DC/DC轉(zhuǎn)換器是開(kāi)關(guān)電源芯片，指利用電容、電感的儲(chǔ)能的特性，通過(guò)可控開(kāi)關(guān)(MOSFET等)進(jìn)行高頻開(kāi)關(guān)的動(dòng)作，將輸入的電能儲(chǔ)存在電容(感)里，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電能再釋放給負(fù)載，提供能量。其輸出的功率或電壓的能力與占空比(由開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間與整個(gè)開(kāi)關(guān)的周期的比值)有關(guān)。開(kāi)關(guān)電源可以用于升壓和降壓。常用的DC-DC產(chǎn)品有兩種。一種為電荷泵(Charge Pump)，一種為電感儲(chǔ)能DC-DC轉(zhuǎn)換器。本文詳細(xì)講解了這兩種DC/DC產(chǎn)品的相關(guān)知識(shí)。DC/DC 轉(zhuǎn)換器為轉(zhuǎn)變輸入電壓后有效輸出固定電壓的電壓轉(zhuǎn)換器。DC/DC 轉(zhuǎn)換器分為三類：升壓型DC/DC 轉(zhuǎn)換器、降壓型DC/DC 轉(zhuǎn)換器以及升降壓型DC/DC 轉(zhuǎn)換器。

直流變直流電路(DC-DC Converter)，也叫斬波電路(DC Chopper)。 能將一種直流電源變換成另一種具有不同輸出特性的直流電源的電路，是開(kāi)關(guān)電源的核心。 跟交交變換一樣，直流變直流也分為直接直流變流電路和間接直流變流電路。 我們一般按照電路拓?fù)涞牟煌?，將其分為不帶隔離變壓器的和帶隔離變壓器的DC-DC變換器。 分類如下：

不帶隔離變壓器的：降壓(Buck)變換器、升壓(Boost)變換器、升降壓(Buck-Boost)變換器和丘克(Cuk)變換器等。

帶隔離變壓器的：反激式(Flyback)變換器、正激式(Forward)變換器、推挽式(Push-Pull)變換器和橋式(Bridge)等。

其中，Buck電路和Boost電路是DC-DC變換器最基本的兩種拓?fù)湫问健? DC-DC變換器的主要功能是變換直流電壓等級(jí)，隔離變壓器則根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選取，其基本作用是輸入輸出之間的隔離，也可以進(jìn)行變壓用。 無(wú)論哪一種DC-DC變換器，主回路使用的元器件都是功率半導(dǎo)體、電感、電容。 目前使用的開(kāi)關(guān)器件主要有MOSFET、IGBT以及二極管等。 電感和電容則是存儲(chǔ)和傳遞電能的元件。

DC-DC變換器的基本手段是通過(guò)控制開(kāi)關(guān)器件的通斷，使帶有濾波器的負(fù)載和直流電源一會(huì)兒接通，一會(huì)兒斷開(kāi)，從而在負(fù)載上得到另一個(gè)等級(jí)的電壓。

其具有功耗小、效率高、體積小、重量輕、電路形式多樣等優(yōu)點(diǎn)，在信息、航天、家電、軍事、交通等各個(gè)領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用。 可以說(shuō)DC-DC變換器無(wú)處不在了。

接下來(lái)，我們就一起慢慢地聊一聊DC-DC的那些事兒~

2降壓(Buck)

降壓電路，顧名思義，就是將一個(gè)原本比較高的電壓轉(zhuǎn)換成電壓較低的電路，即輸出電壓小于等于輸入電壓的單管非隔離直流變換電路。

基本電路拓?fù)淙缦拢?

Buck電路的主電路是由開(kāi)關(guān)管T、二極管D、輸出濾波電感L和輸出濾波電容C構(gòu)成的，電源是電壓源性質(zhì)，負(fù)載則為電流源性質(zhì)。

為了便于我們分析，這里我們?cè)O(shè)定了幾個(gè)前提：

①開(kāi)關(guān)管、二極管均認(rèn)為是理想器件，即在導(dǎo)通時(shí)沒(méi)有導(dǎo)通壓降，截止時(shí)沒(méi)有漏電流(當(dāng)然，實(shí)際情況中，有必要考慮這些因素的);

②電感、電容也認(rèn)為是理想器件。電感工作在線性區(qū)并且未飽和，寄生電阻為零，電容的等效串聯(lián)電阻(ESR)也為零;

