DC-DC变换(开关电源)

DC-DC输出可调开关电源摘要本系统为DC-DC升降压变换器，由CPU最小系统模块、供电模块、升压模块、降压模块、液晶显示模块和辅助电路六部分组成。

选用SMT32F103作为主控制器，采用降压芯片LM2596-ADJ作为实现降压，将AD采集的输出电压和电流与预设值比较，然后通过DA调节输出电压电流，对于降压模式的下恒流或恒压工作状态也可通过按键进行切换，同时调节按键可实现输出电压或电流大小的变换；升压模块采用了LM2577-ADJ，手动滑动变阻器的阻值可调节输出电压；加入液晶显示系统工作模式和输出电压、电流；对于升降压的切换也可通过按键切换；供电电源提供了3.3V和12V，分别为CPU、液晶和运放偏置供电；辅助电路方便开发者的调试。

最终系统能够在手动切换工作模式的情况下输出预设的电压和电流，并显示出来。

关键词：DC-DC 升降压可调abstractThe system for the DC-DC buck converter, the minimum system CPU module, power supply module, boost module, step-down module, LCD display module and the auxiliary circuit six parts. SMT32F103 chosen as the main controller, buck chip LM2596-ADJ as enabling buck, the AD acquisition of output voltage and current compared with the preset value, then adjust the output voltage and current through the DA, the constant current mode buck or constant work status can also be switched through the button while adjusting key enables the size of the output voltage or current transformation; step-up module uses the LM2577-ADJ, manual sliding rheostat resistance adjustable output voltage; added liquid crystal display system working mode and the output voltage and current; the buck switch can also be switched by key; providing a 3.3V power supply and 12V, respectively, CPU, LCD bias supply and the op amp; facilitate the development of the secondary circuit debugging. Final system can output a preset voltage and current in the case of manual operating mode switch, and displayed.Key words：DC-DC Boosted、Reduce voltage Adjustable目录第一章绪论 (1)1.1 开关电源概述 (1)1.2 开关电源与线性电源比较 (1)1.3 开关电源发展趋势与应用 (1)第二章系统功能介绍 (2)第三章系统方案选取与框图 (3)3.1 系统整体框图 (3)3.2 系统方案选取 (3)第四章硬件电路设计 (6)4.1 主控制器 (6)4.2 供电模块 (7)4.3 降压模块电路设计 (8)4.4 升压模块电路设计 (10)4.5 液晶显示电路 (13)五硬件开发环境 (14)5.1 Altium Designer 09 (14)5.2 电源设计软件SwitchPro (14)5.3 电路板雕刻机LPKF ProtoMat E33 (15)675.4 电镀机LPKF MiniLPS (17)5.5 SMD精密无铅回焊炉ZB-2518H (17)第六章软件设计框图 (20)第七章系统调试 (21)参考文献 (22)总结致谢 (23)附录 (24)第一章绪论1.1 开关电源概述我们身边使用的任何一款电子设备都离不开它可靠的电源，计算机电源全面实现开关电源化于80年代，并率先完成计算机的电源更新换代，进入90年代，开关电源开始进入各种电子、电气设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已大面积使用了开关电源，更加促进了开关电源技术的迅猛发展。

一文读懂开关电源（DC/DC）的原理介绍DC/DC电源指的是直流转直流的电路，有升压降压两种电路，按理来说，LDO也是DCDC电源，但行业内只认为以开关形式实现的电源为DC/DC电源。

一、DC/DC基本拓扑一个功率变换器，当输入、负载和控制均为固定值时的工作状态，在开关电源中，被称为稳态。

稳态下，功率变换器中的电感满足电感电压伏秒平衡定律：对于已工作在稳态的DC/DC功率变换器，有源开关导通时加在功率电感上的正向伏秒一定等于有源开关截至时加在该电感上的反向伏秒。

