30kW电流模式PWM控制的DC_DC功率变换器

电流模式PWM升压DC-DC变换器斜升波发生器的设计王瑾;李攀;王进军;刘宁;张强【摘要】简要分析了峰值电流控制模式升压变换器的不稳定性及其原因,阐述了斜坡补偿的基本原理和设计问题.对基本的多谐振荡器电路进行了改进和优化设计,设计了适用于峰值电流模式PWM升压型DC-DC变换器斜坡补偿电路中的CMOS 斜升波发生器电路.该电路基于UMC BiCMOS工艺设计,经HSpice仿真验证达到了设计目标,性能有很大改善,满足了芯片的需要.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2007(030)017【总页数】4页(P167-169,176)【关键词】峰值电流控制;PWM;斜坡补偿;斜升波【作者】王瑾;李攀;王进军;刘宁;张强【作者单位】西北大学,信息科学与技术学院,陕西,西安,710127;西北大学,信息科学与技术学院,陕西,西安,710127;西北大学,信息科学与技术学院,陕西,西安,710127;西北大学,信息科学与技术学院,陕西,西安,710127;西北大学,信息科学与技术学院,陕西,西安,710127【正文语种】中文【中图分类】TN4321 引言开关电源按控制模式可分为电压模式和电流模式两大类，相对电压模式来说，电流模式具有优越的电源电压和负载调整特性，得到越来越广泛的应用。

