DCDC变换基础与新技术

1、DC/DC变换器基础与新技术,主讲人：陶翔 电工理论与新技术,DC/DC变换的意义何在？,电源按其一次能源的不同可以分为 1.产生电能的电源（电池、光伏电板、发电机等） 2.变换电能的电源（相控整流、DCDC、逆变等） 产生电能从无到有 变换电能从一种形态转变为另一种形态 两者拥有同等重要的地位,DC/DC变换的意义何在？,DCDC变换电源是一个将质量较低的电能变为质量较高电能的过程 粗电 精电,DC/DC变换的途径有哪些？,串联式稳压电源 开关式稳压电源,串联式稳压电源,串联型稳压电源因其在主电路中总串联一只调整管而得名。 由于调整管工作于线性区故又称为线性稳压电源。 其工作原理可以看做是一

2、个受反馈回路控制的滑线变阻器。,开关电源,开关电源因电路中的半导体器件均工作于开关状态而得名。三极管或MOSFET工作于饱和导通时，电流大但管压降很小；工作于截止区时，管子上压降很大，但几乎不流过电流。这样就避免了不必要的热损耗。 开关电源的原理可以简单理解为：将输入的总能量分割成若干个小的能量包，这些小能量包经过输出侧大时滞环节的积分作用，重新展开为连续不断的能量。,串联稳压VS开关电源,串联稳压电源 优点： 1.输出电压稳定，脉动极小（小于10mV） 2.不存在电磁兼容问题 缺点： 1.只能降压 2.效率很低（低于50%） 3.一个电路只有一种电压等级 4.大功率应用需要很大的工频变压器和

3、散热器,开关电源 优点： 1.电路灵活，既能升压也能降压 2.效率很高（75%-98%） 3.可以通过高频变压器耦合获得不共地的若干种输出电压。 4.无需工频变压器，重量轻、体积小 5.管耗很小，散热器小 缺点： 1.输出电压纹波较大（10mV-100mV） 2.剧烈的开关动作造成严重的电磁兼容问题,开关电源的基本结构,开关电源的基本拓扑,在线式拓扑：buck、boost、buck-boost最常用，无高频变压器磁耦合，电路构成简单，器件使用较少。优势远小于劣势，实际应用很少。 离线式拓扑：单管反激（flyback）、单管正激（forward）、推挽（push-pull）、半桥（half-br

4、idge）、全桥（full-bridge）、双管正激（dual switch forward）。,反激式拓扑,由于反激电路输出侧无需接入输出滤波电感，这在低成本的多输出电源中对减小体积，缩减成本很重要，在低于100W的应用场合很常见。 但反激电路与一般正激式电路有着迥异的工作原理，所以设计过程也很不一样。 其次反激电源有著名的右半面零点问题，反馈电路设计很有讲究。,正激式拓扑,正激电路广泛用于100W-400W的中功率变换器中。 正常工作时变压器工作于单向励磁状态，故其显著特点是具有复位绕组。,推挽式拓扑,推挽式电路常用于低输入电压，中大功率场合。 推挽式拓扑磁芯工作于双向励磁状态，但常常会因

5、为两只开关管参数失配，或者绕组寄生参数的影响而产生偏磁饱和，从而烧毁开关管。,半桥拓扑,电脑电源中一度用的最火热的一种拓扑，适用于300W-2000W的应用场合。 同样会因为两开关管或输入电容参数失配而造成偏磁饱和，但很容易改良电路以避免。,双管正激拓扑,目前在500W以上电源中很常用的一种拓扑，逐渐替代了半桥。 许多分析的文章中给出的原因是稳定可靠，自己尚未琢磨出缘由。,全桥拓扑,功率方面已经达到开关电源的极限，应用于大功率场合。,DC/DC变换器新技术,节能是一台电源永恒的追求，所以DC/DC变换新技术绝大多数都是围绕着降低开关损耗提出的。 常见的新技术包括： 有源钳位 同步整流 软开关 多重化技术,有源钳位和同步整流,两者其实并无本质区别，均是使用全控器件来替代原本电路中的一些不可控器件（二极管）。 在原本二极管应该导通的时刻驱动开关管，选用通态电阻极小的开关管替代二极管导通，以达到减少损耗的目的,软开关技术,软开关技术其本质就是使用电容和电感营造谐振电路，使得开关管开关状态切换时，电压与电流不产生交叠部分，减小开关损耗。 但谐振电路需仔细规划，谐振效果易受分布参数影响。,多重化技术,多重化