【正文】 功率（功率 /重量） ,是表征小型化的重要指標(biāo)。 DCDC變換器的要求及主要技術(shù)指標(biāo) 1）輸入?yún)?shù)：輸入電壓及輸入電壓變化范圍；輸入電流及輸入電流變化范圍； 2）輸出參數(shù)：輸出電壓及輸出電壓變化范圍；輸出電流及輸出電流變化范圍；輸出電壓穩(wěn)壓精度。 6）按輸入與輸出之間是否有電氣隔離劃分?？煞譃橛查_關(guān)和軟開關(guān)。 3）按儲(chǔ)能電感與負(fù)載連接方式劃分。頻率調(diào)制 PFM（ pulse frequent modulation）是保持開通時(shí)間不變，通過調(diào)節(jié)電力半導(dǎo)體器件開關(guān)工作頻率達(dá)到調(diào)整輸出電壓。 ? 2 DCDC變換分類： 1）按激勵(lì)方式劃分。 ? 穩(wěn)壓范圍寬。在 DCDC變換中，電力半導(dǎo)體器件工作在開關(guān)狀態(tài)，工作頻率很高，目前這個(gè)工作頻率已達(dá)到數(shù)百甚至 1000KHz，這使電力半導(dǎo)體器件功耗減少、效率大幅度提高。 ? 開關(guān)調(diào)節(jié)模式如圖 52a所示，其等效電路和輸出電壓如圖 52b、 52c所示。 ? 實(shí)現(xiàn) DCDC變換有兩種模式，一種是線性調(diào)節(jié)模式 (Linear Regulator)，另一種是開關(guān)調(diào)節(jié)模式（ Switching Regulator）。 概述 ? 將一個(gè)不受控制的輸入直流電壓變換成為另一個(gè)受控的輸出直流電壓稱之為 DCDC變換。 概述 ? 167。 DCDC變換器的基本電路拓?fù)? ? 167。 ? 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對電子設(shè)備的要求是：①性能更加可靠；②功能不斷增加；③使用更加方便；④體積日益減小。 兩種調(diào)節(jié)模式及比較 ? 線性調(diào)節(jié)器模式如圖 51a所示，在這種模式中晶體管工作在線性工作區(qū)，其輸出電壓為 。 ? 假設(shè)：晶體管關(guān)斷時(shí)， ；晶體管導(dǎo)通時(shí) ；則該晶體管為理想開關(guān)（ Ideal switch），在理想開關(guān)情況下，晶體管損耗為零。 ? 體積小、重量輕。目前 DCDC變換中基本使用脈寬調(diào)制（ PWM）技術(shù)，通過調(diào)節(jié)脈寬來調(diào)節(jié)輸出電壓，對輸入電壓變化也可調(diào)節(jié)脈寬來進(jìn)行補(bǔ)償，所以穩(wěn)壓范圍寬。由于電力半導(dǎo)體器件需要激勵(lì)信號(hào)，按激勵(lì)方式劃分為它激式和自激式兩種方式，它激式 DCDC變換中有專業(yè)的電路產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)控制電力半導(dǎo)體器件開關(guān)；自激式變換中電力半導(dǎo)體器件是作為振蕩器的一部分（作為振蕩器的振蕩管）。頻率調(diào)制在 DCDC變換器設(shè)計(jì)中由于易產(chǎn)生諧波干擾、且濾波器設(shè)計(jì)困難?？煞譃榇?lián)型和并聯(lián)型兩種。所謂軟開關(guān)是指電力半導(dǎo)體器件在開關(guān)過程中承受零電壓（ ZVS）或零電流（ ZIS）?？煞譃楦綦x型和不隔離型。 ? 輸出電壓穩(wěn)壓精度，包括兩個(gè)內(nèi)容 : ? 負(fù)載調(diào)整率，即負(fù)載效應(yīng)。 返回 167。電感電流連續(xù)是指輸出濾波電感電流總是大于零，電感電流斷續(xù)是指在開關(guān)管關(guān)斷期間有一段時(shí)間電感電流為零，這兩種狀態(tài)之間有一個(gè)臨界狀態(tài)，即在開關(guān)管關(guān)斷末期電感電流剛好為零。電感電流 iL連續(xù)條件下其工作波形如圖 56a所示。 ? 考慮到 和 ，可得 ? 因此， Buck電路輸出電壓平均值與占空比δ 成正比， δ 從 0變到 1，輸出電壓從 0變到 ,且輸出電壓最大值不超過輸入電壓 。在已知 、 Vd、 Vo和 f的情況下根據(jù)上述公式可以確定 C和 L的值。 ? 2）電感電流斷續(xù)工作方式（ Discontinuous current mode） ? 圖 56b給出了電感電流斷續(xù)時(shí)的工作波形，它有三種工作狀態(tài)：① Q導(dǎo)通，電感電流 iL從零增長到 ；② Q關(guān)斷，二極管 D續(xù)流， iL從 降到零；③ Q和 D均截止，在此期間 iL保持為零，負(fù)載電流由輸出濾波電容供電。 