隔离型DCDC变换器精编版

文章编号：DC-DC变换基本电路和控制方法综述作者（江南大学物联网工程学院，江苏省无锡市 214122）摘要：近20年来，随着科学技术日新月异的发展，特别是功率开关器件的发展，DC-DC变换的拓扑结构和控制技术取得了很大的成就。

本文主要是对当前DC-DC变换电路——隔离型和非隔离型、两端口和多端口、单向变换和双向变换和控制方法——软开关、移相PWM、同步整流、多电平技术的发展与现状进行综述，并讨论了DC-DC变换器未来发展趋势。

关键词：基本电路;控制方法；隔离型；双向；同步整流中图分类号：文献标识码：1引言DC-DC变换器是将不可调的直流电压转变为可调或固定的直流电压，是一个用开关调节方式控制电能的变换电路，这种技术被广泛应用于各种开关电源、直流调速、燃料电池、太阳能供电和分布式电源系统中。

上个世纪，随着功率开关器件的发展，变换器拓扑和变换技术已经取得了很大的成就，并且已经发展到一个相当高的水平。

在DC-DC变换器演化过程中，离不开各种直流变换技术，各种新技术的产生和发展很大程度上影响了变换器拓扑的演化。

高功率密度、高效率、高性能、高可靠性以及低成本、小体积是DC-DC变换器的发展方向，各种变换技术也都围绕着提高变换器性能而相继被提出。

本文围绕着DC-DC变换的基本电路——隔离型和非隔离型、单端口和多端口、单向变换和双向变换以及控制方法——软开关、同步整流、移相PWM技术、多电平技术的发展和现状进行综述，并展望直流变换器未来的发展趋势。

2隔离型和非隔离型主要电路2.1非隔离型主要电路DC-DC非隔离型主要电路包括BUCK、BOOST、BUCK-BOOST、CUK等电路。

2.1.1降压型BUCK电路降压型BUCK电路如下图2.1所示。

工作原理为：当开关晶体管导通时，二极管关断，输入端直流电源Vi将功率传送到负载，图2.1降压型BUCK电路拓扑并使电感储能；当开关晶体管关断时，二极管导通，续流，电感向负载释放能量。

dcdc隔离电源方案隔离电源是一种稳压电源，主要是将输入的交流电能转换成可以满足诸如电池需求的直流电能，该电源具有使输出稳定的特性，在现在的电子行业中应用较为广泛。

DC-DC隔离电源是其中比较常用的一种，具有易于操作、可靠性高等优点，是电源系统的重要组成部分。

DC-DC隔离电源，是指能将输入端的交流或直流电能有效转换成输出端的直流电能的一种设备，是一种无线电源，可以将外部的交流电压转换成与它相隔的直流电压，并能够不受外部电源干扰而有效输出。

DC-DC隔离电源目前应用非常广泛，可以在医疗设备、电脑、汽车电子系统、电力电子系统等行业中找到它的踪迹。

它可以有效解决高压输入电源在低压负载驱动时由于功率损耗和安全要求而导致的隔离性，从而保证上游电源与下游负载的隔离性。

DC-DC隔离电源器的分类根据不同的输入输出结构，DC-DC隔离电源的分类主要有：单端隔离型、直流回路隔离型、双端回路隔离型和双端脉冲回路隔离型等。

1、单端隔离型：该结构由单相输入端和单相输出端组成，只有一端有输出，输入和输出完全隔离，无法创造功率回路。

2、直流回路隔离型：该结构的输入端和输出端都由直流回路隔离，它可以将输入功率转换成输出功率，可提供大功率，保护敏感电子元件。

3、双端回路隔离型：该结构的输入端和输出端为双端回路，具有较高的功率回路，可更好地保护电子设备。

4、双端脉冲回路隔离型：具有双端脉冲回路结构，脉冲信号在输入端和输出端进行传递，此结构可以提供更高的屏蔽率，使电子设备得到更好的保护。

DC-DC隔离电源的优点DC-DC隔离电源在应用中拥有多项优点：1、负载范围较大：它可以满足大范围的工作电压要求，可以从单路输出到多路输出，能满足不同的系统设计需求。

