直流-直流变换器

第3章 直 流 变 换 器直流变换器，即直流-直流变换器，是将一种直流电源变换为另一种具有不同输出特性的直流电源。

直流变换是为解决系统效率，特别是大功率系统的效率而提出的解决方案。

它是一种将直流电能变换成负载所需的电压或电流可控的直流电能的电力电子装置。

它通过对电力电子器件的快速通、断控制而把恒定直流电压斩成一系列的脉冲电压，通过控制比的变化来改变这一脉冲序列的脉冲宽度，以实现输出电压平均值的调节，再经输出滤波器滤波，在被控负载上得到电压或电流可控的直流电能。

直流变换器按照电路拓扑可以分为基本的不带隔离变压器的直流变换器和带隔离变压器的直流变换器两大类。

基本的直流变换器是通过开关管，再经电容、电感等储能滤波元件将输入的直流电压变换为符合负载要求的直流电压或电流。

这种变换器适用于输入输出电压等级相差不大，且不要求电气隔离的应用场合。

基本的直流变换器有多种电路接线形式，根据其电路结构及功能分类，本章将讨论以下四种基本类型：（1）Buck 直流变换器；（2）Boost 直流变换器；（3）Buck-Boost 直流变换器；（4）Boost-Buck 直流变换器。

其中，（1）、（2）两种是直流变换器最基本的结构；（3）、（4）是前两种基本结构的组合形式。

本章将详细分析上述四种变换器的基本原理和稳态工作特性，分析过程中，为便于理解把变换器中的功率器件看作理想开关，并且对电路中电感和电容的损耗忽略不计。

此外还假定变换器的直流输入电源为理想的恒压电压源。

直流变换器输出端所带负载常用一等效电阻来表示。

而在直流电机驱动中，电机负载可表示为直流电压与绕组电阻和电感的串联等效电路。

3.1 基本直流变换器3.1.1 Buck 直流变换器Buck 变换器（又称作降压变换器）就是将直流输入电压变换成相对低的平均直流输出电压。

它的特点是输出电压比输入的电压低，但输出电流比输入电流高。

它主要用于直流稳压电源中，在这些应用场合，变换器的输出电压可根据输入电压和负载阻抗进行调节。

直流-直流(DC/DC)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。

直流-直流变换器功能模块介绍直流-直流变换器（DC-DC converter）内部一般具有PWM（脉宽调制）模块，E/A（差错放大器模块），比较器模块等几大功能模块。

直流-直流变换器工作原理其工作原理为：输出经过FB（反馈电路）接到FB pin，反馈电压VFB与设定好的比较电压Vcomp比较后，产生差错电压信号，差错电压信号输入到PWM模块，PWM根据差错电压的大小调节占空比，从而达到控制输出电压的目的，振荡器的作用是产生PWM工作频率的三角波，三角波经过斩波电压斩波后，产生方波，其方波就是控制MOSFET的导通时间从而控制输出电压的。

直流变换器调制方法开关管导通时，输出电压等于输入电压Ud；开关管断开时，输出电压等于0。

输出电压波形如上图所示，输出电压的平均值Uo为(4-1)式中Ts—开关周期D—开关占空比， 变负载端输出电压有3种调制方法：1．开关周期Ts保持不变，改变开关管导通时间ton。

也称为脉宽调制(PWM)。

2．开关管导通时间ton保持不变，改变开关周期Ts。

3. 改变开关管导通时间ton，同时也改变开关周期Ts。

方式1的PWM是最常见的调制方式，这主要是因为后2种方式改变了开关频率，而输出级滤波器是根据开关频率设计的，显然，方式1有4-2(a)是脉宽调制方式的控制原理图。