Buck電路 MATLAB仿真 C o n t i n u o u sp o w e r g u iv+V o l t a g e M e a s u r e m e n t 1v+V o l t a g e M e a s u r e m e n tS e r i e s R L C B r a n chS co p eRP u l s eG e n e r a t o rnode 10g md sM o s f e tD i o d eD C V o l t a g e S o u r cei+C u r r e n t M e a s u r e m e n t 3i+C u r r e n t M e a s u r e m e n t 2i+C u r r e n t M e a s u r e m e n t 1i+C u r r e n t M e a s u r e m e n tCBUCK變換器設(shè)計(jì)步驟 ? 選擇續(xù)流二極管 D。工作頻率提高可以減小 L、 C，但開關(guān)損耗增大，因此效率減小。 ? 確定臨界電感。 ? 確定連接導(dǎo)線。電路穩(wěn)定狀態(tài)下的工作分析如下： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 27 J ul 20 00 S h e e t o f F i l e : D : \ l i c i r c u i t \ l i ho n g. d db D r a w n B y :QDLC ZVd uciCioB o o s t 電路圖iLQDLC ZVd uciCioiLQDLC ZVd uciCioiLQDLC ZVd uciCioiLb Q 導(dǎo)通Q 關(guān)斷 Q 關(guān)斷時(shí)電感電流為零adc圖 57 Boost電路及不同開關(guān)狀況下等效電路 iLIL m a xIL m i nIiiLIL m a xIL m i nIL m i nIL m a xiQiDiCucΔ UCttttttttttttIL m a xIL m a xIL m a xiCuca 電感連流連續(xù) b 電感電流斷續(xù)000000 000000Iitonto f fT tonTt ’o f f IOIm a x IOVGEVGE IOIm a x IO圖 58 Boost電路各點(diǎn)工作波形 ? 1) 電感電流連續(xù)模式 CCM（ Continuous current mode） ? 開關(guān)狀態(tài) 1： Q導(dǎo)通 ? Q管導(dǎo)通，輸入電壓加到儲(chǔ)能電感 L兩端，二極管 D被反向截止，等效電路如圖 57b所示，流過電感的電流： ? 開關(guān)狀態(tài) 2： Q截止 ? Q管截止，二極管正向偏置而導(dǎo)通，等效電路如圖 57c所示電源功率和儲(chǔ)存在 L中的能量通過二極管 D輸送給負(fù)載和濾波電容 C。當(dāng)電感量小到一定值時(shí)，在 t=T時(shí)刻，電感 L中儲(chǔ)藏的能量剛剛釋放完畢，這時(shí) ，此時(shí)的電感量被稱為臨界電感，當(dāng)儲(chǔ)能電感 L的電感量小于臨界電感時(shí)，電感中電流就發(fā)生斷續(xù)現(xiàn)象。這三種工作狀態(tài)的等效電路如圖 57b、 c、 d所示。 ? 狀態(tài) 1： Q導(dǎo)通 ? Q管導(dǎo)通，二極管 D反偏關(guān)斷，能量從輸入電源流入，并存儲(chǔ)在電感 L中， L上的電壓上正下負(fù)，等于輸入電壓，此時(shí)負(fù)載電流由慮波電容 C提供，等效電路如圖 59b所示。 ? 當(dāng) 時(shí)， ； ? 當(dāng) 時(shí)， ，為升壓型； ? 當(dāng) 時(shí)， ，為降壓型。這三種工作狀態(tài)的等效電路如圖 59b、 c、 d所示。 Cuk變換器能夠提供一個(gè)反極性、不隔離的輸出電壓，輸出電壓可高于或低于輸入電壓，而且其輸入電流和輸出電流都是連續(xù)的、非脈動(dòng)的，這些特點(diǎn)使 Cuk變換器有著廣闊的應(yīng)用前景。在 toff期間 C1充電，在 ton期間 C1向負(fù)載放電，可見C1起著傳遞能量的作用。 隔離的 DCDC變換器原理 ? 在實(shí)際應(yīng)用中，有許多場合需要輸出電壓和輸入電壓隔離，或需要多路輸出，此時(shí)需要高頻變壓器來完成這些功能。 