直流变直流电路(DC-DC Converter)及斩波电路(DC Chopper)

[导读]通过可控开关(MOSFET等)进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容(感)里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。

DC/DC转换器是开关电源芯片，指利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关(MOSFET等)进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容(感)里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。其输出的功率或电压的能力与占空比(由开关导通时间与整个开关的周期的比值)有关。开关电源可以用于升压和降压。常用的DC-DC产品有两种。一种为电荷泵(Charge Pump)，一种为电感储能DC-DC转换器。本文详细讲解了这两种DC/DC产品的相关知识。DC/DC 转换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。DC/DC 转换器分为三类：升压型DC/DC 转换器、降压型DC/DC 转换器以及升降压型DC/DC 转换器。

直流变直流电路(DC-DC Converter)，也叫斩波电路(DC Chopper)。能将一种直流电源变换成另一种具有不同输出特性的直流电源的电路，是开关电源的核心。跟交交变换一样，直流变直流也分为直接直流变流电路和间接直流变流电路。我们一般按照电路拓扑的不同，将其分为不带隔离变压器的和带隔离变压器的DC-DC变换器。分类如下：

不带隔离变压器的：降压(Buck)变换器、升压(Boost)变换器、升降压(Buck-Boost)变换器和丘克(Cuk)变换器等。

带隔离变压器的：反激式(Flyback)变换器、正激式(Forward)变换器、推挽式(Push-Pull)变换器和桥式(Bridge)等。

其中，Buck电路和Boost电路是DC-DC变换器最基本的两种拓扑形式。 DC-DC变换器的主要功能是变换直流电压等级，隔离变压器则根据实际情况进行选取，其基本作用是输入输出之间的隔离，也可以进行变压用。无论哪一种DC-DC变换器，主回路使用的元器件都是功率半导体、电感、电容。目前使用的开关器件主要有MOSFET、IGBT以及二极管等。电感和电容则是存储和传递电能的元件。

DC-DC变换器的基本手段是通过控制开关器件的通断，使带有滤波器的负载和直流电源一会儿接通，一会儿断开，从而在负载上得到另一个等级的电压。

其具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、电路形式多样等优点，在信息、航天、家电、军事、交通等各个领域得到普遍应用。可以说DC-DC变换器无处不在了。

接下来，我们就一起慢慢地聊一聊DC-DC的那些事儿~

2降压(Buck)

降压电路，顾名思义，就是将一个原本比较高的电压转换成电压较低的电路，即输出电压小于等于输入电压的单管非隔离直流变换电路。

基本电路拓扑如下：

Buck电路的主电路是由开关管T、二极管D、输出滤波电感L和输出滤波电容C构成的，电源是电压源性质，负载则为电流源性质。

为了便于我们分析，这里我们设定了几个前提：

①开关管、二极管均认为是理想器件，即在导通时没有导通压降，截止时没有漏电流(当然，实际情况中，有必要考虑这些因素的);

②电感、电容也认为是理想器件。电感工作在线性区并且未饱和，寄生电阻为零，电容的等效串联电阻(ESR)也为零;

③输出电压中的纹波电压和输出电压的比值很小，可以忽略。

首先，我们定义一个比较重要的参数，占空比。即开关管导通时间ton和开关周期Ts的比值，用Dc表示。

Dc=ton/Ts

根据电感电流是否连续，Buck变换器有三种工作模式——连续导电模式(CCM)、不连续导电模式(DCM)和临界状态(BCM)。电感电流连续是指输出滤波电感L的电流总大于零，电感电流断续是指在开关管关断期间有一段时间流过电感的电流为零。在这两种工作模式之间便是电感电流临界连续状态，即在开关管关断期末，滤波电感的电流刚好降为零。

Buck变换器连续导电模式

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