DC-DC converter

AC/DC变换是将交流变换为直流，其功率流向可以是双向的，功率流由电源流向负载的称为“整流”，功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”。AC/DC变换器输入为50/60Hz的交流电，因必须经整流、滤波，因此体积相对较大的滤波电容器是必不可少的，同时因遇到安全标准（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、、FCC、CSA），交流输入侧必须加EMC滤波及使用符合安全标准的元件，这样就限制AC/DC电源体积的小型化，另外，由于内部的高频、高压、大电流开关动作，使得解决EMC电磁兼容问题难度加大，也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求，由于同样的原因，高电压、大电流开关使得电源工作损耗增大，限制了AC/DC变换器模块化的进程，因此必须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率达到一定的满意程度。

当今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃，美国VICOR公司设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器，其最大输出功率有300W、600W、800W等，相应的功率密度为(6.2、10、17)W/cm3，效率为（80～90）%。日本NemicLambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列，其开关频率为（200～300)kHz，功率密度已达到27W/cm3，采用同步整流器（MOSFET代替肖特基二极管），使整个电路效率提高到90%。

直流—直流变换器（DC-DC）是一种将直流基础电源转变为其他电压种类的直流变换装置。目前通信设备的直流基础电源电压规定为−48V，由于在通信系统中仍存在−24V（通信设备）及 12V、 5V（集成电路）的工作电源，因此，有必要将−48V基础电源通过直流—直流变换器变换到相应电压种类的直流电源，以供实际使用。

DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton(通用)，二是频率调制

（1）Buck电路——降压斩波器，其输出平均电压U0小于输入电压Ui，极性相同。

（2）Boost电路——升压斩波器，其输出平均电压U0大于输入电压Ui，极性相同。

（3）Buck－Boost电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。

（4）Cuk电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电容传输。

还有Sepic、Zeta电路。

上述为非隔离型电路，隔离型电路有正激电路、反激电路、半桥电路、全桥电路、推挽电路。

直流-直流变换器（DC-DC converter）内部一般具有PWM（脉宽调制）模块，E/A（误差放大器模块），比较器模块等几大功能模块。如下图UC3842所示：

直流-直流(DC/DC)变换器工作原理

直流—直流变换器是将直流电先逆变（升压或降压）成交流电，然后再整流变换成另一种直流电压的直流变换装置。常用的直流—直流变换设备一般是由直流—直流变换模块、监控模块以及与之配套的用户接口板和直流配电单元等组成的一个完整的电源系统。

系统中多个直流—直流变换模块并联均分负荷运行，将−48V直流电压变换成−24V（或 12V、 5V）直流电压，再经输出分路保险向负载输出；监控模块负责对变换器模块及整个系统的工作状态及性能进行监控，并通过RS232通信口纳入上一级监控系统。

变换器模块负责将−48V直流电压转换为−24V直流电压，由功率电路和控制电路两大部分组成。功率电路实现从直流输入到直流输出的变换；控制电路提供功率变换所需的一切控制信号，包括反馈回路、直流信号处理、模拟量和开关量的处理电路等。

功率电路上主要包括直流输入滤波电路、直流—直流变换电路、直流输出滤波电路及辅助电源的部分。

直流输入滤波电路包含有防浪涌器件、差模、共模滤波器等。遇有雷击或其他高压浪涌时，压敏电阻和瞬态电压抑制器可保护变换器免受冲击。差模滤波器和共模滤波器可有效抑制模块内部产生的高频噪声，同时也使来自直流输入电源的干扰不会影响模块的正常工作。

直流—直流变换电路主要包括变换电路和整流输出电路，是整个变换模块的重要组成部分。

辅助电源电路为控制电路提供直流工作电压，同时还提供直流输入电压取样。

控制电路主要包括直流—直流变换控制电路，保护电路、输出电压误差放大电路以及数字显示、告警、通信电路等。

其工作原理为：输出经过FB（反馈电路）接到FB pin采样放大器，反馈电压VFB与设定好的比较电压Vcomp比较后，产生差错电压信号，差错电压信号输入到PWM模块，PWM根据差错电压的大小调节占空比，从而达到控制输出电压的目的，振荡器的作用是产生PWM工作频率的三角波，三角波经过斩波电压斩波后，产生方波，其方波就是控制MOSFET的导通时间从而控制输出电压的。