2、安全可靠：它能够有效产生隔离效应，保证电源的安全性，解决不同的隔离要求。

3、高开关频率：它可以提供更高的开关频率，从而带来更小的尺寸、更低的功耗、更高的稳定性。

4、低噪音：它具有低噪音特性，满足噪音要求，保证系统的稳定性。

双向DCDC变换器设计双向直流-直流（DC-DC）变换器是一种电力电子设备，能够实现两个不同电压等效电路之间的能量转换和传输。

这种变换器常用于电池系统、节能转换系统和电网隔离系统等应用中。

本文将介绍双向DC-DC变换器的设计原理、工作原理和性能评估。

一、设计原理双向DC-DC变换器可以分为两个部分：升压变换器和降压变换器。

升压变换器将低电压输入提升为较高电压输出，而降压变换器则将高电压输入降压为较低电压输出。

这两个变换器可以通过一个可调节的开关来实现输出电压的控制。

在实际应用中，通过PWM（脉宽调制）技术来控制开关的导通时间，从而实现输出电压的调节。

二、工作原理双向DC-DC变换器的工作原理如下：1.当升压变换器开关导通时，输入电压经过电感储能，同时输出电容储能开始将能量传递到输出端。

2.当升压变换器开关断开时，储能元件的电感和电容开始释放储存的能量，使输出电压保持稳定。

3.当降压变换器开关导通时，输入电压先通过输出电容释放能量，同时电感储能元件开始储存电能。

4.当降压变换器开关断开时，储能元件释放储存的能量，实现输出电压的稳定。

三、性能评估设计双向DC-DC变换器时需要评估以下几个关键性能参数：1.效率：双向DC-DC变换器的效率主要取决于开关的损耗和传输效率。

通过合理选择开关元件和功率传输电路，可以提高变换器的效率。

2.响应时间：双向DC-DC变换器需要能够快速响应输入电压和输出负载的变化。

降低电路和控制系统的响应时间可以提高变换器的动态性能。

3.稳定性：双向DC-DC变换器需要具有良好的稳定性，以确保输出电压在不同负载条件下保持稳定。

在设计过程中应考虑噪声抑制和滤波技术。

4.安全性：在设计双向DC-DC变换器时，需要考虑过电流、过压和过温等保护功能，以防止电路损坏和事故发生。

在实际设计过程中，还需要考虑其他因素，如电路拓扑选择、元件选择、控制算法和布局布线等。

针对不同的应用需求，可能需要做出不同的设计决策。

DCDC变换器技术现状发展趋势DC/DC变换器是一种将直流电压从一个电压级别转换为另一个电压级别的电力转换设备。

它在电子设备和电力系统中得到了广泛应用，如电子产品、工业自动化、新能源发电等领域。

目前，DC/DC变换器技术的发展主要集中在以下几个方面：1.高效率：随着能源紧缺和环境保护意识的增强，高效率是DC/DC变换器技术的重要发展方向。

在能量转换过程中，变换器的能量损耗会导致能量浪费和系统发热，因此提高DC/DC变换器的转换效率是减少能源浪费和改善系统性能的关键。

2.多功能性：随着电子设备功能的不断扩展和多样化需求的出现，DC/DC变换器需要具备更多的功能和特性。

例如，需要具有多个输出电压、带有隔离功能、可调节输出电压和电流等功能。

3.小型化：随着电子设备体积的缩小和便携性的要求提高，DC/DC变换器需要越来越小。

因此，封装技术的进步、高频开关管的应用等都是实现DC/DC变换器小型化的关键技术。

4.高可靠性：在一些关键场合，如军事设备、卫星等，需要DC/DC变换器具有很高的可靠性和稳定性。

因此，研发具有高抗干扰能力和长寿命的DC/DC变换器是一个重要的课题。

5. 新型拓扑结构：传统的DC/DC变换器拓扑结构如Buck、Boost和Buck-Boost已经非常成熟，但它们也存在一些局限性，如输出电压范围有限、效率不高等。

因此，研究新的拓扑结构如谐振变换器、多电平变换器等是一种有潜力的发展方向。

6.系统集成和智能化：随着电子系统的集成度不断提高，DC/DC变换器也需要与更多的控制电路和传感器进行集成，以实现更高级的功能和管理。

例如，集成功率管理芯片、数字控制技术等，可以实现更高级的功率管理和更好的系统控制。

总的来说，DC/DC变换器技术在高效率、多功能性、小型化、高可靠性、新型拓扑结构和系统集成智能化方面都有很大的发展空间。

随着电子产品需求的不断增加，DC/DC变换器的性能和功能要求也将不断提高。

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。

基于UC2843的隔离式DCDC电源设计摘要：随着4G网络的发展，各城市逐步将基站建设纳入其重点工作，多回路直流电能表作为基站选配件开始被列入基站监测系统的招标项目中，市场前景广阔。

DCDC电源作为电能表的关键器件之一，其设计的高性价比，高可靠性至关重要。

关键词：UC2843；隔离式；DCDC电源设计引言电能表的辅助电源通常采用集成的DCDC模块，但DCDC模块属于货架产品，其输出电压规格固定，可调整性小。

由于集成的DCDC模块尺寸限制，模块输入与输出，输出与输出之间隔离度不高，若采用定制电能表匹配的DCDC模块的方式，设计成本太高，周期较长。

因此根据多回路直流电能表功能需求，采用电流模式控制器UC2843及一些分立元器件，设计一款低压宽范围输入的DCDC电源，配套多回路直流电能表使用。

一、系统总体架构UC2843是一款单电源供电，单路调制输出，带电流正向补偿的高性能固定频率电流模式控制器，专为低压应用而设计。

此控制器内部包含PWM比较器、误差放大器、欠压锁定单元和振荡器等单元。

为保证DCDC电源输入与输出、输出与输出之间的高隔离度（2.5KVAC/5mA/1min）以及抗干扰度；为解决UC2843采用传统非隔离式设计时，由于输入电压变化较大、纹波大等问题，将主输出与输入采用光耦隔离，主输出与辅输出间通过变压器隔离的方式进行设计。

多回路电能表的输入电压为宽范围的低压输入（电压范围：18V～72V），为保证在输入电压范围内电源能正常工作，针对输入电压对UC2843的供电电路进行处理，提出一种针对宽输入电压范围的隔离式DCDC电源设计方案。

二、关键环节设计2.1供电控制电路UC2843的Vcc启动电压门槛为：7.8V-9V，Vcc维持电压为7.0V-8.2V，Vcc钳位电压最小值为30V。

为适应Vin为18V-72V的宽输入范围电压，需设计电源供电控制电路。

Vin的输入电压范围为18V～72V，R1、R2对Vin的电压进行分压，可调整电阻的取值来确定最低的启动电压Vin，VD3为稳压管，可根据电路需求将VD3的取值固定来确定最大的输出Vcc电压。