DC-DC变换器(DCDC Converter / Switched-mode Power Supply)简介

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0、DC-DC变换器概述

• 简述
  DC-DC变换器是指能将一种直流输入电压（或电流）变换成另一等级直流输出电压（或电流）的装置。
  1）移动电子设备供电（DC/DC开关电源 LDO低压差线性电源）
  2）高效LED电源
  3）功率优化器（光伏MPPT）
  4）与高频变压器结合
• 六大类
  

1、DC-DC变换器的基本结构

• 斩波
  
  

Buck

• Buck的概念：
  
• Buck的实现：
  
  电流源（不能开路可以短路）和电压源（不能短路可以开路）

Boost

Buck 降压升流、Boost升压降流–》可构造降流

• Boost的实现：
  
• boost的原理：
  
• Boost与Buck对比
  

Buck-Boost

• Buck-Boost的概念：
  若将Buck电路输入接直流源，输出作为Boost电路的输入，Buck电路的输出接负载，即构成前级Buck后级Boost的两级变换器，则可实现升降压功能
  
• Buck-Boost的化简：
  
• Buck-Boost的实现：
  

Boost-Buck

小结

2、换流与特性分析

• 分析的前提条件：
  1）变换器运行在稳态；
  2）各元器件均为理想，线路阻抗为0
  3）开关频率足够高，每个开关周期中电流、电容电压近似不变
  稳态条件下，各开关周期电感、电容储存与释放能量平衡，电感电流和电容电压在各开关周期同一时刻保持恒定。

分析Buck电路

• 换流：
  
  
• 稳态增益：
  稳态条件下，变换器输出平均电压Vo与输入平均电压Vi的比值。对象是电感L，电感是桥梁。
  
• 伏（安）秒平衡：
  电感电压的伏秒平衡，电容电流的安秒平衡。
  1）稳态条件下，各开关周期 电感 储能为0 ，电感电流保持恒定。即 各开关周期电感电流变化为0
  2）稳态条件下，各开关周期 电容 储能为0 ，电容电压保持恒定。即 各开关周期电容电压变化为0
  
• 断续模式（是否可能当电感存储能量全部释放而开关S还未导通）：
  断续模式下的Buck电路具有三种工作模式。
  
  
  可认为，当电感电流的最小值为0，则Buck电路出现断续情况。
  器件电感L与电容C：
  
  器件S和D：
  

分析Boost电路

• 换流
  对升压Boost电路在开关导通和闭合两种情况：
  
  
  器件L和C：
  
  器件S和D：
  
• 稳态增益：
  稳态条件下，电感L在一个周期中释放和吸收的能量总和为0，即电感电流变化为0；
  
• 电感L电流
  与Buck电路不同，Boost电路在开关S导通时并无电流流向输出，
  仅仅当S关断时，电感电流流向电容或负载。
  
• 电容C电流及其电压
  当S导通时，电流由负载决定。
  当S关断时，电流由高频电感电流决定。
  
• 器件总结
  
• Boost断续模式
  
  
  
  器件L和C：
  
  器件S和D：
  
  断续（电感临界值）：
  
  断续增益：
  断续Boost电压增益比连续情况下大

分析Buck-Boost电路（前级Buck后级Boost）

• Buck-Boost电路换流
  
  电感L和电容C：
  
  器件S和D：
  
• 稳态增益（电感L是桥梁）—伏秒平衡
  
  电感电流：
  
  电容电流与电压：
  
• 器件总结
  
• Buck-Boost断续模式

断续模式下 电感L与电容C：

断续模式下 器件S和D：

断续的临界电感：

断续模式下的稳态增益：

占空比一样、电压一样，则断续模式下Buck-Boost的电压增益比连续情况下大

分析Cuk电路（前级Boost+后级Buck组合）

• Cuk电路换流
  
  
  电感L1和电容C1：
  
  电感L2和电容C2：
  
  器件S和D：
  
• 稳态增益 （伏秒平衡）
  
• 电感L1与L2电流
  
• 电容C1与C2电流及其电压
  
• 断续模式
  

小结

设计思路应该是：
1）首先找出断续的临界值，计算出电感
2）计算电感电流的最大最小值，设计出电感
3）根据电容脉动，把电容确定下来

3、换流与特性分析 E 二象限（双向）、四象限、交错并联

二象限DC-DC变换器（双向DC-DC）

一般带有电池或者储能的情况下，（充电宝被充电，以及充电宝给其他充电）

变换器上下桥臂的开关管采用互补驱动模式。其输出电流可逆。

四象限DC-DC变换器（双向DC-DC）

将两个对称工作的二象限组合构成四象限DC-DC变换器。其输出电压电流均可逆

• 一、二象限
  
• 三、四象限
  
  

多重多相技术

多相多重技术，也称为载波交错技术，是一项运用于减小滤波组件的大小技术。

如图一个多相Buck变换器。他等效于两套开关S、二极管D和电感L并联组合，并连接到同一个电容和负载。



上述的DC-DC变换器的一个明显的缺点就是输入和输出间是有电气连接的引出隔离型DCDC）

4、隔离型DCDC变换器

• 变压器模型
  

A 反激变换器

• 开关S 开/关
  
• 反激变换器的换流分析
  
• 电感电流
  
  
  

B 正激变换器

• 开关S
  
• 换流分析（实际电路中的电感L）
  
• 电感（Lm与L）电流（伏秒平衡）
  
  

C 双管正激、推挽、桥式

• 正激
  
  
• 推挽式
  
  化简电路：
  
  进一步优化电路：
  
  S1和S2动作：
  
  
• 全桥式
  
  

隔离型DCDC总结

5、总结

原视频链接：https://www.bilibili.com/video/BV17t4y1U7YV/?spm_id_from=333.1007.top_right_bar_window_custom_collection.content.click&vd_source=000517e2f52ac26c3dd3a8f0f47a1852