哈工大课件DC-DC技术-文库

变换技术DC-DC变换技术是电力电子学中重要的分支，广泛应用于各种电子设DC-DC备，包括计算机、手机、电动汽车等该技术通过控制开关电路，将直流电压从一个电平转换到另一个电平，实现电压升压或降压绪论本课程主要介绍变换技术的基础知识、应用领域以及最新发展DC-DC趋势重点关注开关模式变换电路的拓扑结构、工作原理、控制方法DC-DC和设计要点变换技术的定义

1.1DC-DC和应用领域定义应用领域变换技术是指将直流变换技术在许多领域DC-DC DC-DC电压转换为另一种直流电压发挥着重要作用，包括电的技术它广泛应用于各种源系统、新能源汽车、电力电子设备中，例如电脑、手电子、通信设备和航空航天机、电源适配器等等变换电路的基本原理

1.2DC-DC能量转换开关模式能量存储与滤波变换电路的核心功能是将输入开关模式变换电路利用开关器电感和电容在电路中起着能量存储和DC-DC DC-DC直流电压转换为输出直流电压，改变件的周期性通断来控制能量流向，实滤波的作用，平滑输出电压，减少纹电压幅值或极性现电压转换波变换电路的分类

1.3DC-DC按拓扑结构分类按工作原理分类

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2.12根据电路的拓扑结构，变换根据工作原理，变换电路可DC-DC DC-DC电路可以分为降压型、升压型、降以分为线性变换电路和开关变换电压升压型、反向型等路-按应用领域分类按控制方式分类

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4.34根据应用领域，变换电路可根据控制方式，变换电路可DC-DC DC-DC以分为电源系统、新能源、电动车以分为电压模式控制、电流模式控、航天、军事等制、混合控制等开关模式变换电路2DC-DC开关模式变换电路是一种利用开关器件控制直流电压的电路DC-DC它通常由开关器件、电感器、电容器和控制电路组成开关模式变换电路的特点

2.1DC-DC高效率体积小开关模式变换电路利用开关器件，通开关模式变换电路的结构紧凑，能够DC-DC DC-DC过控制开关的开闭状态，实现能量转换，从实现高功率密度，适用于空间有限的场合而减少能量损耗，提高转换效率易于控制灵活多变开关模式变换电路可以通过调节开关开关模式变换电路可以实现升压、降DC-DC DC-DC的占空比来控制输出电压，实现稳定输出压、升降压等多种转换模式，满足不同的应用需求开关模式变换电路的基本

2.2DC-DC拓扑降压型变换电路1降压型变换电路将输入电压降低到输出电压，用于电压降低的应用•典型的降压型变换电路包括buck变换器升压型变换电路2升压型变换电路将输入电压升高到输出电压，用于电压升高的应用•典型的升压型变换电路包括boost变换器降压升压型变换电路-3降压-升压型变换电路可将输入电压升高或降低到输出电压，用于需要调节电压的应用•典型的降压-升压型变换电路包括buck-boost变换器降压型变换电路

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2.1降压型变换电路是开关模式变换电路中最常见的类型之一DC-DC它们主要用于将较高电压的直流电源转换为较低电压的直流电源该电路通常使用一个开关器件、一个电感器和一个二极管来实现电压转换功能开关器件根据输入电压和输出电压之间的差异来控制电流，并调节输出电压升压型变换电路

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2.2升压型变换电路，也称为变换器，是一种将低电压Boost输入转换为高电压输出的转换电路DC-DC升压型变换器主要由一个开关、一个电感器、一个二极管和一个电容器组成，通过开关的通断控制电感器的能量存储和释放，实现电压的升高降压升压型变换电路

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2.3-降压升压型变换电路拓扑结构应用领域-降压升压型变换电路可以同时实现降常用的拓扑结构包括变换应用于需要同时进行降压和升压的场-Buck-Boost压和升压功能器和变换器合，例如电池供电系统Cuk开关模式变换电

2.3DC-DC路的功率损耗分析损耗来源说明开关器件损耗开关器件的导通和关断损耗，包括导通电阻损耗和开关损耗电感损耗电感线圈的铜损和铁损电容损耗电容的等效串联电阻损耗ESR电路板损耗导线和连接器的接触电阻损耗开关模式变换电路的控制方法

2.4DC-DC脉冲宽度调制（电压模式控制电流模式控制数字控制PWM）控制通过检测输出电压，反馈通过检测输出电流，反馈使用数字信号处理器（通过改变开关管的导通时到控制器，调节开关管的到控制器，调节开关管的）或微控制器（DSP MCU间，控制输出电压PWM导通时间，稳定输出电压导通时间，稳定输出电流）控制开关管，具有更高控制简单易行，是应用最电压模式控制具有较好电流模式控制具有较好的精度和灵活度广泛的控制方法的动态响应特性的稳定性，可以抑制电流波动高性能变换电路3DC-DC高性能变换电路旨在提高效率、功率密度和可靠性DC-DC通过采用先进的拓扑结构、控制策略和器件技术，实现更高的转换效率、更小的尺寸和更长的使用寿命软开关技术