③輸出電壓中的紋波電壓和輸出電壓的比值很小，可以忽略。

首先，我們定義一個(gè)比較重要的參數(shù)，占空比。即開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間ton和開(kāi)關(guān)周期Ts的比值，用Dc表示。

Dc=ton/Ts

根據(jù)電感電流是否連續(xù)，Buck變換器有三種工作模式——連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)、不連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)和臨界狀態(tài)(BCM)。電感電流連續(xù)是指輸出濾波電感L的電流總大于零，電感電流斷續(xù)是指在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷期間有一段時(shí)間流過(guò)電感的電流為零。在這兩種工作模式之間便是電感電流臨界連續(xù)狀態(tài)，即在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷期末，濾波電感的電流剛好降為零。

Buck變換器連續(xù)導(dǎo)電模式

(1)

當(dāng)開(kāi)關(guān)管T導(dǎo)通時(shí)，續(xù)流二極管反向偏置截止，電容開(kāi)始重電，直流電壓源Us通過(guò)電感L向負(fù)載傳遞能量。此時(shí)，電感電流iL線性增長(zhǎng)，存儲(chǔ)的磁場(chǎng)能量也逐步增加。負(fù)載R流過(guò)電流Io，兩端輸出電壓Uo上正下負(fù)。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期Ts內(nèi)開(kāi)關(guān)管T導(dǎo)通的時(shí)間為ton。

(2)

當(dāng)開(kāi)關(guān)管T關(guān)斷時(shí)，由于電感電流iL不能突變，所以iL通過(guò)二極管D續(xù)流，電感電流隨之逐漸減小，電感上的能量逐步消耗在負(fù)載上，iL降低，L上儲(chǔ)存的能量減小。電感電流減小時(shí)，電感兩端的電壓UL改變極性，二極管D承受正向偏壓而導(dǎo)通，構(gòu)成了續(xù)流回路，負(fù)載R兩端的電壓仍保持上正下負(fù)。當(dāng)iL

在穩(wěn)態(tài)分析中，假定輸出端濾波電容很大，我們可以認(rèn)為輸出電壓是平直的。同樣，由于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電容的平均電流為零，是因?yàn)锽uck變換器中電感平均電流等于平均輸出電流Io。在連續(xù)導(dǎo)電模式下，電感電流不會(huì)減小到0，前一個(gè)周期結(jié)束時(shí)刻和下一個(gè)周期開(kāi)始時(shí)刻電流是連續(xù)的。

半橋開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力為輸入電壓.而且由于另外一個(gè)橋臂上的電容,具有抗偏磁能力,但是對(duì)于上面一種拓?fù)?通常還會(huì)加隔直電容來(lái)提高抗偏磁能力.但是如果采用峰值電流控制,要注意一個(gè)問(wèn)題,就是有可能會(huì)導(dǎo)致電容安秒不平衡的問(wèn)題.要需要其他方法來(lái)解決。

半橋變換器可以通過(guò)不對(duì)稱控制來(lái)實(shí)現(xiàn)ZVS,也就是兩個(gè)管子交替導(dǎo)通,一個(gè)占空比為D,另外一個(gè)就為1-D.就是所謂的不對(duì)稱半橋,通常采用下面一種拓?fù)?對(duì)于不對(duì)稱半橋可以采用峰值電流控制。

正激變換器

繞組復(fù)位正激變換器

LCD復(fù)位正激變換器

RCD復(fù)位正激變換器

有源鉗位正激變換器

雙管正激

吸收雙正激

有源鉗位雙正激

原邊鉗位雙正激

軟開(kāi)關(guān)雙正激

推挽變換器

無(wú)損吸收推挽變換器

推挽正激

推挽變換器:推挽變換器是雙端變換器.其實(shí)是兩個(gè)正激變換器通過(guò)變壓器耦合而來(lái),基本推挽變換器好處是驅(qū)動(dòng)不需隔離,變壓器雙端磁化,只要兩個(gè)開(kāi)關(guān)管.但是,變壓器繞組利用率低,開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力為輸入兩倍,所以一般只適合低壓輸入的場(chǎng)合.而且有個(gè)問(wèn)題就是會(huì)出現(xiàn)偏磁,所以要采用電流型控制等方法來(lái)避免.