直流-直流(DC/DC)变换器主要技术要求

（1）输入电压允许变动范围：40～57V。

（2）输出电压稳定精度：≤±1%。

（3）应有限流性能，限流整定值可在105%～l10%输出电流额定值之间调整。

（4）同型号设备应能多台并联工作，并具有均分性能，其不平衡度应≤±5%输出额定电流值。

（5）输出杂音电压：衡重杂音≤2mV；宽带杂音≤20mV（3.4kHz～30MHz）；峰值杂音≤200mV。

（6）反灌杂音：变换设备在额定工作时，直流电流中宽频杂音分量（方均根值）应小于直流电流的1%。

（7）效率：<200W时，≥75%；≥200W时，≥70%。

直流-直流(DC/DC)变换器工作模式

按照控制电压和锯齿波幅值的关系，开关占空比D可以表示成：(4-2)„直流-直流变换器有两种不同的工作模式：

1. 电感电流连续模式

2.电感电流断续模式„在不同的情况下，变换器可能工作在不同的模式。因此，设计变换器和它的控制器参数时，应该考虑这两种不同的工作模式的特性。

直流-直流(DC/DC)变换器调制方法

开关管导通时，输出电压等于输入电压Ud；开关管断开时，输出电压等于0。输出电压波形如上图所示，输出电压的平均值Uo为(4-1)式中Ts—开关周期D—开关占空比，„改变负载端输出电压有3种调制方法：

1．开关周期Ts保持不变，改变开关管导通时间ton。也称为脉宽调制(PWM)。„

2．开关管导通时间ton保持不变，改变开关周期Ts。„

3. 改变开关管导通时间ton，同时也改变开关周期Ts。

方式1的PWM是最常见的调制方式，这主要是因为后2种方式改变了开关频率，而输出级滤波器是根据开关频率设计的，显然，方式1有较好的滤波效果。

直流-直流(DC/DC)变换器调制方式

„图4-2(a)是脉宽调制方式的控制原理图。给定电压与实际输出电压经误差放大器得到误差控制信号uco，该信号与锯齿波信号比较得到开关控制信号，控制开关管的导通和关断，得到期望的输出电压。图4-2(b)给出了脉宽调制的波形。锯齿波的频率决定了变换器的开关频率。一般选择开关频率在几千赫兹到几百千赫之间。

DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源), 同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。

本书共收集了在实际中应用最多和应用最广泛的降压式DC/DC变换器集成电路40余种，其中以Maxim公司的芯片为重点。书中除了介绍它们的电性能参数、管脚引线、外型封装、内部原理方框图和典型应用电路以外，还给出了各种各样的应用电路和扩展的应用电路。

在对这些降压式DC/DC变换器集成电路进行通用介绍的过程中，为了净化环境、净化电网、节约能源，也为了满足政府部门对电磁兼容等方面的要求，我们又重点突出了低电压、大电流方面的DC/DC变换器集成电路的介绍。

本书既可供电子工程技术人员，电源技术研究和应用技术人员，仪器、仪表和计算机测控技术人员，大专院校师生以及电子技术业余爱好者参考使用，也可以作为电源产品生产厂家技术开发人员和技术维修人员的参考资料。

直流-直流变换器，变换电路中直流电电压数值的变换器。可分为升压式直流-直流变换器和降压式直流-直流变换器。可将直流电源(如蓄电池、太阳电池、燃料电池)的电压从十几伏或几十伏升到几百伏,或者降至几伏。按变换器中变压器原边线圈和副边线圈的工作状态,分为正激式变换器和反激式变换器。