压器)芯片也应该属于DC/DC电源，但一般只将直流变换到直流，且这种转换是通过开关方式实现的电源称为DC/DC电源。
一、工作原理要理解DC/DC的工作原理，首先得了解一个定律和开关电源的三种基本拓扑(不要以为开关电源的基本拓扑很难，你继续往下看)。
1、电感电压伏秒平衡定律一个功率变换器，当输入、负载和控制均为固定值时的工作状态，在开关电源中，被称为稳态。
稳态下，功率变换器中的电感满足电感电压伏秒平衡定律：对于已工作在稳态的DC/DC功率变换器，有源开关导通时加在滤波电感上的正向伏秒一定等于有源开关截止时加在该电感上的反向伏秒。
是不是觉得有点难理解，接着往下看其公式推导过程。
伏秒平衡方程推算过程：电感的基本方程为：V(t)=L*dI(t)/dt,即电感两端的电压等于电感感值乘以通过电感的电流随时间的变化率。
根据上述方程，可得dI(t)=1/L∫V(t)dt,对于稳态的一个功率变换器，其应保证在一个周期内电感中的能量充放相等，反映在V-t图中即表示在一个周期内其面积之和为0，所以得出电感电压伏秒平衡定律。
此处可参考：DC/DC电源详解第8页(如果此处还无法理解，可先阅读下面开关电源三种基本拓扑的工作原理)。
扩展资料：1、当一个电感突然加上一个电压时，其中的电流逐渐增加，并且电感量越大，其电流增加越慢；2、当一个电感上的电流突然中断，会在电感两端产生一个瞬间高压，并且电感量越大该电压越高；3、电容的基本方程为：I(t)=dV(t)/(C*dt)，当一电流流经电容时，电容两端电压逐渐增加，并且电容量越大电压增加越慢；2、开关电源三种基本拓扑2.1、BUCK降压型图1 BUCK型基本拓扑简化工作原理图图2 电感V-t特性图BUCK降压型基本拓扑原理如图1所示，其电感L1的V-t特性图如图2。
当PWM驱动MOS管Q1导通时，忽略MOS管的导通压降，此时电感两端电压保持不变为Vin -Vo，根据电感的基本方程：V(t)=L dI(t)/dt,电感电流将呈线性上升，此时电感正向伏秒为：V Ton =(Vin-Vo)*Ton。
DC-DC变换技术开关调节模式基本电路原理
图 2-9 Boost 型电路各点波形图
2.4. Buck-boost 型（降压-升压型）电路
图 2-10 Buck-Boost 型电路原理图 Q 导通状态（0≤t≤ton）：
图 2-11 Q 导通状态 t=0 时刻，Q 管导通，二极管 D 反偏关断，能量从输入电源流入，并存储在电感 L 中，L 上的电压上正下负，等于输入电压 Vd，此时负载电流由虑波电容 C 提供，等效电路如上图 所示。 因此，在 ton 期间内，电感电流的增量为： Q 关断状态（ton≤t≤T）：
脉冲宽度调制 PWM（pulse width modulation）方式： 保持 T 不变，调节 ton，可以调节输出电压大小，调节 ton 即调节脉冲宽度，这就是脉
宽调制 PWM（pulse width modulation）方式。 脉冲频率调制 PFM（pulse frequent modulation）方式：
若 C1 足够大，在 ton、toff 期间上的电压可认为近似不变（只有很小的顶降），则有：
由上式可得，改变占空比就能获得所需的（反向）输出电压，输出电压可以高于输入电 压，也可以低于输入电压。
综上可得电路各点波形：
图 2-15Cuk 型电路各点波形
（VC1 为电容 C1 上的平均电压值）
从输出回路来看，在 toff 期间，由于 D 导通，L2 释放能量，则 L2 上的压为-VO ，L2 中的 电流以 VO/L2 的速率线性下降，在 toff 期间，L2 的电流减量为：
在稳定状态下，电感电流变化量应相等，则有：
现在考虑 L2 中电流变化的情况：
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 Regulator1-1 a 线性调节模式 b 线性调节模式等效电路 线性调节模式下，电路中晶体管工作在线性区，等效为可调电阻 RT，其输出电压 Vo=ILRL。 晶体管功率损耗 P=IL2RT。 开关调节模式（Switching Regulator）
DC-DC变换器的PWM控制技术
DC/DC变换器的PWM控制技术内容: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变换器的基本手段和分类