但是电流反馈环在占空比大于50%时存在开环不稳定现象，容易受噪声影响等问题。

通过斜坡补偿技术，可以有效地解决上述问题，或使上述问题最小化。

电流模式控制又分为峰值电流控制和平均电流控制。

峰值电流模式是通过误差电压Ve来设定电感电流的峰值，并采用斜升波进行斜坡补偿，从而控制输出电压。

本文介绍了峰值电流控制中斜坡补偿的原理及其实现方法，并针对峰值电流控制模式PWM升压型DC-DC变换器，设计了斜坡补偿电路中最重要的斜升波发生器电路。

2 斜坡补偿的原理2.1 电路结构与工作原理峰值电流模式PWM升压DC-DC变换器控制电路如图1所示。

⾼频PWMDC_DC转换器的设计_应建华26卷第1期2009年1⽉微电⼦学与计算机M ICROELECTRONICS&COM PUTERVol.26No.1January2009收稿⽇期:2008-02-21⾼频PWM DC/DC转换器的设计应建华,张俊,肖靖帆(华中科技⼤学电⼦科学与技术系,湖北武汉430074)摘要:设计了⼀种基于0.6L m CM OS⼯艺的⾼频PWM升压型DC/DC转换芯⽚.采⽤恒定频率、电流模式的控制结构以提供稳定的电压.本芯⽚在XFAB公司流⽚成功,测试结果表明,芯⽚的开关频率⾼达为1.2MHz,在输⼊电压分别为3.3V、5V的情况下能稳定地分别驱动4个、6个⽩光L ED,输出电压分别为12.8V、18.6V.关键词:DC/DC转换器;电流型;脉宽调制中图分类号:T N4⽂献标识码:A⽂章编号:1000-7180(2009)1-0197-04Design of High Frequency PWM DC/DC ConverterYING Jian-hua,ZHANG Jun,XIAO Jing-fan(Department of Electro nics Science and T echnology,Huazhong U niversit y of Science and Technology,Wuhan430074,China)Abstract:A hig h frequency PWM step-up DC/DC converter w ith low power dissipation w as designed by using0.6L m CM OS process.T he chip uses a constant frequency,cur rent-mode control scheme to provide steady voltag e.T he chip taped out successfully in XFA B Company.T he testing results showed that the frequency was1.2MHz,output v oltage w as12.8V and18.6V,when driving4and6white L ED in3.3V and5V input voltag e.Key words:DC/DC converter;cur rent-mode;pulse w idth modulation(PWM)1引⾔随着⼿机、mp3、PDA等便携式消费电⼦产品的⼴泛应⽤,对供电电源提出了新的要求.为保证系统稳定、可靠地⼯作,通常采⽤DC/DC开关变换器提供⼯作电压.⽂中设计了⼀种开关频率⾼达1.2MH z、电流控制型PWM升压DC/DC开关变换器,采⽤XFAB 公司的0.6L m CM OS⼯艺流⽚成功.测试结果表明,该转换器可稳定驱动串联的4到6个⽩光LED,满⾜系统设计要求.2PWM DC/DC转换器原理分析⽂中设计采⽤⼀种恒定频率、电流模式的控制结构[1],并把功率开关管和控制电路集成到⼀起.芯⽚结构如图1所⽰.SW为开关引脚;FB为输出电压的采样反馈端;SHDN为停机引脚.芯⽚内部主要模块包括基准电压源、误差放⼤器、PWM⽐较器、振荡器、电流采样电路、RS锁存器以及驱动.图1芯⽚电路框图该芯⽚的⼯作原理:在每个振荡周期的开始时, RS锁存器被置位,导通功率管,输出电压的采样值反馈到PWM⽐较器的正向端.当采样电压超过⽐较器的负输⼊端的⽔平时,RS锁存器被复位关闭功率管.通过开关功率管占空⽐的变化,调节输出电压使其稳定.3 主要电路模块设计分析3.1 电压基准源电路在DC -DC 转换器芯⽚中,因为芯⽚的输出功率⽐较⼤,要求带隙基准源在较宽的温度范围内参考源电压波动不⼤;同时由于⼯作电源电压的范围较宽,为了保证输出电压对⼯作电源电压的不敏感性,要设计⾼电源电压抑制⽐(PSRR)的带隙基准源.⽂中设计的带隙基准源电路如图2所⽰,由启动电路、带隙核、放⼤器A 和输出级组成.图2 带隙电路图其信号结构图如图3所⽰.图3 电压基准源信号结构图其中A 1(s )是V cc 到放⼤器A 输出的传函;A 2(s)是V cc 到电压基准源输出V re f 的传函;A 3(s )是放⼤器A 的输出到电压基准源输出V ref 的传函;A 4(s)是电压基准源的输出V re f 到放⼤器A 输⼊的传函;A 5(s)是放⼤器A 的开环传函.分析可知:V ref V cc =[A 1(s)+A 2(s )A 3(S )]@A 3(S )1+A 3(s )A 4(s )A 5(s)(1)通过参数的优化可以得到在低频范围内A 2(0)约等于0,A 3(0)约等于1,A 4(0)约等于1,A 1(0)和A 5(0)的值是与放⼤器A 结构相关的.