直流-直流(DC/DC)變換器

直流-直流（DC/DC）變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調製方式Ts不變，改變ton（通用），二是頻率調製

基本介紹

• 中文名：直流-直流(DC/DC)變換器
• 外文名：DC-DC converter
• 用途：用於將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓
• 別名：直流斬波器
• 輸出電壓穩定精度：≤±1%

釋義

直流—直流變換器（DC-DC）是一種將直流基礎電源轉變為其他電壓種類的直流變換裝置。目前通信設備的直流基礎電源電壓規定為−48V，由於在通信系統中仍存在−24V（通信設備）及+12V、+5V（積體電路）的工作電源，因此，有必要將−48V基礎電源通過直流—直流變換器變換到相應電壓種類的直流電源，以供實際使用。

DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調製方式Ts不變，改變ton(通用)，二是頻率調製

（1）Buck電路——降壓斬波器，其輸出平均電壓U0小於輸入電壓Ui，極性相同。

（2）Boost電路——升壓斬波器，其輸出平均電壓U0大於輸入電壓Ui，極性相同。

（3）Buck－Boost電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓U0大於或小於輸入電壓Ui，極性相反，電感傳輸。

（4）Cuk電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓U0大於或小於輸入電壓Ui，極性相反，電容傳輸。

還有Sepic、Zeta電路。

上述為非隔離型電路，隔離型電路有正激電路、反激電路、半橋電路、全橋電路、推挽電路。

發展

當今軟開關技術使得DC/DC發生了質的飛躍，美國VICOR公司設計製造的多種ECI軟開關DC/DC變換器，其最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應的功率密度為(6.2、10、17)W/cm3，效率為（80～90）%。日本NemicLambda公司最新推出的一種採用軟開關技術的高頻開關電源模組RM系列，其開關頻率為（200～300)kHz，功率密度已達到27W/cm3，採用同步整流器（MOSFET代替肖特基二極體），使整個電路效率提高到90%。

逆變

AC/DC變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負載的稱為“整流”，功率流由負載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標準（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、、FCC、CSA），交流輸入側必須加EMC濾波及使用符合安全標準的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由於內部的高頻、高壓、大電流開關動作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對內部高密度安裝電路設計提出了很高的要求，由於同樣的原因，高電壓、大電流開關使得電源工作損耗增大，限制了AC/DC變換器模組化的進程，因此必須採用電源系統最佳化設計方法才能使其工作效率達到一定的滿意程度。

譯名

DC-DC converter

模組介紹

直流-直流變換器（DC-DC converter）內部一般具有PWM（脈寬調製）模組，E/A（誤差放大器模組），比較器模組等幾大功能模組。如下圖UC3842所示：

工作

工作原理

直流—直流變換器是將直流電先逆變（升壓或降壓）成交流電，然後再整流變換成另一種直流電壓的直流變換裝置。常用的直流—直流變換設備一般是由直流—直流變換模組、監控模組以及與之配套的用戶接口板和直流配電單元等組成的一個完整的電源系統。

系統中多個直流—直流變換模組並聯均分負荷運行，將−48V直流電壓變換成−24V（或+12V、+5V）直流電壓，再經輸出分路保險向負載輸出；監控模組負責對變換器模組及整個系統的工作狀態及性能進行監控，並通過RS232通信口納入上一級監控系統。

變換器模組負責將−48V直流電壓轉換為−24V直流電壓，由功率電路和控制電路兩大部分組成。功率電路實現從直流輸入到直流輸出的變換；控制電路提供功率變換所需的一切控制信號，包括反饋迴路、直流信號處理、模擬量和開關量的處理電路等。

功率電路上主要包括直流輸入濾波電路、直流—直流變換電路、直流輸出濾波電路及輔助電源的部分。

直流輸入濾波電路包含有防浪涌器件、差模、共模濾波器等。遇有雷擊或其他高壓浪涌時，壓敏電阻和瞬態電壓抑制器可保護變換器免受衝擊。差模濾波器和共模濾波器可有效抑制模組內部產生的高頻噪聲，同時也使來自直流輸入電源的干擾不會影響模組的正常工作。

直流—直流變換電路主要包括變換電路和整流輸出電路，是整個變換模組的重要組成部分。

輔助電源電路為控制電路提供直流工作電壓，同時還提供直流輸入電壓取樣。

控制電路主要包括直流—直流變換控制電路，保護電路、輸出電壓誤差放大電路以及數字顯示、告警、通信電路等。

其工作原理為：輸出經過FB（反饋電路）接到FB pin採樣放大器，反饋電壓VFB與設定好的比較電壓Vcomp比較後，產生差錯電壓信號，差錯電壓信號輸入到PWM模組，PWM根據差錯電壓的大小調節占空比，從而達到控制輸出電壓的目的，振盪器的作用是產生PWM工作頻率的三角波，三角波經過斬波電壓斬波後，產生方波，其方波就是控制MOSFET的導通時間從而控制輸出電壓的。

主要技術要求

（1）輸入電壓允許變動範圍：40～57V。

（2）輸出電壓穩定精度：≤±1%。

（3）應有限流性能，限流整定值可在105%～l10%輸出電流額定值之間調整。

（4）同型號設備應能多台並聯工作，並具有均分性能，其不平衡度應≤±5%輸出額定電流值。

（5）輸出雜音電壓：衡重雜音≤2mV；寬頻雜音≤20mV（3.4kHz～30MHz）；峰值雜音≤200mV。

（6）反灌雜音：變換設備在額定工作時，直流電流中寬頻雜音分量（方均根值）應小於直流電流的1%。

（7）效率：<200W時，≥75%；≥200W時，≥70%。

工作模式

按照控制電壓和鋸齒波幅值的關係，開關占空比D可以表示成：(4-2)„直流-直流變換器有兩種不同的工作模式：

1. 電感電流連續模式

2.電感電流斷續模式„在不同的情況下，變換器可能工作在不同的模式。因此，設計變換器和它的控制器參數時，應該考慮這兩種不同的工作模式的特性。

調製

調製方法

開關管導通時，輸出電壓等於輸入電壓Ud；開關管斷開時，輸出電壓等於0。輸出電壓波形如上圖所示，輸出電壓的平均值Uo為(4-1)式中Ts—開關周期D—開關占空比，„改變負載端輸出電壓有3種調製方法：

1．開關周期Ts保持不變，改變開關管導通時間ton。也稱為脈寬調製(PWM)。„

2．開關管導通時間ton保持不變，改變開關周期Ts。„

3. 改變開關管導通時間ton，同時也改變開關周期Ts。

方式1的PWM是最常見的調製方式，這主要是因為後2種方式改變了開關頻率，而輸出級濾波器是根據開關頻率設計的，顯然，方式1有較好的濾波效果。

調製方式

„圖4-2(a)是脈寬調製方式的控制原理圖。給定電壓與實際輸出電壓經誤差放大器得到誤差控制信號uco，該信號與鋸齒波信號比較得到開關控制信號，控制開關管的導通和關斷，得到期望的輸出電壓。圖4-2(b)給出了脈寬調製的波形。鋸齒波的頻率決定了變換器的開關頻率。一般選擇開關頻率在幾千赫茲到幾百千赫之間。