DC-DC变换器的基本手段和分类作者：时间：2007-12-13 来源:电子元器件网浏览评论推荐给好友我有问题个性化定制关键词：DC-DC变换器电源把直流电压变换为另一数值的直流电压最简单方法是串联一个电阻，这样不涉及变频的问题，显得很简单，但是效率低。
用一个半导体功率器件作为开关，使带有滤波器（L或/和C）的负载线路与直流电压一会儿接通，一会儿断开，则负载上也得到另一个直流电压，这就是DC-DC的基本手段，类似于“斩波”（Chop）作用。
一个周期T s内，电子开关接通时间t on所占整个周期T s的比例，称接通占空比D，D=t on/T s；断开时间t off所占T s比例，称断开占空比D’，D’= t off/T s。
很明显，接通占空比越大，负载上电压越高；1/T s=f s称开关频率，f s越高，负载上电压也越高。
这种DC-DC变换器中的开关都在某一固定频率下（如几百千赫兹）工作，这种保持开关频率恒定，但改变接通时间长短（即脉冲的宽度），使负载变化时，负载上电压变化不大的方法，称脉宽调制法（Pulse Width Modulation,简称为PWM）。
由于电子开关按外加控制脉冲而通断，控制与本身流过的电流、二端所加的电压无关，因此电子开关称为“硬开关”。
很明显，由于硬开关关断和开通时，开关上同时存在电压、电流，损耗是比较大的，但无论如何比串联电阻变换方法损耗小得多。
这就是开关电源的优点之一。
凡用脉宽调制方式控制电子开关的开关变换器，称为PWM开关变换器。
它是以使用“硬开关”为主要特征的。
另一类称之为软开关。
凡用控制方法使电子开关在其两端电压为零时导通电流，或使流过电子开关电流为零时关断，此开关称为软开关。
软开关的开通、关断损耗理想值为零。
由于损耗小，开关频率可提高到兆赫级，开关电源体积、重量显著减少。
可用谐振（Resonance）的方法使电子开关上电压或电流为零，谐振分为串联谐振和并联谐振。
DC DC
直流直流--直流直流(DC/DC)(DC/DC)(DC/DC)变换器变换器DC/DC 变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。
斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts 不变，改变ton(通用)，二是频率调制（1）Buck 电路——降压斩波器，其输出平均电压U0小于输入电压Ui ，极性相同。
（2）Boost 电路——升压斩波器，其输出平均电压U0大于输入电压Ui ，极性相同。
（3）Buck －Boost 电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui ，极性相反，电感传输。
（4）Cuk 电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui ，极性相反，电容传输。
还有Sepic 、Zeta 电路。
上述为非隔离型电路，隔离型电路有正激电路、反激电路、半桥电路、全桥电路、推挽电路。
当今软开关技术使得DC/DC 发生了质的飞跃，美国VICOR 公司设计制造的多种ECI 软开关DC/DC 变换器，其最大输出功率有300W 、600W 、800W 等，相应的功率密度为(6.2、10、17)W/cm3，效率为（80～90）％。
日本NemicLambda 公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM 系列，其开关频率为（200～300)kHz ，功率密度已达到27W/cm3，采用同步整流器（MOS FET 代替肖特基二极管），使整个电路效率提高到90％。
2.2AC/DC 变换AC/DC 变换是将交流变换为直流，其功率流向可以是双向的，功率流由电源流向负载的称为“整流”，功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”。
AC/DC 变换器输入为50/60Hz 的交流电，因必须经整流、滤波，因此体积相对较大的滤波电容器是必不可少的，同时因遇到安全标准（如UL 、CCEE 等）及EMC 指令的限制（如IEC 、、FCC 、CSA ），交流输入侧必须加EMC 滤波及使用符合安全标准的元件，这样就限制AC/DC 电源体积的小型化，另外，由于内部的高频、高压、大电流开关动作，使得解决EMC 电磁兼容问题难度加大，也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求，由于同样的原因，高电压、大电流开关使得电源工作损耗增大，限制了AC/DC 变换器模块化的进程，因此必须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率达到一定的满意程度。
