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DC/DC变换器调研报告

一．原理简介

开关电源是利用现代电力技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维

持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和

MOSFET构成。

开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中，让功率晶体管工作在线

性模式，与线性电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关

断的状态，在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的（在导通

时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）功率器件上的伏安乘积就是功

率半导体器件上所产生的损耗。

与线性电源相比，PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”，即把

输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。脉冲的占空比

由开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过

变压器来升高或降低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压值。

最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。

控制器的主要目的是保持输出电压稳定，其工作过程与线性形式的控制器很

类似。也就是说控制器的功能块、电压参考和误差放大器，可以设计成与线性调

节器相同。他们的不同之处在于，误差放大器的输出（误差电压）在驱动功率管

之前要经过一个电压/脉冲宽度转换单元。

二．DCDC现状

分布式电源系统应用的普及推广以及电池供电移动式电子设备的飞速发展，

其电源系统需用的DC/DC电源模块越来越多。对其性能要求越来越高。除去常

规电性能指标以外，对其体积要求越来越小，也就是对其功率密度的要求越来越

高，对转换效率要求也越来越高，也即发热越来越少。这样其平均无故障工作时

间才越来越长，可靠性越来越好。因此如何开发设计出更高功率密度、更高转换

效率、更低成本更高性能的DC/DC转换器始终是近二十年来电力电子技术工程

师追求的目标。例如：二十年前Lucent公司开发出第一个半砖DC/DC时，其输

出功率才30W，效率只有78%。而如今半砖的DC/DC输出功率已达到300W，

转换效率高达93.5%。

三.DCDC电源类型

1.直流DC/DC转换器按输入与输出之间是否有电气隔离可以分为两类：一

类是有隔离的称为隔离式DC/DC转换器；另一类是没有隔离的称为非隔离式

DC/DC转换器。

隔离式DC/DC转换器也可以按有源功率器件的个数来分类。单管的DC/DC

转换器有正激式（Forward）和反激式（Flyback）两种。双管DC/DC转换器有

双管正激式（DoubleTransistorForwardConverter），双管反激式（DoubleTransistr

FlybackConverter）、推挽式（Push-PullConverter）和半桥式（Half-Bridge

Converter）四种。四管DC/DC转换器就是全桥DC/DC转换器（Full-Bridge

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Converter）。

非隔离式DC/DC转换器，按有源功率器件的个数，可以分为单管、双管和

四管三类。单管DC/DC转换器共有六种，即降压式（Buck）DC/DC转换器，

升压式（Boost）DC/DC转换器、升压降压式（BuckBoost）DC/DC转换器、Cuk

DC/DC转换器、ZetaDC/DC转换器和SEPICDC/DC转换器。在这六种单管

DC/DC转换器中，Buck和Boost式DC/DC转换器是基本的，Buck-Boost、Cuk、

Zeta、SEPIC式DC/DC转换器是从中派生出来的。双管DC/DC转换器有双管

串接的升压式（Buck-Boost）DC/DC转换器。四管DC/DC转换器常用的是全桥

DC/DC转换器（Full-BridgeConverter）。

在功率开关管的电压和电流定额相同时，转换器的输出功率通常与所用开关

管的数量成正比。所以开关管数越多，DC/DC转换器的输出功率越大，四管式

比两管式输出功率大一倍，单管式输出功率只有四管式的1/4。

2.按照开关管