直流直流变换器设计背景与意义
直流直流变换器（DC-DC Converter）是一种将一种直流电压转换为另一种直流电压的电子器件。

它的设计背景与意义如下：
1. 电力供应：由于电网中常用的是交流电，但很多电子设备需要使用直流电供电，如计算机、手机等。

因此，需要将电网中的交流电转换为需要的直流电，这时就需要使用直流直流变换器进行转换。

2. 电能转换：在一些电力系统中，需要将电能从一个直流电源传输到另一个直流负载，如电动车、电动机等。

直流直流变换器能够实现这种电能的高效转换，提高能量转移的效率。

3. 电压匹配：不同的电子设备或电子组件需要不同的电压供电，直流直流变换器能够将一个直流电源的电压转换为所需的电压，满足不同设备的需求。

4. 节能降耗：直流直流变换器能够提高能量的传输效率，减少能量转换过程中的能量损耗。

在一些需要长时间工作的设备中，使用直流直流变换器可以显著降低耗能，延长设备的使用寿命。

5. 转换器拓扑：直流直流变换器的设计主要涉及转换器的拓扑结构选择、功率集成电路的选用、控制算法的设计等方面。

这些设计是电力电子领域的重要研究内容，对提高电力转换效率、减少成本、改善系统可靠性具有重要意义。

总之，直流直流变换器的设计背景与意义在于实现不同电压间的转换，满足电子设备、电力系统中的电能转换与供电要求，提高能量转换效率、降低能量损耗，并推动电力电子领域的研究和应用。

C-D C变换器原DC/DCConverterPrinciple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变换基本原理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电压。

压斩波电路波电路简单，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d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，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，输出波大。

图2?降压型DC-DC变换电路输出电压UR=DUd，D是占空比，值为0至1。

dcdc工作原理
DCDC工作原理是指直流-直流变换器的工作原理。

它的主要
功能是将输入直流电压转换为输出直流电压，同时保持输出电压的稳定性。

DCDC变换器由输入端、输出端、开关管和滤波电感组成。

当输入电压加到开关管时，开关管将打开并导通，将电流通过滤波电感传递到输出端。

此时能量存储在滤波电感中，电容也开始储存能量。

当开关管导通时，滤波电感的电流增加，同时输出电容的电压也随之增加。

当开关管关闭时，滤波电感中的电流不能瞬间消失，而是继续流过输出电容，维持输出电压的稳定。

同时，滤波电感和输出电容中储存的能量也开始驱动输出端的负载。

DCDC变换器通过不断地开关管的导通和关闭，实现了将输入直流电压转换为输出直流电压的过程。

通过控制开关管的开关频率和占空比，可以调节输出电压的大小。

同时，通过反馈回路，可以实现对输出电压的稳定控制。

总之，DCDC变换器通过利用开关管的导通和关闭，通过电感和电容储存和传输能量，将输入直流电压转换为输出直流电压，并通过控制开关管和反馈回路实现输出电压的稳定控制。

这种工作原理使得DCDC变换器在许多电子设备中得到广泛应用。

电力电子变换器设计与控制电力电子变换器（Power Electronic Converter）是一种能够将电源的电能通过特定的方式进行转换和调节的电子设备。

它在电力系统中起到了至关重要的作用，被广泛应用于交流传输、直流输电、激光器、电力供应等领域。

本文将主要探讨电力电子变换器的设计与控制。

一、电力电子变换器的基本原理电力电子变换器的基本原理是将输入电源的电能经过转换器的功率变换过程后，输出到负载端。

常见的电力电子变换器有直流-直流变换器（DC-DC Converter）、直流-交流变换器（DC-AC Converter）和交流-直流变换器（AC-DC Converter）等。

1. 直流-直流变换器直流-直流变换器用于将直流电源的电压或电流转换为不同的电压或电流输出。

其主要结构包括升压型变换器（Boost Converter）、降压型变换器（Buck Converter）和升降压型变换器（Buck-Boost Converter）等。

2. 直流-交流变换器直流-交流变换器是将直流电源的电能转换为交流电能输出的设备。

其中，最常见的是逆变器（Inverter），它能够将直流电源的电压或电流转变为交流电源输出。

3. 交流-直流变换器交流-直流变换器是将交流电源的电能转换为直流电能输出的设备。

其中，最常见的是整流器（Rectifier），它用于将交流电源转换为直流电源进行供电。

二、电力电子变换器的设计方法电力电子变换器的设计是根据实际需求来选择合适的拓扑结构、元器件和参数，以实现稳定可靠的电能转换和调节。

设计时需要考虑电压、电流、功率、效率、控制方式等多个因素。

1. 拓扑结构选择拓扑结构选择是电力电子变换器设计的关键。

常见的拓扑结构有单相、三相、全桥、半桥等，不同的拓扑结构适用于不同的应用场景。

2. 元器件选型元器件的选型直接影响着电力电子变换器的性能和可靠性。

在选型时需要考虑元器件的额定电流、电压、功率损耗等参数，以及其可获得性和成本。