化简式(1)可得低频电压抑制⽐为PSRR (0)=V ref V cc =1+A 5(0)A 1(0)U A 5(0)A 1(0)(2)为了获得⾼电源抑制⽐,采⽤了⼀种⾃偏置有源负载运算放⼤器A,利⽤⾃偏置电流源闭环反馈改变开环电阻的特性,实现⾼开环增益.晶体管M0、M 1、M2、M 6、M7、M 8构成⾃偏置电流源,M0由n 个(W /L )的MOS 管并联组成,M 1由1个(W /L )的MOS 管组成,M2是n -1个(W /L )的MOS 管并联组成,由电路⼩信号分析可得输出电阻R out =n @r oM0.电压基准源A 5(0)和A 1(0)的表达式分别为A 5(0)=n @g mQ4@r oM0(3)A 1(0)=r oQ4/(1/g -1mM0+r o Q4)U 1(4)电压基准源的低频电压抑制⽐:PSRR (0)U ng m Q4@r oM0(5)在XFAB 公司的X C 06⼯艺下,通过优化g m Q4和r oM 0,对基准源进⾏温度特性、电压调整率和电源抑制⽐仿真,仿真曲线如图4、图5所⽰.从图中可以看到,电压基准源的温度系数是11ppm/e ;低频电压抑制⽐达到92dB .图4 电压基准源温度系数仿真曲线图5 电压基准源PSRR 仿真曲线3.2 振荡器和斜波发⽣器振荡器产⽣恒稳的、周期性时变的输出波形,作为控制功率管开关的时钟.⽂中采⽤基本的充放电振荡器电路[3],⼜称为窗⼝⽐较式振荡器[4],提供⾼达1.2MH z 的开关频率,电路结构如图6所⽰.其⼯作原理:定时电容C 在两个门限电压V A 、V B 之间来回充放电,当定时电容上的电位达到两个门限电平中的某⼀个值时,RS 触发器输出Q 发⽣翻转;然后定时电容上的电位向相反⽅向变化,当其到达另⼀个门限电平时,Q 再次翻转.如此循环,产⽣振荡.198微电⼦学与计算机2009年图6 振荡器和斜波发⽣器电路结构图斜波发⽣器利⽤电流对定时电容的充放电,在电容C 上产⽣所需的斜波信号.产⽣斜波信号的⽬的是对电路进⾏斜波补偿,防⽌在占空⽐⼤于50%的情况下出现次谐波振荡,保证系统稳定性[2].设电容充电电流为I 1,放电电流为I 2,则电容C 的充电时间t 1=V 1-V 2I 1C,电容的放电时间t 2=V 1-V 2I 2,则振荡周期C 为t =t 1+t 2=(V 1-V 2)1I 1+1I 2C (6)由于充放电电流由电压基准源的PTAT 电流产⽣,振荡周期和斜升波的斜率基本保持不变.3.3 误差放⼤器误差放⼤器的作⽤是把反馈信号V FB 与内部基准电压进⾏⽐较,把电压之差放⼤,产⽣电压环误差信号,控制PWM ⽐较器正向输⼊端的电压信号.误差放⼤器的电路如图7所⽰.图7 误差放⼤器电路图由图7可知:M1、M2、M3、M4、M 17、M0、M 8组成误差放⼤器的第⼀放⼤级;M5、M7、M 9和M 10组成误差放⼤器第⼆级放⼤器,第⼆级电路是推挽输出结构,从⽽可以增加输⼊电压跟随能⼒.NMOS 管M 11⽤于对输出电压进⾏钳位,保证了芯⽚刚上电时不会产⽣电感上电流浪涌现象.M 3和M 4构成的交叉耦合结构,引⼊了⼀个局部正反馈,提⾼了第⼀级的放⼤增益,可以计算出从M2的漏级向下看到的等效电阻为:R eq =1/(g m2-g m4)-1,当g m 2>g m4,R eq >0,等效电阻增⼤,提⾼了开环增益:A v1=gm17/(g m2-g m4).第⼆级为推挽输出结构,可计算其增益为A v2=g m7(r 07+r o10).所以整个误差放⼤器的开环增益为A v =A v1A v2=g m17g m 7(r o7+r o10)/(g m2-g m4)(7)输出级的电阻R 1和电容C 1组成系统的补偿⽹络,⽤于保证系统环路的稳定性,其产⽣了极点和零点如下:s p1=1/2P (r o7+r o10)C 1s z1=1/2P R 1C 1其中产⽣的零点s z1⽤于补偿DC -DC 转换器输出负载电阻和滤波电容形成的极点;极点s p1⽤于对开关噪声进⾏衰减[1].误差放⼤器的频率特性的仿真曲线如图8所⽰.图8 误差放⼤器频率特性仿真曲线图8是误差放⼤器的频率特性曲线,由图可见:误差放⼤器的低频增益是48dB,⾸先经历⼀个低频极点,然后出现⼀个低频零点,零点对极点进⾏相位补偿,从⽽保证了DC -DC 转换器电路在单位增益带宽内等效只有⼀个主极点,使整个环路系统稳定.3.4 功率管由于功率管是整个驱动电路的核⼼器件,因此对于功率管的版图设计直接影响到了电路的整体性能.⽂中采⽤了蛇形栅结构的功率管,蛇形栅的结构优点是:(1)结构紧凑,等效宽度⼤,占⽤⾯积⼩;(2)由于多晶硅栅在拐弯处使⽤了135度的⾛向,有效避免了90度情况下局部雪崩击穿现象的发⽣;(3)源漏⾦属接触孔呈对⾓线分布,这使得MOS 器件的击穿特性,尤其是ESD 性能得到了提⾼.4 测试结果本电路已通过流⽚验证,对芯⽚在输⼊电压为199第1期应建华,等:⾼频PWM DC/DC 转换器的设计3.3V,驱动4个LED 和输⼊电压为5V,驱动6个LED 的情况下进⾏了测试,⽤Tektronix 公司的T DS2024B 数字存储⽰波器读取了输出电压波形和SW 开关电压波形,如图9、图10所⽰.