1、BUCK降压型当PWM驱动高电平使得NMOS管S1导通，忽略MOS管的导通压降，电感电流呈线性上升，此时电感正向伏秒为：VxTon=（Vin-V o）xTon当PWM驱动低电平使得NMOS管S1截至时，电感电流不能突变，经过续流二极管形成回路（忽略二极管压降），给输出负载供电，此时电感电流下降，此时电感反向伏秒为：VxToff=V ox（Ts-Ton）根据电感电压伏秒平衡定律可得：（Vin-V o）xTon=V ox（Ts-Ton）即V o=DxVin （D为占空比）2、BOOST升压型和BUCK电路类似的分析方法，当MOS管导通时，电感的正向伏秒为：VinxTon；当MOS管截至时，电感的反向伏秒为：（V o- Vin）x（Ts-Ton）根据电感电压伏秒平衡定律可得：VinxTon=（V o- Vin）x（Ts-Ton）即V o=Vin/（1-D）3、同步整流技术由于二极管导通时至少存在0.3V的压降，因此续流二极管D 所消耗的功率将会称为DC/DC电源主要功耗，从而严重限制了效率的提高。

为解决该问题，以导通电阻极小的MOS管取代续流二极管。

然后通过控制器同时控制开关管和同步整流管，要保证两个MOS管不能同时导通，负责将会发生短路。

二、DC/DC电源调制方式DC/DC电源属于斩波类型，即按照一定的调制方式，不断地导通和关断高速开关，通过控制开关通断的占空比，可以实现直流电源电平的转换。

dcdc电容计算DC-DC变换器是电子设备中常用的一种开关电源，用于将一个直流电压转换为另一个直流电压。

在设计DC-DC变换器的过程中，电容的选取是非常关键的一步。

本文将介绍如何计算DC-DC变换器中所需的电容值。

首先，我们需要确定DC-DC变换器的输入电压、输出电压和负载电流。

这些参数决定了电容的选择范围。

其次，我们需要确定所需的纹波电流和纹波电压。

纹波电流是指在负载中通过电容时产生的电流脉动，而纹波电压是指在负载中通过电容时产生的电压脉动。

这两个参数也是电容选择的关键考虑因素。

计算电容的方法可以采用以下步骤：1. 计算纹波电流：纹波电流可以通过以下公式进行计算：ΔI = (V_out × I_load) / (2 × f × ΔV)其中，ΔI是纹波电流，V_out是输出电压，I_load是负载电流，f是开关频率，ΔV是输出电压的允许纹波。

2. 计算纹波电压：纹波电压可以通过以下公式进行计算：ΔV = (V_out × (1 - D)) / (2 × f × C)其中，ΔV是纹波电压，V_out是输出电压，D是占空比，f是开关频率，C是电容。

3. 计算所需的电容值：选择合适的电容值需要考虑电容的额定电压和ESR（等效串联电阻）。

电容的额定电压应大于输入电压和输出电压的最大值。

ESR的选择要保证能够满足纹波电流的要求。

以上就是计算DC-DC变换器所需电容值的步骤。

需要注意的是，计算结果只是初步估计，实际选择电容时还需要考虑实际工作环境和可靠性要求。

在实际应用中，还可以通过仿真软件进行更精确的电容值计算。

这些软件能够模拟DC-DC变换器的工作过程，并提供详细的参数分析结果。

总结起来，计算DC-DC变换器电容值的关键步骤包括确定输入电压、输出电压和负载电流，计算纹波电流和纹波电压，选择合适的电容额定电压和ESR。

在这个过程中，需要充分考虑电容的性能要求，以确保DC-DC变换器的稳定工作。

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。

DC—DC升压开关变换器设计本设计设计了相应的硬件电路，研制了一款小功率开关电源。

整个系统包括主电路、控制电路、驱动电路、保护电路和反馈电路几部分内容。

系统主电路由Boost升压斩波电路和相应的滤波保护电路组成。

控制电路包括主电路开关管控制脉冲的产生和保护电路。

论文具体地介绍了主电路、控制电路、驱动电路等各部分的设计过程，包括元器件的选取以及参数计算。

本设计中采用的芯片主要是PWM控制芯片SG3525、光电耦合芯片PC817和半桥驱动芯片IR2110。

设计过程中充分利用了SG3525的控制性能，具有较宽的可调工作频率，死区时间可调，具有输入欠电压锁定功能和双路输出电流。

标签：SG3525，开关稳压电源，PWM，升压斩波1绪论近年来，随着电力电子学的高速发展，电力供给系统也得到了很大的发展。

同时，人们对电源的要求也越来越高。

在高效率、大容量、小体积之后，对电源系统的输入功率因数和软开关技术也提出了更高的要求。

电源是给电子设备提供所需要的能量的设备，这就决定了电源在电子设备中的重要性。

电子设备要获得好的工作可靠性必须有高质量的电源，所以电子设备对电源的要求日趋增高。

相对于线性稳压电源来说，开关稳压电源的优点更能满足现代电子设备的要求。

但是，由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新，实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术，并大幅提高了开关电源的工作效率，近年来国内外的专家学者提出了众多的电路拓扑，使得软开关技术成为电力电子技术研究的热点。

