模电及DC-DC变换的基础知识
- 格式:ppt
- 大小:444.00 KB
- 文档页数:18
dc-dc变换原理
DC-DC变换器是一种电子设备,用于将直流(DC)电压转换为另一种直流电压。
这种转换器在许多电子设备中都有广泛的应用,例如在电源适配器、电动汽车、太阳能系统和通信设备中都可以看到它们的身影。
DC-DC变换器的工作原理基于电感和电容的原理,通过精确控制开关管的导通和截止来实现输入电压到输出电压的变换。
DC-DC变换器的基本工作原理是利用电感和电容储存和释放能量,从而实现电压的升降。
当输入电压施加到变换器上时,开关管周期性地开关,这导致电感和电容中的能量储存和释放。
通过调整开关管的占空比和频率,可以实现对输出电压的精确控制。
在一个典型的升压型DC-DC变换器中,当开关管导通时,电流会通过电感和负载,从而储存能量。
当开关管截止时,电感中的储能会释放,从而提供给负载。
通过控制开关管的导通和截止时间,可以实现输出电压的精确控制。
相比于线性稳压器,DC-DC变换器具有更高的效率和更小的体积。
这使得它们在需要高效能转换和对电源体积要求严格的场合中
得到广泛应用。
总之,DC-DC变换器是一种非常重要的电子设备,它通过精确控制电感和电容的能量储存和释放,实现了输入电压到输出电压的精确变换。
在现代电子设备中,它们的应用已经变得非常普遍,为我们的生活带来了诸多便利。
文章标题:深入理解DC-DC变换电路原理及应用入门DC-DC变换电路是一种将直流电源转换为不同电压或电流输出的电子电路。
它在现代电子设备中应用广泛,包括手机、笔记本电脑、电动车和太阳能系统等。
本文将全面探讨DC-DC变换电路的原理及应用入门,以便读者更深入地理解和掌握这一重要的电子技术。
1. 什么是DC-DC变换电路?DC-DC变换电路是一种能够将直流电源转换为不同电压或电流输出的电路。
它可以实现直流电源的升压、降压、反向输出以及变换电流等功能。
在电子设备中,由于不同的电路和元件需要不同的工作电压和电流,DC-DC变换电路成为了必不可少的部分。
2. DC-DC变换电路的原理及工作方式DC-DC变换电路的原理基于电感和电容的储能特性,通过控制开关管的导通和截止,将输入电源以脉冲的形式加到电感上,再通过电容滤波获得稳定的输出电压。
根据不同的控制方式和拓扑结构,DC-DC变换电路可以分为多种类型,包括Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk等。
每种类型都有其特定的工作方式和应用场景。
3. DC-DC变换电路的应用DC-DC变换电路在电子设备中有着丰富的应用场景,比如手机充电器中常用的Boost变换器、笔记本电脑电池管理系统中的Buck变换器、以及电动车和太阳能系统中的Buck-Boost变换器等。
通过合理选择和设计DC-DC变换电路,可以实现高效能的功率转换和电源管理。
4. 个人观点及总结通过本文的讲解,相信读者已经对DC-DC变换电路的原理及应用有了一定的了解。
在今后的学习和工作中,对于电子技术方面的研究和应用,深入掌握DC-DC变换电路的知识将会大有裨益。
希望读者能在实践中不断积累经验,尝试设计和应用更加复杂和高效的DC-DC变换电路,为电子技术的发展和应用做出更大的贡献。
总结来看,文章详细解释了DC-DC变换电路的原理及应用入门,帮助读者从零开始全面理解这一重要的电子技术。
对于想要深入研究和应用DC-DC变换电路的人来说,这篇文章将是一份有价值的指南和参考。
DC-DC变换器原理DC/DC Converter Principle太阳电池输出的是直流电,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。
太阳电池输出电压取决于光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定的不同电压的直流电输出。
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-DC变换基本原理直流变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)来改变电压。
降压斩波电路直流斩波电路简单,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把输入的Ud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关断时输出电压等于0,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出电压,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电压就是(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变换基本原理方波脉冲不能算直流电源,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,向负载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,输出波纹也不大。