图9 V in =3.3V,驱动4个LED图10 V in =5V ,驱动6个LED从图9、图10可以看出,芯⽚的开关频率在1.2MH z 左右,输出电压稳定.在3.3V 的输⼊电压、20~50e 的环境温度下对输出电压和开关频率的温度特性做了测试,并利⽤matlab 对测试数据进⾏了曲线拟合,如图11、图12所⽰.图11 输出电压温度特性图12 开关频率温度特性测试结果表明,当温度从21e 变化到50e 时,输出电压从12.662V 下降到12.436V,开关频率从1.211MH z 上升到1.289MH z.5 结束语⽂中设计了⼀种开关频率为1.2MHz 的DC/DC 转换器,采⽤恒定频率、电流模式的控制结构以提供稳定的电压.最终的测试结果表明,该芯⽚在输⼊电压分别为3.3V 、5V 的情况下能稳定地驱动4个、6个⽩光LED,开关频率在1.2MH z 左右,输出电压分别为12.7V 、18.6V,达到系统设计要求.参考⽂献:[1]Cheung Fai Lee,Philip K T M ok.A monolithic current-mode CM OS DC-DC converter wit h o n-chip cur rent -sensing technique[J].IEEE Journal of Solid-State Cir -cuits,2004,39(1):3-14.[2]韦枫,吴⾦.基于斜波补偿的电流模式PW M DC-DC 系统稳定性分析[J].电⼦器件,2003,26(4):461-463.[3]陈光明,曹家麟,汪西川.峰值电流控制模式BOO ST DC-DC 变换器的斜波发⽣器的设计[J].上海⼤学学报,2004,10(4):357-361.[4]张科峰,林映嫣,张兢,等.具有外同步功能的窗⼝⽐较式CM OS 振荡器的设计[J].微电⼦学与计算机,2007,24(12):183-186.(下转第204页)图1局域世界较⼩的度分布⽐较图图2局域世界稍⼤的度分布⽐较图图3 局域世界不同的度分布⽐较图5 结束语⽂中在BA ⽆标度⽹络模型的基础上分析了该模型的动⼒学机制,为了更接近实际⽹络⽽对新加⼊节点的择优范围作了⼀点修改,提出了⼀个局域世界线性增长的⽹络模型,通过⽤连续介质⽅法对新模型度分布的计算和计算机模拟,得出:随着时间的不断演化,局域世界线性增长的⽹络最终将演化成度分布遵循幂律分布的⽆标度⽹络,幂律指数C =3.这对在现实世界的许多合作⽹络中如何按照不同合作⽹络的动态演化机制,建⽴具体的演化⽹络模型,识别并捕捉影响⽹络拓扑结构形成的主要因素,从⽽加深对⽹络拓扑结构及其动态变化的认识,是⼗分有参考意义的.参考⽂献:[1]张磊,姜弘道.基于校园⽹络的计算[J].微电⼦学与计算机,2007,24(9):1-3.[2]王剑,廖振松.⼀种改进的⽹格作业管理实现能[J].微电⼦学与计算机,2007,24(11):1-2.[3]Barab si A L,Alber t R.Emer gence of scaling in randomnetworks[J].Science,1999,286(5439):509-512.[4]A lbert R,Barab si A L.Statistical mechanics of complexnetworks[J].Reviews of M odern Physics,2002(74):47-97.[5]L i X,Chen G.A local w orld evolving networ k model[J].Physica A ,2003(328):274-286.[6]N ew man M E J.T he structure and function of complexnetworks[J].SIAM Review ,2003(45):167-256.[7]李守伟,钱省三.⽆标度⽹络的指数增长与动态局域世界[J].复杂系统与复杂性科学,2005(1):1-3.[8]郭进利.有向复杂⽹络的Poisson 模型[J].上海理⼯⼤学学报,2006(3):2-3.[9]刘美玲,王仲君.择优选择节点构成的复杂⽹络模型研究[J].系统⼯程与电⼦技术,2006(4):2-3.[10]Deng K E,T ang Y.G rowing netwo rks based on themechanism of addition and deletion[J].Chin.phys.L ett.,2004(21):1858-1860.[11]Bianconi G ,Barabasi A L.Bose -Einstein condensationin complex netw orks[J].Phys.Rev.L ett.,2001(86):5632-5635.作者简介:刘浩⼴男,(1975-),硕⼠研究⽣.研究⽅向为复杂⽹络.蔡绍洪男,(1958-),教授,博⼠⽣导师.研究⽅向为介观量⼦涨落、⾮线性物理、复杂性理论、⾃组织理论.(上接第200页)作者简介:应建华男,(1954-),硕⼠,副教授.研究⽅向为数模混合集成电路.张俊男,(1981-),硕⼠研究⽣.研究⽅向为数模混合集成电路.肖靖帆男,(1983-),硕⼠研究⽣.研究⽅向为数模混合集成电路.。