因此对于现代的开关电源功率交换技术的发展趋势，可以概括为：高频化、高效率、无污染和模块化。

2开关电源概况2.1开关电源基本拓扑结构开关变换器是电能变换的核心装置。

按转换电能的种类，可把变换器分为四类：①直流变换器（DC-DC），将一种直流电能转换为另一种或多种直流电能的变换器，是直流开关电源的主要部件；②逆变器（DC-AC），将直流电能变为交流电能的电能变换器，是交流开关电源和不间断电源UPS的主要部件；③整流器（AC-DC），将交流电转为直流电的电能变换器；④交交变频器（AC-AC），将一种频率的交流电转换成另一种频率可变的交流电，或者将一种频率可变的交流电转变为恒定频率的交流电的电能变换器。

一、元器件的选择1.DC-DC电源变换器的三个元器件1)开关：无论哪一种DC/DC变换器主回路使用的元件只是电子开关、电感、电容。

电子开关只有快速地开通、快速地关断这两种状态。

只有快速状态转换引起的损耗才小，目前使用的电子开关多是双极型晶体管、功率场效应管，逐步普及的有IGBT管，还有各种特性较好的新式的大功率开关元件。

2)电感：电感是开关电源中常用的元件，由于它的电流，电压相位不同，因此理论损耗为零。

电感常为储能元件，也常与电容公用在输入滤波器和输出滤波器上，用于平滑电流，也称它为扼流圈。

其特点是流过它上的电流有“很大的惯性”.换句话说，由于“磁通连续性”,电感上的电流必须是连续的，否则将会产生很大的电压尖峰波。

电感为磁性元件，自然有磁饱和的问题，多数情况下，电感工作在线性区，此时电感值为一常数，不随端电压与流过的电流而变化。

但是，在开关电源中有一个不可忽视的问题，就是电感的绕线所引起的两个分布参数(或称寄生参数)的现象。

其一是绕线电阻，这是不可避免的;其二是分布式杂散电容，随绕线工艺、材料而定。

杂散电容在低频时影响不大，随频率提高而渐显出来，到一频率以上时，电感也许变成电容的特性了。

如果将杂散电容集成为一个，则从电感的等效电路可看出在一角频率后的电容性。

3)电容：电容是开关电源中常用的元件，它与电感一样也是储存电能和传递电能的元件。

但对频率的特性却刚好相反。

应用上，主要是“吸收”纹波，具平滑电压波形的作用。

实际上的电容并不是理想的元件。

电容器由于有介质、接点与引线，形成一个等效串联内电阻ESR.这种等效串联内电阻在开关电源中小信号控制上，以及输出纹波抑制的设计上，起着不可忽视的作用。

另外电容等效电路上有一个串联的电感，它在分析电路器滤波效果时非常重要。

有时加大电容值并不能使电压波形平直，就是因为这个串联寄生电感起着副作用。

电容的串联电阻与接点和引出线有关，也与电解液有关。

常见铝电解电容的成分为AL2O3,导电率比空气的大七倍，为了能提高电容量，把铝箔表面做成有规律的凸凹不平状，使氧化膜表面积加大，加入的电解液可在凸凹面上流动。

dcdc电路：
DC-DC是英语直流变直流
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升压变换器：将低电压变换为高电压的电路。

降压升压等功能同时存在。

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DC-DC变换器的基本电路
励
磁，电感增加的磁通为：
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（Vi-Vo）*Ton。

