DC-DC变换技术开关调节模式基本电路原理.pdf

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)： 图1-1 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R ，其输出电压V =I R 。 T o L L 晶体管功率损耗P=I 2R 。 L T 开关调节模式（Switching Regulator） 图1-2 a 开关调节模式 b 开关调节模式等效电路 假设晶体管为理想开关，则晶体管功率损耗为0 。 开关模式相比于线性调节模式的特点：  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，功耗减少、效率很高。  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，由于效率提高，散热器体积也减小  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。 综上特点，DC-DC 转换器一般采用开关调节模式。 1.3. 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 DC-DC 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）。 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 （pulsewidth 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）。 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。 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 ）。 5) 按输入输出电压大小划分。可分为降压型和升压型。 1.4. 设计要求及主要技术指标 实用角度  高的可靠性；  好的维修行；  小的体积重量；  低的价格等。 技术角度  输入  输入电压及其范围  输入电路及其范围  输出  输出电压及其范围  输出电流及其范围  输出电压稳压精度  负载调整率：即负载效应，指当负载在0~100%额定电流范围内变化时，输出 电压的变化量与输出电压额定值的比值。  源效应：当输入电压在规定范围内变化时，输出电压的变化量与输出电压额定 值的比值。  输出电压纹波有效值和峰-峰值  效率：降低转换电路自身损耗 高频化、小型化、模块化和智能化是 DC-DC 变换器的发展方向。高频化是小型化和模 块化的基础，比功率（功率/重量）是表征