一种双向DC-DC变换器的设计与实现马晓慧【摘要】本设计采用芯片BQ24610控制DC-DC降压及充电控制模块,芯片TPS55340控制升压模块,升压和降压模块共同构成了双向变换器.降压及充电控制模块构成效率达到95.5％,本设计产品可以在22 V～ 30 V输入电压下为18650锂电池组提供1A～2A充电电流.并且在输入电压波动时能稳定输出充电电流,其电流变化率仅为1.08％,通过采用BQ24610电源管理芯片,能耗控制效果十分明显,转换效率高达90％以上.【期刊名称】《山西电子技术》【年(卷),期】2016(000)004【总页数】3页(P49-51)【关键词】双向DC/DC变换器;充电控制模块;升压模块;降压模块【作者】马晓慧【作者单位】山西大学商务学院,山西太原030006【正文语种】中文【中图分类】TM46本文采用固定设定芯片设计并实现双向DC-DC变换器[1-3]，能够控制输出电压，实现电池的充放电功能。

使用芯片BQ24610控制DC-DC降压及充电控制模块，芯片TPS55340控制升压模块。

升压和降压模块共同构成了双向变换器，其中降压模块给电池充电时是一个方向，电池通过升压后给负载供电是另一个方向，构成DC-DC双向变换器。

1.1 DC-DC降压及充电控制模块的分析1.1.1 BQ24610芯片介绍BQ24610是TI公司产品，是一种充电管理芯片，较传统控制器，散热少、效率高，可对5 V～28 V之间的锂电池进行充电管理，具有以下特点：1) 可高适配器功率：在充电过程中可持续为系统供电。

2) 可使设计更加灵活：集成型独立解决方案可使设计者对产品更加灵活的设计，简化整体解决方案，使其更加广泛的应用于便携式设备。

3) 利于延长电池寿命：充电电流和充电电压的准确度非常接近，趋近百分之百，利于延长电池的使用寿命[4]。

1.1.2 DC-DC降压原理分析该降压电路采用电闸不停充放电，控制电感来控制电源平衡。

PWM型DCDC开关变换器研究综述PWM型DC-DC开关变换器通过开关元件的不断开启和关闭实现电能的转换，使得输入电压或电流在输出端产生与输入端不同的电压或电流。

PWM型DC-DC开关变换器的工作原理是利用开关元件将直流电源的电能转换为脉冲形式的电能，然后通过滤波电容和电感等元件进行滤波，最终获得稳定的输出电压或电流。

1.基本拓扑结构：PWM型DC-DC开关变换器有多种不同的拓扑结构，包括升压、降压、升降压和反激等。

研究人员通过对各种拓扑结构的比较与分析，选择最适合特定应用场景的拓扑结构。

2.控制策略：PWM型DC-DC开关变换器的控制策略是保证输出电压或电流稳定的关键。

常见的控制策略包括电流环控制、电压环控制、电压-电流双环控制等。

研究人员通过优化控制策略，提高开关变换器的性能指标，如响应时间、稳态误差和抗干扰能力等。

3.开关元件选型：开关元件的选型对PWM型DC-DC开关变换器的性能具有重要影响。

研究人员通过研究不同类型的开关元件（如MOSFET、IGBT等）的特性和参数，选择最适合特定应用场景的开关元件，并提出相关的控制策略和保护机制。

PWM型DC-DC开关变换器在各个领域中都有广泛的应用。

例如，PWM 型DC-DC开关变换器被应用于电动汽车以提供适宜的电源电压和电流；在太阳能光伏电池系统中，PWM型DC-DC开关变换器被用来调节光伏阵列的输出电压与负载匹配；此外，PWM型DC-DC开关变换器还被用于电力供应系统、通信设备、工业自动化等领域。