空比D<1，所以Vi>Vo，实
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现降压功能。

升压变换器原理图如图2所
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示，当开关闭合时，输入电压加在电感上，此时电感由
当开关闭合与开关断开的状
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态达到平衡时，（Vi）*Ton=（Vo- Vi）*Toff，由于占空
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2 升压变换器原理图
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升降压变换器、入出极性相反原理如图3, 当开关闭合
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*Toff，根据Ton比Toff值不同，可能Vi< Vo，也可能
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DC-DC直流变换器第⼀章绪论本章介绍了双向DC/DC变换器（Bi-directional DC/DC Converter，BDC)的基本原理概述、研究背景和应⽤前景，并指出了⽬前双向直流变换器在应⽤中遇到的主要问题。

1.1 双向DC/DC变换器概述所谓双向DC/DC变换器就是在保持输⼊、输出电压极性不变的情况下，根据具体需要改变电流的⽅向，实现双象限运⾏的双向直流/直流变换器。

相⽐于我们所熟悉的单向DC/DC 变换器实现了能量的双向传输。

实际上，要实现能量的双向传输，也可以通过将两台单向DC/DC变换器反并联连接，由于单向变换器主功率传输通路上⼀般都需要⼆极管，因此单个变换器能量的流通⽅向仍是单向的，且这样的连接⽅式会使系统体积和重量庞⼤，效率低下，且成本⾼。

所以，最好的⽅式就是通过⼀台变换器来实现能量的双向流动，BDC就是通过将单向开关和⼆极管改为双向开关，再加上合理的控制来实现能量的双向流动。

1.2 双向直流变换器的研究背景在20世纪80年代初期，由于⼈造卫星太阳能电源系统的体积和重量很⼤，美国学者提出了⽤双向Buck/Boost直流变换器来代替原有的充、放电器，从⽽实现汇流条电压的稳定。

之后，发表了⼤量⽂章对⼈造卫星应⽤蓄电池调节器进⾏了系统的研究，并应⽤到了实体中。

1994年，⾹港⼤学陈清泉教授将双向直流变换器应⽤到了电动车上，同年，F.Caricchi 等教授研制成功了⽤20kW⽔冷式双向直流变换器应⽤到电动车驱动，由于双向直流变换器的输⼊输出电压极性相反，不适合于电动车，所以他提出了⼀种Buck-Boost级联型双向直流变换器，其输⼊输出的负端共⽤。

1998年，美国弗吉尼亚⼤学李泽元教授开始研究双向直流变换器在燃料电池上的配套应⽤。

可见，航天电源和电动车辆的技术更新对双向直流变换器的发展应⽤具有很⼤的推动⼒，⽽开关直流变换器技术为双向DC/DC变换器的发展奠定了基础。

1994年，澳⼤利亚Felix A.Himmelstoss发表论⽂，总结出了不隔离双向直流变换器的拓扑结构。

搞嵌入式的工程师们往往把单片机、ARM、DSP、FPGA搞的得心应手，而一旦进行系统设计，到了给电源系统供电，虽然也能让其精心设计的程序运行起来，但对于新手来说，有时可能效率低下，往往还有供电电流不足或过大引起这样那样的问题，本文十一条金律轻松搞定DCDC电源转换。

第一条、搞懂DC/DC电源怎么回事DC/DC电源电路又称为DC/DC转换电路，其主要功能就是进行输入输出电压转换。

一般我们把输入电源电压在72V以内的电压变换过程称为DC/DC转换。

常见的电源主要分为车载与通讯系列和通用工业与消费系列，前者的使用的电压一般为48V、36V、24V等，后者使用的电源电压一般在24V以下。

不同应用领域规律不同，如PC中常用的是12V、5V、3.3V，模拟电路电源常用5V 15V，常用3.3V等，现在的FPGA、DSP还用2V以下的电压，诸如1.8V、1.5V、1.2V 等。

在通信系统中也称二次电源，它是由一次电源或直流电池组提供一个直流输入电压，经DC/DC变换以后在输出端获一个或几个直流电压。

第二条、需要知道的DC/DC转换电路分类DC/DC转换电路主要分为以下三大类：①稳压管稳压电路。

②线性（模拟）稳压电路。

③开关型稳压电路第三条、最简单的稳压管电路设计方案稳压管稳压电路电路结构简单，但是带负载能力差，输出功率小，一般只为芯片提供基准电压，不做电源使用。

比较常用的是并联型稳压电路，其电路简图如图（1）所示，选择稳压管时一般可按下述式子估算：（1）Uz=Vout; （2）Izmax=（1.5-3）ILmax （3）Vin=（2-3）Vout 这种电路结构简单，可以抑制输入电压的扰动，但由于受到稳压管最大工作电流限制，同时输出电压又不能任意调节，因此该电路适应于输出电压不需调节，负载电流小，要求不高的场合，该电路常用作对供电电压要求不高的芯片供电。

