DC-DC 电源转换器基本原理

DC-DC 电源转换器基本原理

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Mar. 26th, 2012

目录

DC

DC DC--DC 转换器简介

交换式电源结构框图

交换式电源原理介绍

交换式电源设计实例 交换式电源交换式电源线路重要参数线路重要参数

DC-DC

DC DC 转换器简介

电源对于电设备犹如心脏对于人体，是所有电设备的动力。早期，电设备功能单一，基本上直接用变压器将交流市电转换为所需的直流电压即可满足要求。但随着电子设备功能日益多样，其系统线路也越来越复杂，对电源的要求也越来越高。同时，以轻便、小巧为发展趋势的电子产品，不可能允许每组power都由体积大、干扰强的交流变压器来实现。因此，研发都由体积大干扰强的交流变压器来实现因此研发直流到直流的电源转换成为必须。

把直流电压变换为另一种直流电压最简单的办法是串电阻，把直流电压变换为另种直流电压最简单的办法是串电阻

但是由于焦耳热的消耗，会使这种方式转换的效率非常低，它

只适用于电流极小的电压转换另外利用半导体器件

只适用于电流极小的电压转换。另外，利用半导体器件(如PN结)的电压drop能力实现降压，也就是所谓的LDO 方式，这种方式

DC-DC 的损耗比直接用电阻会好很多，但依然存在效率低、过电流能DC DC 转换器简介

力有限、电压drop 范围小等局限性。

变换

Figure-1传统式DC-DC 变换器在计算机出现之后，由于其对大loading power oad g po e 的需求，使得传统的DC-DC 变换器已完全不可能再满足设计需求。思考：请充分发挥想象，思考实现电压变换还有什么方法？提示排列组合能引发质变能产生奇迹提示：排列组合能引发质变，能产生奇迹。

DC-DC 在power 转换中，由于电感、电容对脉动电流和电压的滞后DC DC 转换器简介

p 转换中容对动滞后性以及其对能量的储存性，再配合以精准的反馈回路，可以实现电压转换功能.

Figure 2DC DC Figure-2交换式DC-DC 变换器

交换式电源原理介绍基本交换式电源转换器电路(Buck转换器)

Figure-4

基本交换式电源转换器电路(Buck转换器)

交换式电源原理介绍

Figure-5

基本交换式电源转换器电路(Buck转换器)

交换式电源原理介绍稳态分析(CCM)

a. Q1导通时

)V V V

V L(t)=V L(ON)=V I-V O

)=(0)+(V)/L

i L(t)i L(0)+( V L(t)dt)/L

=i L(0)+(V I-V O)t/L

则t = t(ON) = DT S时, 由上式可得知: )(0)(V V/L D: Duty Cycle

i L(DT S)=i L(0)+(V I-V O)DT S/L 1

基本交换式电源转换器电路(Buck转换器)

交换式电源原理介绍

Figure-6

交换式电源原理介绍基本交换式电源转换器电路(Buck转换器)稳态分析(CCM)

b. Q1截止时

V L(t)V L(OFF)V O

)=-V=-V

i L(t)=i L(DT S)+( V L(t)dt)/L

=i L(DT S)+(-V O)(t-DT S)/L

t T时由上式可得知

则t = T S 时, 由上式可得知:

i L(T S)=i L(DT S)+(V O)(1D)T S/L 2

)+(-V1-D)T/L

基本交换式电源转换器电路(Buck转换器)

交换式电源原理介绍

稳态分析(CCM)

c. 当转换器在稳态时

i L T S )= i L (0)()()

由1, 2 兩式可得出2

1因此:

i L (T S )=i L (0)+(V I -V O )DT S /L+(-V O )(1-D)T S /L

(V I -V O )DT S = V O (1-D)T S

或者:

V L(ON)DT S = V L(OFF)(1-D)T S

V O /V I = D = t ON /T S

基本交换式电源转换器电路(Boost转换器)

交换式电源原理介绍

Figure-7

基本交换式电源转换器电路(Boost转换器)

交换式电源原理介绍

稳态分析(CCM)

a. Q1导通时

V L )=V I (t )

i L (t )=i L (0)+( V L (t )dt )/L

=i L (0)+V I t /L

t =(ON)=DT 时由上式可得知:D:Duty Cycle 则t = t (ON) = DT S 时, 由上式可得知:)=/L

D: Duty Cycle i L (DT S )i L (0)+V I DT S /L 3

基本交换式电源转换器电路(Boost转换器)

交换式电源原理介绍

2.2 升压型(boost)转换器

Figure-8

交换式电源原理介绍

基本交换式电源转换器电路(Boost转换器)

稳态分析(CCM)

b. Q1截止时

V L(t) = -(V O-V I)

)(V V

i L(t)=i L(DT S)+( V L(t)dt)/L

=i L(DT S)+[-(V O-V I)](t-DT S)/L

则t = T S 时, 由上式可得知:

i L(T S)=i L(DT S)+[-(V O-V I)(1-D)T S/L 4

))+[(V V1D)T/L