综上所述，PWM型DC-DC开关变换器是一种重要的电力转换设备，在不同领域中有广泛的应用。

对PWM型DC-DC开关变换器的研究包括基本拓扑结构、控制策略、开关元件选型和功率损耗分析等方面，通过优化这些关键技术，可以提高开关变换器的性能指标，满足各种应用需求。

dcdc转换器原理DC-DC转换器是一种将一种直流电压转换成另一种直流电压的电子装置。

它通常由一个开关电路和一个储能电感组成，可以将高电压的直流电转化为低电压的直流电，也可以将低电压的直流电转化为高电压的直流电，具有普遍的应用。

下面，我们将从DC-DC转换器的原理出发来讲述它的工作原理和具体的实现过程。

1. PWM控制DC-DC转换器是通过PWM控制来实现的。

PWM控制是指记录一个给定周期内的占空比，然后依据这个占空比来控制输出电压的平均值。

2. 基本电路DC-DC转换器基本电路图由开关、储能电感、输出滤波电容等器件组成。

而在使用中，开关也就成了MOS管。

3. 工作方式DC-DC转换器根据开关的切换频率，分为脉冲模式和连续模式。

a. 脉冲模式在脉冲模式下，当MOS管开启时，电感中的电流逐渐增加，储能到电感中。

当MOS管关闭时，这个电流将绕过回路，去激励输出负载。

b. 连续模式当MOS管开启时间足够长时，电流是连续的。

如果调整开启时间短，就达到了脉冲模式。

在连续模式下，开关频率越高，输出电压的纹波越小。

4. 输出电压输出电压的大小，与开关时的时间和一定电感与负载的比例有关。

我们可以通过精确定义PWM信号来控制输出电压的稳定性。

5. 应用DC-DC转换器是用来处理不同电压方案的一种有效方法。

在很多应用中，例如车载电子、手机、笔记本，都有DC-DC转换器的应用。

总之，DC-DC转换器通过控制开关来实现电压升降的目的，直接作用对象是输入和输出电压，为其他电器和代替传统的线性稳压技术提供了先进的电源解决方案。

移相+PWM控制双Boost半桥双向DC-DC变换器软开关过程的分析肖旭;张方华;郑愫【摘要】移相+PWM控制结合了移相控制和PWM控制的优点,可以减小变换器的电流应力和通态损耗,减小环流能量,提高变换器传输功率的能力,扩宽开关管零电压关断(ZVS)的范围.本文以移相+PWM控制双Boost半桥双向DC-DC变换器为研究对象,给出了变换器在各种工作模式下开关过程的等效电路模型,以及漏电感电流和结电容电压的表达式.分析了各开关管ZVS开通的条件,以及影响各开关管实现ZVS的非理想因素.最后给出了在特定功率软开关条件下的参数设计方法,通过仿真和实验证明了理论分析与参数设计方法的正确性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2015(030)016【总页数】10页(P17-25,55)【关键词】相移+PWM;双向DC-DC;双Boost半桥;ZVS【作者】肖旭;张方华;郑愫【作者单位】南京航空航天大学江苏省新能源发电与电能变换重点实验室南京210016;南京航空航天大学江苏省新能源发电与电能变换重点实验室南京 210016;南京航空航天大学江苏省新能源发电与电能变换重点实验室南京 210016【正文语种】中文【中图分类】TM4610 引言双向DC-DC变换器具有可以实现能量的双向传输、功率密度高等优点，在UPS、航空航天电源系统和电动汽车等场合具有很大的应用潜力[1-11]。

移相控制双向 DC-DC变换器具有易于实现软开关、变换效率高、功率密度高和动态响应快等优点，得到了广泛关注[1,6]。

由于移相控制主要是利用变压器的漏感传递能量，当输入、输出电压不匹配时变换器的电流应力和通态损耗会大大增加，同时增大了环流能量，还会影响软开关的实现，不利于变换器效率的提升[1,6-11]。