Flyback（單端反激）變換器由于電路簡單，所用器件少，適于多路輸出場合應(yīng)用。此時(shí)只有變壓器原邊繞組工作，變壓器相當(dāng)于一個(gè)電感，設(shè)繞組 N1的電感量為 L1，繞組 N2的電感量為 L2，則管導(dǎo)通期間流過初級繞組 N1的電流為： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 20 M a r 2 00 1 S h e e t o f F i l e : F : \李宏電路圖 \ D I S A N T U D r a w n B y :V I NTQD1CRN 1 N 2VO**V I NTQD1CRN 1 N 2VO**V I NTQD1CRN 1 N 2VO**abc圖 514 Flyback變換器不同開關(guān)狀態(tài) 的等效電路圖 ? t=ton時(shí)，電流 ip達(dá)到最大值 ipmax ? ? t=ton時(shí)，功率晶體管 Q截止，如圖 214b所示，原邊繞組開路，次級繞組的電壓極性上正下負(fù)，二極管 D導(dǎo)通，導(dǎo)通期間儲(chǔ)存在變壓器中的能量通過二極管向負(fù)載釋放，同時(shí)向電容充電。 在下一個(gè)周期重新導(dǎo)通時(shí)， N1中的電流 ip也從零開始按的 規(guī)律線性上升，這時(shí)磁化電流處于臨界狀態(tài)。 ? 從能量守恒出發(fā)，假定電路中沒有損耗，輸入的能量都被負(fù)載吸收，在此條件下，推導(dǎo)磁化電流處于斷續(xù)狀態(tài)時(shí)輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系。 ? 3) 連續(xù)狀態(tài) ? 當(dāng)截止時(shí)間 toff小于繞組 N2中的電流衰減到零所需的時(shí)間時(shí)，即： ? 繞組 N2中的電流 is大于零 ,在下一個(gè)周期 Q重新導(dǎo)通時(shí)， N1中的電流 ip從 Ipmin開始按VIN/L1的規(guī)律線性上升，這時(shí)磁化電流處于連續(xù)狀態(tài)。如果在每個(gè)工作周期結(jié)束時(shí)，磁通沒有回到周期開始的出發(fā)點(diǎn)，而是隨著周期的重復(fù)，磁通棘輪式上升，即工作點(diǎn)逐漸上移，電流逐漸增大，鐵芯最終飽和，最終造成損壞，這一過程是在瞬間完成。 Ansoft反激電路仿真 01 5 . 0 01 0 . 0 01 9 . 5 0 m 2 0 . 0 0 m1 9 . 8 0 m2 D G r a p h S e l3 D A T A . . .02 . 6 41 . 0 02 . 0 01 9 . 5 0 m 2 0 . 0 0 m1 9 . 8 0 m2 D G r a p h S e l3 T F R 1 . . . 1 8 4 . 0 01 0 . 0 0 1 0 0 . 0 001 9 . 5 0 m 2 0 . 0 0 m1 9 . 8 0 m2 D G r a p h S e l3 T F R 1 . . .驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形（占空比 40%） 原邊電流波形 原邊電壓波形 2 0 . 0 0 m2 . 6 41 . 0 02 . 0 01 9 . 5 0 m 2 0 . 0 0 m1 9 . 8 0 m2 D G r a p h S e l3 T F R 1 . . .副邊電流波形 1 0 0 . 0 09 9 . 0 001 9 . 5 0 m 2 0 . 0 0 m1 9 . 8 0 m2 D G r a p h S e l3 T F R 1 . . .副邊電壓波形 02 . 6 41 . 0 02 . 0 01 9 . 5 0 m 2 0 . 0 0 m1 9 . 8 0 m2 D G r a p h S e l3 E 1 . I [ A ]電源電流（占空比 40%） ? 2） Forward（單端正激）變換器 ? Forward變換器（單端正激變換器）實(shí)際上是在降壓式 BUCK變換器中插入隔離變壓器而成，由于變壓器的磁通只工作在磁滯回線的一側(cè)，因此要遵循磁通復(fù)位的原則，即每個(gè)周期結(jié)束時(shí)變壓器磁通必須回到原來的位置，也就是說，要保證變壓器原邊在導(dǎo)通期間的電壓時(shí)間乘積（伏秒積）與關(guān)斷期間的伏秒積相等。變壓器有三個(gè)繞組， W1原邊繞組， W2副邊繞組， W3復(fù)位繞組，符號(hào) *表示繞組同名端。 ? 變壓器原邊繞組電流： ? Q關(guān)斷