DCDC变换基础与新技术

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输入整流滤波功率变换输出整流滤波辅助电源驱动电路过压过流保护控制电路时钟振荡电路反馈补偿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-bridge）、全桥（full-bridge）、双管正激（dualswitchforward）。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多重化技术在对开关电源输出纹波有苛刻限制的场合使用。用两个或多个模块并联，并使其工作状态交错一定的相位，以达到纹波相互抵消的目的。这种方法必须建立在均流良好的条件下。谢谢大家！