DCDC变换器原理
DCDC变换器原理DC-DC变换器是一种电力电子器件，用于将直流电能转换为特定的直流电压或电流输出，通常用于电子设备或系统中，如电源、电池充电器、逆变器等。
其原理基于PWM（脉宽调制）技术，可以实现电能的高效转换和稳定输出。
DC-DC变换器的原理可以通过以下几个方面来说明：1.输入滤波：DC-DC变换器的输入端一般接收来自直流电源或者电池的电源输入。
为了保持输入电源的稳定性和减小输出的噪声，需要对输入电源进行滤波处理。
一般使用电感、电容等元件来实现输入滤波，并保证稳定的直流电源供给。
2.器件驱动：DC-DC变换器主要包括开关器件，如晶体管、MOS管等，通过合适的电压或电流驱动器驱动开关器件。
这些开关器件在开关状态和关闭状态之间切换，控制电源信号的传递，实现电压转换。
3.脉宽调制（PWM）：DC-DC变换器的核心原理是脉宽调制技术。
PWM控制信号通过开关器件的开关状态来调节输出电压或电流大小。
脉宽调制技术通过改变信号的脉冲宽度来调节开关器件的导通时间和断开时间，从而控制输出电压或电流的大小。
4.输出滤波：DC-DC变换器的输出端一般需要稳定的直流电压或电流输出。
为了滤除开关器件切换时产生的高频噪声，需要在输出端添加输出滤波电路，以保证输出电压的稳定性。
输出滤波电路通常由电感、电容等元件组成，通过滤波的方式，将高频噪声滤除。
5.反馈控制：为了确保输出电压或电流始终保持在设定范围内，DC-DC变换器通常采用反馈控制。
反馈控制通过比较输出电压或电流与设定值之间的差异，并根据差异调整PWM控制信号的脉冲宽度，使输出保持稳定。
常用的反馈控制方式包括电压反馈和电流反馈。
DC-DC变换器根据输入输出的电压和电流类型不同，可以分为多种类型，如Buck变换器、Boost变换器、Buck-Boost变换器等。
每种类型的DC-DC变换器具有不同的工作原理和特点，用于满足不同的应用需求。
总的来说，DC-DC变换器是一种基于PWM技术的电力电子器件，通过开关器件的开关状态和PWM控制信号来实现电能的高效转换和稳定输出。
三种方法 DC
三种方法DC
目前在DC-DC变换器的控制方面，工程师们采用的大多是数字控制、模拟控制等方法。
这些控制方法都有哪些优势长处，又有哪些缺点？在工作中应该如何选择最合适的控制模式？下面我们就来盘点一下工作中常用的三种控制方法。
DC-DC模拟控制方法
传统的DC-DC变换器的控制方法是模拟控制方法，模拟控制方法是相对来说比较传统基础的DC-DC变换器控制法，它出自Middle·Brook和Slobbodn·Cuk提出的状态空间平均法的基础上得到交换器额定工作点的线性小信号模型，然后利用频域分析法设计变换器的控制系统。
这种方法的优点是比较简单，对于新人来说非常容易学习，而且经过了多年的实践证明这种控制方法非常容易操作。
但这种方法也有一个缺点，那就是很难保证系统的大信号稳定性。
DC-DC数字控制方法
近几年来，数字控制方法已经超过了传统的模拟控制方法，被广泛的应用在了各个领域。
这种控制方法相对于模拟控制，具有以下几个独有的优点： 首先，该方法可以提升系统性能，并实施相对比较复杂的控制策略指令。
在DC-DC变换器的调试过程中，采用数字控制的方法可以让一些原本无法实施的控制策略通过人为操控的方式实现。
像一些非线性控制策略，工程师就可以通过这一方法进行实施，从而在整体上有效提升系统性能。
其次，相比较传统的模拟控制而言，数字控制在进行DC-DC操控过程中本身具非常出色的电流抗干扰能力。
一些常用的技术如模糊控制、白适应控制等，都可以有效增强系统稳定性并确保控制指令顺利执行。
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DC-DC三种基本调制方式的比较
通常来说，DC-DC有三种最常见的调制方式，分别为脉冲宽度调制(PWM)、脉冲频率调制(PFM)和跨周期调制PSM)[17]。
他们调制行为的示意图可以用如图2-8所表示，下面将分别介绍三种调制方式，以及他们各大自的优缺点。
时钟
PWM
PFM
PSM