因此文献[7]提出一种移相+PWM控制方式的双向DC-DC变换器，引入PWM控制，相当于在电路中加入一个电子变压器，使得变压器一次、二次电压匹配，从而减小了变换器的电流应力，减小了通态损耗和环流能量，提高了变换器传输能量的能力，拓宽了零电压开关的范围。

PWM DC-DC 功率变换器的两种工作模式普高（杭州）科技开发有限公式 张兴柱 博士任何一个PWM DC-DC 功率变换器，当输入或者负载发生变化时，其在一个开关周期内的工作间隔数量也会发生变化。

为了容易理解，先以电流负载下的Buck 变换器为例子，来说明这种变化。

oL在负载电流比较大时，该变换器的一个开关周期内，只有两种工作间隔，即有源开关AS 导通、无源开关PS 截止的s DT 间隔，和有源开关AS 截止，无源开关PS 导通的s T D ′间隔。

这种工作模式下，电感上的电流始终大于零，称为电感电流连续导电模式，简称为CCM 模式。

由于电容C 上满足安秒平衡定律，也即其在一个开关周期内的平均电流为零，所以电感电流在一个开关周期内的平均值必等于负载电流。

当负载电流变小时，电感电流在一个开关周期内的平均值也必然变小，当变小到上图中红色波形的负载电流时，如果再继续变小负载电流的话，电感电流在有源开关AS 截止的间隔内，将减小到零。

当无源开关采用二极管时，由于二极管的单向导电特性，一旦流过二极管的电流（在本例子中，即为电感电流）降为零时，二极管就会自动关断而截止，因此在这个负载之下的负载，变换器在一个开关周期内，会增加一个工作间隔，即s T D ′′间隔，这个间隔中的有源开关和无源开关均截止，这样的工作模式被称为电感电流不连续导电模式，简称DCM 模式。

其电感电流的波形中，有一段时间的电流为零，如下图所示。

L任何PWM DC-DC 功率变换器，只要其无源开关采用二极管，那么在它的稳态工作点范围内，通常均有存在两种不同工作模式工作点的可能。

这两种工作模式的转换之处，一般称作CCM/DCM 的边界，如上例中红色电感电流波形所对应的负载，即为CCM/DCM 的边界负载，在这个负载之上的负载，变换器工作于CCM ；在这个负载之下的负载，变换器工作于DCM 。

选择DC-DC功率变换器的工作模式，对于设计出一个性价比最优的开关电源是非常重要的。

采用PWM技术控制的DC／DC变换器开关型DC／DC 变换器有两种工作方式：一种是保持开关工作周期工不变，控制开关导通时间莎。

n 的脉冲宽度调制（PWM）方式；另一种是保持导通时间ton 不变，改变开关工作周期几的脉冲频率调制（PFM）方式。

脉冲宽度调制（PWM）DC／DC 变换器就是通过控制开关管重复通／断的工作方式把一种直流电压（电流）变换为高频方波电压（电流），再经过整流平波后变为另一种直流电压（电流）输出。

PWM DC／DC 变换器由功率开关管、整流二极管、滤波电路和PWM 控制电路等组成。

其输入、输出间需要进行电气隔离时，可采用变压器进行隔离和升、降压。

PWM DC／DC 变换器的工作原理如图1 所示。

由于开关工作频率的提高，滤波电感L、变压器T 等磁性元件及滤波电容C 等都可以小型化。

图1 PWM DC／DC 变换器的基本工作原理图2 变换器开关工作的波形PWM DC／DC 变换器的开关频率一般为恒定，控制取样信号有：输出电压、输入电压、输出电流、输出电感电压、开关器件峰值电流。

由这些信号可以构成单环、双环或多环反馈系统，以实现稳压、稳流及恒定功率的目的，同时可以实现一些附带的过流保护、抗偏磁、均流等功能。

一般来讲，正激型高频开关稳压电源主电路可用如图3 所示的降压斩波器简化表示，UG 表示控制电路的PWM 输出驱动信号。

根据选用的PWM 反馈控制模式的不同，电路中的输入电压UIN、输出电压UOUT、开关器件电流（由b 点引出）、电感电流（由c 点引出或d 点引出）均可作为取样控制信号。