第四条、基准电压源芯片稳压电路稳压电路的另一种形式，有些芯片对供电电压要求比较高，例如AD DA芯片的基准电压等，这时常用的一些电压基准芯片如TL431、MC1403 ，REF02等。

dcdc电路：DC—DC是英语直流变直流的缩写，所以DC—DC电路是某直流电源转变为不同电压值的电路。

DC-DC是开关电源技术的一个分支,开关电源技术包括AC—DC、DC—DC两ff个分支。

DC-DC电路按功能分为:升压变换器:将低电压变换为高电压的电路。

降压变换器：将高电压变换为低电压的电路.反向器：将电压极性改变的电路,有正电源变负电源,负电源变正电源两类。

三个主要分支，当然应用时在同一电路中会有升压反向、降压升压等功能同时存在。

DC—DC变换器的基本电路有升压变换器、降压变换器、升降压变换器三种。

dcdc电路原理:降压变换器原理图如图1所示,当开关闭合时，加在电感两端的电压为（Vi-Vo）,此时电感由电压（Vi—Vo）励磁，电感增加的磁通为:（Vi—Vo）*Ton。

当开关断开时，由于输出电流的连续，二极管VD变为导通,电感削磁,电感减少的磁通为：（Vo）*Toff.当开关闭合与开关断开的状态达到平衡时，（Vi-Vo）＊Ton=(Vo）＊Toff，由于占空比D<1，所以Vi>Vo，实现降压功能。

图1 降压变换器原理图升压变换器原理图如图2所示，当开关闭合时，输入电压加在电感上，此时电感由电压（Vi）励磁,电感增加的磁通为：(Vi）＊Ton。

当开关断开时，由于输出电流的连续，二极管VD变为导通，电感削磁，电感减少的磁通为：（Vo— Vi)＊Toff.当开关闭合与开关断开的状态达到平衡时，（Vi）＊Ton=（Vo- Vi）＊Toff，由于占空比D〈1，所以Vi<Vo,实现升压功能。

图2 升压变换器原理图升降压变换器、入出极性相反原理如图3，当开关闭合时，此时电感由电压（Vi）励磁，电感增加的磁通为：(Vi）＊Ton；当开关断开时，电感削磁，电感减少的磁通为:（Vo）＊Toff.当开关闭合与开关断开的状态达到平衡时，增加的磁通等于减少的磁通，（Vi）＊Ton=（Vo)＊Toff，根据Ton比Toff值不同，可能Vi〈Vo,也可能Vi〉Vo。

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。

目录一.1. 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V out ，经R1,R2分压得到电压V2，与基准电压V REF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。

开关电源DC/DC变换器拓扑结构全集
给出六种基本DC/DC变换器拓扑
依次为buck,boost,buck-boost,cuk,zeta,sepic变换器
半桥变换器也是双端变换器,以上是两种拓扑。

半桥开关管电压应力为输入电压.而且由于另外一个桥臂上的电容,具有抗偏磁能力,但是对于上面一种拓扑,通常还会加隔直电容来提高抗偏磁能力.但是如果采用峰值电流控制,要注意一个问题,就是有可能会导致电容安秒不平衡的问题.要需要其他方法来解决。

半桥变换器可以通过不对称控制来实现ZVS,也就是两个管子交替导通,一个占空比为D,另外一个就为1-D.就是所谓的不对称半桥,通常采用下面一种拓扑.对于不对称半桥可以采用峰值电流控制。

正激变换器
绕组复位正激变换器
LCD复位正激变换器
RCD复位正激变换器
有源钳位正激变换器
双管正激
吸收双正激
有源钳位双正激
原边钳位双正激
软开关双正激
推挽变换器
无损吸收推挽变换器
推挽变换器:推挽变换器是双端变换器.其实是两个正激变换器通过变压器耦。