图2-8 三种调制方式示意图
1)PWM方式
PWM方式，可称之为定频调宽，即开关频率保持恒定，而通过改变在每一个周期内的驱动信号的占空比来达到调制的目的，这是最常用的一种调制方式[18]。
当输出电压发生变化时，通过环路的控制，便会使驱动信号的占空比发生改变，从而维持输出电压的恒定。
作为最常用的调制方式，PWM方式有以下优点：控制电路简单，易于设计与实现，输出纹波电压小，频率特性好，线性度高，并且在重负载的情况下有及高的效率。
其缺点是随着负载的变轻，其效率也下降，尤其是轻负载的情况下，其效率很低。
2)PFM方式
PFM模式在正常工作时，驱动信号的脉冲宽度保持恒定，但脉冲出现的频率发生改变，即所谓的定宽调频。
当输出电压发生变化时，通过环路的调整，而使脉冲出现的频率发生改变，从而实现对电路的控制与调整。
PFM又可以分为恒定驱动信号的高电位时间以及恒定驱动信号的低电平时间两种方式。
在具有模式切换的DC-DC电路中，PFM也是很常见到的一种调制试。
这种调制方式的优点是：在轻负载的情况下，效率很高，并且频率特性也十分好。
但是在重负载的情况下，其效率会明显低于PWM方式，并且由于其纹波的频谱比较分散，没有多少规律，这使得滤波电路的设计变得十分复杂与困难。
3)PSM方式
PSM方式，可称之为定频定宽。
其驱动信号的频率与宽度都保持恒定，只是，当负载为最重的情况时，驱动信号满频工作，当负载变轻时，驱动信号就会跳过一些开关周期，在被跨过的周期内，开关功率管一直保持为关断的状态。
当负载发生变化时，通过改变跨过周期的数目以及跨周期出现的次数，来实现对系统的调整与控制。
相对于前面的两种控制方式，PSM方式在工业上的应用要晚一些。
相比于PWM方式，在轻负载的情况下，PSM要有更高的效率，并且其开关损耗与系统的输出功率成正比，与负载的变化情况关系不大。
但是这种调控方式，会使输出电压有着比较大的纹波电压，不适合用于为对电源电压精度要求很高的一些系统供电。
通过以上的分析，我们可以知道，三种调控方式各有优缺点，在使用时，我们应该根据电路的应用情况而进行合理的选择。
很多电路中通常都选择PWM与PFM或者PSM相结合的方式，以保证系统在整个负载范围内都有比较高的效率。
本论文由于负载情况相对变化不会太大，所以只采用的了PWM方式对电路进行调制。
DC-DC基本的控制模式式介绍
DC-DC有多种反馈控制方式，如电压模式、峰值电流模式（电流模式）、平均电流模式、相加模式和滞回电流模式等[19]。
其中最常用的便是电压模式与电流模式，下面将对这两种控制方式进行介绍。
1)电压模式
电压模式是一种比较老，也是比较成熟的一种控制方式。
其电路整体结构如图2-9所示。
电路正常工作时，误差放大器直接采样输出信号，然后把输出信号与基准电压的误差信号经过误差放大器放大后，输入到PWM比较器，与振荡器输出的三角波信号进行比较，生成控制信号，来控制开关功率管的开启与关断。
图2-9 电压模式的基本控制结构图
电压模式的DC-DC结构简单，只有一个反馈环路，电路设计比较容易。
由于三角波的幅值相对较大，因此此种控制方式对噪声的抵抗能力很强。
但是电压模式的瞬态响应速度比较慢，尤其是对电源的变化的响应十分慢，不太适合波动比较快的负载。
改进的方法是在电路中加入对输入电压的前馈控制电路。
2)电流模式
图2-10 电流模式的基本控制结构
电流模式在工业上的应用要晚于电压模式，其核心控制结构如图2-10所示。
相比于电压模式，在采样输出电压信号的同时，电路同样对电感上的电流信号进行采集。
电路正常工作时，输出电压与基准电压的误差信号经过误差放大器的放大以后，输出一个控制信号到PWM比较器，同时，电路采样电感上的电流信号，当采样的包含电感电流信号的信号我峰值达到误差放大器输出的控制信号的值时，PWM比较器便会输出一个脉冲信号到控制逻辑到，用来控制关断功率管。
直到下一个时钟周期，驱动信号在在时钟边缘信号的触发下发生翻转，再次开启功率管。
相比于电压模式的DC-DC，电流模式控制的DC-DC有着更快的瞬态响应速度，这是由于它对电感上电流信号的变化进行了直接的采样，因此能够对电源电压的波动做出快速响应，同时对于负载变化的响应也比电压模式有了很大改善。
但是这种控制方式对噪声比较敏感。
更为重要的是，当驱动信号的占空比大于50%，电路容易不可避免的发生次谐波振荡，这需要增加额外的斜率补偿电路来进行解决。
而且，由于电路有两个反馈环路，设计起来要相对复杂。