3.1减少开关损耗提高效率和可靠性在传统硬开关技术中，功率器件的开关过程会产生明显的损耗，降低效软开关技术能有效降低开关损耗，提高DC-DC变换电路的效率，同时率软开关技术通过控制开关器件的导通和关断时间，使开关过程在零降低器件的热应力，延长器件的使用寿命电压或零电流状态下完成，从而减少开关损耗零电压开关技术

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1.1ZVS减少开关损耗降低电磁干扰技术通过在开关器件关技术可以减少开关过程ZVS ZVS断前将开关电压降至零，有中的电流冲击，从而降低电效降低开关损耗，提高变换磁干扰，提高电路的可靠性效率提高功率密度通过降低开关损耗，技术可以提升功率密度，使变ZVS DC-DC换电路体积更小零电流开关技术

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1.2ZCS零电流开关技术ZCS技术是指在开关器件关断或导通时，电流为零，可以有效地降低开关损耗工作原理ZCS技术通过在开关器件关断或导通前，使电流先降为零，从而避免了开关损耗优势•提高效率•降低开关应力•减少电磁干扰多重谐振技术

3.2提高转换效率减少开关应力通过在开关电路中引入多个多重谐振技术可以有效降低谐振电路，可以实现更宽的开关器件的开关应力，延长频率范围和更低的损耗，从器件寿命而提高转换效率提升功率密度通过优化谐振网络设计，可以实现更小的电路体积和更高的功率密度多电平拓扑

3.3降低电压应力提高输出电压

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2.12多电平拓扑可以将电压应多电平拓扑可以获得更高力分配到多个开关元件上的输出电压，从而提高功，从而降低单个开关元件率转换效率的电压应力减少谐波失真提高可靠性

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4.34多电平拓扑可以产生更接多电平拓扑可以提高系统近正弦波的输出波形，从的可靠性，因为多个开关而减少谐波失真元件可以并联工作，即使其中一个元件出现故障，系统仍然可以正常工作磁集成技术

3.4小型化高效率将磁性元件集成到半导体器磁集成技术可以降低磁性元件中，可以有效减少件的损耗，提高变换DC-DC DC-DC变换电路的体积和重量，使电路的效率，并降低热量产电源系统更加紧凑生可靠性应用范围通过将磁性元件与半导体器磁集成技术在移动设备、笔件集成在一起，可以提高电记本电脑、数据中心等领域源系统的可靠性，减少故障具有广泛的应用前景，尤其率适用于小型化、高效率和高可靠性的电源系统变换电路的设计和应DC-DC用变换电路的设计和应用是现代电子系统中不可或缺的一部分DC-DC该领域涉及到电路设计、控制算法、功率损耗分析、可靠性评估等多个方面变换电路的设计流程

4.1DC-DC需求分析1确定输入电压、输出电压、输出电流、效率等参数拓扑选择2根据需求选择合适的变换电路拓扑结构器件选择3选择合适的开关器件、电感、电容等元器件控制电路设计4设计控制电路，实现对变换电路的控制仿真和测试5进行电路仿真和实际测试，验证设计结果DC-DC变换电路的设计流程包括需求分析、拓扑选择、器件选择、控制电路设计、仿真和测试等步骤这些步骤相互关联，需要根据具体的应用场景和需求进行调整变换电路在电源系统中的应用

4.2DC-DC电源系统DC-DC变换电路在各种电源系统中发挥着至关重要的作用，例如笔记本电脑、智能手机、服务器等它们负责将输入电压转换为所需的电压，为电子设备提供稳定和可靠的电源电池管理DC-DC变换器用于管理电池的充电和放电过程，确保电池的正常运行和寿命电源模块DC-DC变换电路是电源模块的核心组成部分，负责将交流电转换为直流电，并提供所需的电压和电流变换电路在新能源和电动车领域的应用

4.3DC-DC新能源汽车电动车变换器在电动汽车中发挥着至关重要的作用，用于电动汽车的充电系统通常使用变换器将交流电转换DC-DC DC-DC管理电池组的能量流为直流电，为电池充电它们将高压电池组的电压转换为汽车其他组件所需的低压此外，它们还用于管理汽车内部不同电压级别的能量流，电压，如电机、照明和电子控制系统例如将电池电压转换为电机驱动所需的电压结论5变换技术在现代电子系统中发挥着至关重要的作用DC-DC随着技术不断发展，变换技术也将继续演进，以满足不断增长DC-DC的效率、可靠性和安全性需求变换技术的发展趋势

5.1DC-DC高功率密度宽电压范围高效率高可靠性随着小型化需求的增加，为了适应更广泛的应用，为了降低能量损失，为了满足更苛刻的应用要求DC-变换器将朝着更高变换器将支持更宽变换器将采用更先进的，变换器将更加注DC-DC DC-DC DCDC-DC的功率密度发展的输入电压范围技术，提高效率重可靠性下一步的研究方向

5.2提高效率提升可靠性进一步提高变换电路的效率，增强电路的抗干扰能力和稳定性，延DC-DC减少功率损耗长使用寿命小型化智能化缩小电路尺寸，降低成本，便于集成研究基于人工智能的变换电路DC-DC控制策略，实现自适应优化。