输出电压UOUT 在作为控制取样信号时，通常经过如图4 所示的电路进行处理，。

华　伟　1965年生,1990年获北京工业大学功率半导体器件专业工学硕士学位,副教授,从事新型电力电子器件应用及开关功率变换器的教学和科研工作。

设计与研究 30k W 电流模式PWM 控制的DC DC 功率变换器北方交通大学(北京100044) 华　伟摘　要:新型30k W 电流模式P WM 控制的功率变换器采用N PT -IGBT 器件,无需串联隔直防偏磁电容,使用有源斜坡补偿技术,效率达到90%,具有极好的动态响应、过流保护及模块均流并联性能,是一种具有极大功率扩容(可达到100k W )潜力并易于工程化实现的IGBT 功率变换器。

关键词:电流模式　IGBT 全桥拓扑　开关模式整流器　变换器收修改稿日期:199920321530k W curren t m ode P WM con trolled DC DC power converterN o rthern J iao tong U n iversity (B eijing 100044) Hua W e iAbstract :P resen ted in the paper is a novel 30k W cu rren t mode P WM con tro lled pow er converter .T he converter ,of w h ich the efficiency reaches 90%,app lies N PT -IGBT device and an active slope compen sati on techno logy w ith no need to series connect a DC b lock ing and b ias 2p roof capacito r .It featu res excellen t dynam ic respon se ,over 2cu rren t p ro tecti on ,parallel modu le cu rren t equalizati on ,very h igh pow er expan si on po ten tial (as h igh as 100k W )as w ell as easy engineering realizati on .Key words :cu rren t mode ,IGBT ,fu ll 2b ridge topo logy ,S M R ,converter . 近年来,随着新型电力电子器件的飞速发展,10k W 以上的直流功率变换器已从SCR 的低频相控整流器方式发展为IGB T 的高频DC DC 开关功率变换器方式。

dc-dc变换器DC-DC变换器概述DC-DC变换器是一种用于将直流电压转换为不同电压级别的电子设备。

它们在各种应用中被广泛使用，例如电力电子系统、通信设备、汽车电子和工业控制等领域。

DC-DC变换器的主要功能是将输入电压转换为所需的输出电压，并为负载提供恒定的电源。

工作原理DC-DC变换器的工作原理基于电感和电容的特性。

它通常由开关器件（如晶体管或MOSFET）、电感、电容和控制电路组成。

当开关器件关闭时，电感储存了电能，并将其传输到输出电路。

当开关器件打开时，电容通过输出电路释放储存的电能，从而为负载提供所需的电源。

类型DC-DC变换器有多种类型，根据其拓扑结构可以分为多种类型，包括升压变换器、降压变换器、升降压变换器和隔离型变换器等。

每种类型都有其适用的应用场景。

升压变换器升压变换器将输入电压转换为更高的输出电压。

它通常用于需要提供高电压的应用，例如太阳能和风能系统。

降压变换器降压变换器将输入电压转换为更低的输出电压。

它通常用于需要提供低电压的应用，如便携式电子设备和电动车辆。

升降压变换器升降压变换器可以在输入和输出之间进行电压转换。

它具有较强的适应性，适用于输入输出电压波动较大的应用，如太阳能系统。

隔离型变换器隔离型变换器通过磁耦合实现输入和输出之间的电气隔离。

它主要用于需要提供电气隔离的敏感应用，如医疗设备和工业控制系统。

效能和特性DC-DC变换器的效能和特性对于其性能至关重要。

以下是一些常见的效能和特性指标：1. 效率：变换器的效率是指输出功率与输入功率之比。

高效的变换器可以提高系统的能量利用率。

2. 转换速度：变换器的转换速度是指输出电压从一个电平转换到另一个电平所需的时间。

快速的转换速度可以减少能量损耗和电压波动。

3. 稳定性：变换器的稳定性是指在输入电压和负载变化时，输出电压的稳定性。

稳定的输出电压可以保证负载的正常运行。

4. 输入和输出电压范围：变换器应具有足够的输入和输出电压范围以适应各种应用场景。