DC-DC_基本知识1第⼀节:概述定义DC-DC :只对直流参数进⾏变换的电路⼀般结构:直流电源DC-DC 主电路负载控制电路du ou ⼀.直流变换电路的分类1.换流过程分为:电压换流电流换流2.降压电路升压电路升降压电路或d o u u do u u >do u u <2单向限电路双向限电路四象限电路3.均为⼀个⽅向和其中之⼀改变⽅向均改变⽅向--00,I U -0U -0I --00,I U 4.单相电路:只有⼀个电路m 相电路:有m 个基本电路,采⽤时分复⽤的⽅法⼆.理想直流变换应具备的性能1.输⼊输出端的电压均为平滑直流,⽆交流谐波分量2.输出阻抗为零3.快速动态响应,抑制能⼒强4.⾼效率⼩型化三.Application3.1.Driving:电车,地铁,电动汽车,⽕车3.2.直流电机调速系统,3.3.照明,氙灯ballast3.4.switching power supply,Eg.Adapter,VRM四.Typical topologies:Buck,Boost,Buck-Boost, Cuk34第⼆节:单象限降压型电路⼀.电路T 是全控元件(GTR,GTO,MOSFET,IGBT),当时,T 导通],0[DT t ?D:续流⼆极管L0和C0组成LPF56⼆.⼯作原理当时,控制信号使得T 导通,D 截⽌,向L0充磁,向C0充电],0[DT t ?当时,T 截⽌,D 续流,U0靠C0放电和L0中电流下降维持],[T DT t ?三.假设:1.T,D 均为理想器件2.L0较⼤,使得在⼀个周期内电流连续且⽆内阻3.直流输出电压U0为恒定4.整个电路⽆功耗5.电路已达稳态四.电路各点的波形7115.输出电压纹波分析当但为有限值,,00const U C =¥?o C 0I i i C L +=电感电流电容电流负载电流I i i L C -=,0,0>>C L i I i 情况1:C 充电情况2:,0,0<212式可知七、Typical ApplicationsBuck Three PhasesInvertersAC motor交流调速系统Buck Signal PhasesInvertersHid LampilluminingsystemBuck Low v/high ILoadSwitching power supplesystem ⼆次电源Buck High V/Low ILoadSwitching power supplesystem⼀次电源17作业1,⽐较CCM和DCM⼯作时,电压增益和电流增益公式,电感上电压的差别。
DC/DC基本知识DC/DC是开关电源芯片。
开关电源,指利用电容、电感的储能的特性,通过可控开关(MOSFET等)进行高频开关的动作,将输入的电能储存在电容(感)里,当开关断开时,电能再释放给负载,提供能量。
其输出的功率或电压的能力与占空比(由开关导通时间与整个开关的周期的比值)有关。
开关电源可以用于升压和降压。
我们常用的DC-DC产品有两种。
一种为电荷泵(Charge Pump),一种为电感储能DC-DC转换器。
本文详细讲解了这两种DC/DC产品的相关知识。
目录一. 电荷泵1. 工作原理2. 倍压模式如何产生3. 电荷泵的效率4. 电荷泵的应用5. 电荷泵选用要点二. 电感式DC/DC1. 工作原理(BUCK)2. 整流二极管的选择3. 同步整流技术4. 电感器的选择5. 输入电容的选择6. 输出电容的选择7. BOOST 与BUCK的拓扑结构一. 电荷泵电荷泵为容性储能DC-DC产品,可以进行升压,也可以作为降压使用,还可以进行反压输出。
电荷泵消除了电感器和变压器所带有的磁场和电磁干扰。
1. 工作原理电荷泵是通过外部一个快速充电电容(Flying Capacitor),内部以一定的频率进行开关,对电容进行充电,并且和输入电压一起,进行升压(或者降压)转换。
最后以恒压输出。
在芯片内部有负反馈电路,以保证输出电压的稳定,如上图Vout ,经R1,R2分压得到电压V2,与基准电压VREF做比较,经过误差放大器A,来控制充电电容的充电时间和充电电压,从而达到稳定值。
电荷泵可以依据电池电压输入不断改变其输出电压。
例如,它在1.5X或1X的模式下都可以运行。
当电池的输入电压较低时,电荷泵可以产生一个相当于输入电压的1.5倍的输出电压。
而当电池的电压较高时,电荷泵则在1X模式下运行,此时负载电荷泵仅仅是将输入电压传输到负载中。
这样就在输入电压较高的时候降低了输入电流和功率损耗。
2. 倍压模式如何产生以1.5x mode为例讲解:电压转换分两个阶段完成。
最基本的斩波电路如图1所示,斩波器负载为R。
当开关S合上时,UOUT=UR=UIN,并持t1时间。
当开关切断时UOUT=UR=0,并持续莎2时间,T=t1+t2为斩波器的工作周期,斩波器的输出波形如图1(b)所示。
定义斩波器的占空比D=t1/T,t1,为斩波器导通时间,T 为通断周期。
通常斩波器的工作方式有两种:一是脉宽调制工作方式,即维持t1不变,改变T;二是脉频调制工作方式,即维持T不变,改变t1。
当占空比D从0变到1时,输出电压的平均值从零变到UIN,其等效电阻也随着D而变化。
图1 降压斩波电路原理在高频稳压开关电源的设计中,普遍采用的是脉宽调制方式。
因为频率调制方式容易产生谐波干扰,而且其滤波器设计也比较困难。
(1)降压式(Buck)DC/DC变换器如图1所示的直流变换器在使用时的输出纹波较大,为降低输出纹波,可在输出端接入电感L、电容C,如图2所示。
图中的VD1为续流二极管。
降压(Buck)式变换器的输出电压平均值UOUT总是小于输入电压UIN。
电路中通过电感的电流(iL)是否连续,取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值。
图2 降压式(Buck)变换器当电路工作频率较高时,若电感和电容量足够大并为理想元件,则电路进入稳态后,可以认为输出电压为常数。
当晶体管VT1导通时,电感中的电流呈线性上升,因而有式中,ton为晶体管导通时间;iOUT(max)为输出电流的最大值;iOUT(min)为输出电流的最小值;Δion为晶体管导通时间内的输出电流变量。
当晶体管截止时,电感中的电流不能突变,电感上的感应电动势使二极管导通,这时式中,toff为晶体管截止时间;Δioff为晶体管截止时间内的输出电流变量。
在稳态时式中,Δi为输出电流变量。
因为电感滤波保持了直流分量,消除了谐波分量,故输出电流平均值为式中,R为负载电阻。
(2)升压式(Boost)DC/DC变换器图3为升压式DC/DC变换器,它由功率晶体管VT1、储能电感L、二极管VD1及滤波电容C组成。