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閱讀：59發(fā)布時(shí)間：2024-9-27
電源轉(zhuǎn)換器有望高效、經(jīng)濟(jì)、緊湊且可靠 [1]。此外，盡管輸入電壓在很寬的范圍內(nèi)變化，但對(duì)輸出電壓波動(dòng)的容限應(yīng)該非常低。這是他們迎合的大量應(yīng)用的要求——包括但不限于各種規(guī)模的電源，從筆記本電腦到航天器控制系統(tǒng)，以及從電機(jī)驅(qū)動(dòng)到電信行業(yè)。
基本概念仍然是穩(wěn)壓輸出電壓的產(chǎn)生。什么轉(zhuǎn)換技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)這種行為？繼續(xù)閱讀以了解有關(guān) DC-DC 轉(zhuǎn)換原理的更多信息。
轉(zhuǎn)換器電路概述
在轉(zhuǎn)換器電路中，開(kāi)關(guān)控制功率從輸入側(cè)到輸出側(cè)的動(dòng)態(tài)傳輸。它們要么處于開(kāi)啟狀態(tài)，要么處于關(guān)閉狀態(tài)，狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間很短 [2]。
用作開(kāi)關(guān)器件的半導(dǎo)體元件可以是：
雙極結(jié)型晶體管 (BJT)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET)門(mén)極可關(guān)斷晶閘管 (GTO)快恢復(fù)二極管這些如圖 1 所示。
組件上的電壓波形通常在本質(zhì)上是周期性的，具有脈寬調(diào)制 (PWM) 方波、矩形波或這些的組合。類似地，電流波形可以是三角形到梯形。
大量的轉(zhuǎn)換器電路是可用的，它們能夠增加或減少輸入電壓的幅度以及可能反轉(zhuǎn)其極性。
理想的DC-DC轉(zhuǎn)換器表現(xiàn)出 99% 的效率，但在實(shí)踐中，觀察到 70% 到 95% 的效率。這可以通過(guò)使用消耗幾乎可以忽略不計(jì)的功率的開(kāi)關(guān)模式或斬波電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。工作原理是根據(jù)需要升壓或降壓。
具有一種或另一種形式的線圈的其他變體通常是升壓電路和降壓電路或其應(yīng)用電路的組合。然而，這些中的基本轉(zhuǎn)換原理主要是共振的概念和一些磁性方面。
DC-DC 轉(zhuǎn)換技術(shù)
任何開(kāi)關(guān)DC-DC轉(zhuǎn)換器工作的基礎(chǔ)是電子轉(zhuǎn)換原理。通常，使用開(kāi)關(guān)技術(shù)有助于電子轉(zhuǎn)換器的實(shí)際工作。
切換涉及將一個(gè)直流電壓轉(zhuǎn)換為另一個(gè)直流電壓 - 它可以高于或低于輸入，并且可以通過(guò)暫時(shí)存儲(chǔ)輸入能量，然后根據(jù)要求以受控方式將該能量釋放到不同電壓的輸出來(lái)實(shí)現(xiàn).這主要受兩個(gè)重要概念的支配：共振和磁學(xué)。
電感器和電容器等無(wú)源器件網(wǎng)絡(luò)是大多數(shù)電源轉(zhuǎn)換器的一部分。這些無(wú)源元件形成了一個(gè)諧振回路，該諧振回路根據(jù)諧振的概念被調(diào)諧以在特定頻率下諧振。圖 2 顯示了一個(gè)示例諧振回路電路。
諧振模式下的轉(zhuǎn)換器操作定義為電路輸入和輸出之間的阻抗處于最小點(diǎn) [3] 的點(diǎn)。
在正弦電壓或電流的零交叉點(diǎn)附近切換的能力確保了由于功率損耗降低而提高的效率。這是可能的，因?yàn)閷㈦娙萜骱碗姼衅鞯入娍乖胖迷诳拷_(kāi)關(guān)的位置，以便產(chǎn)生必要的正弦電壓或電流。
在漏極到源極電壓幾乎可以忽略不計(jì)時(shí)進(jìn)行切換（零電壓切換或 ZVS），并在流過(guò)開(kāi)關(guān)的電流量可忽略不計(jì)的情況下在切換狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換（零電流切換或 ZCS）可確保降低開(kāi)關(guān)損耗。此原理也稱為軟開(kāi)關(guān)，它還有助于減少電磁干擾 (EMI)。
磁性設(shè)計(jì)方面構(gòu)成了轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的一個(gè)組成部分，并且大多是不可分割的。因此，從早期設(shè)計(jì)階段（如預(yù)期轉(zhuǎn)換器的建模）開(kāi)始，建模和設(shè)計(jì)與之相關(guān)的必要磁性至關(guān)重要。這一階段有助于了解所需的磁性元件及其集成后的操作，并為開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的磁性器件設(shè)計(jì)提供見(jiàn)解。
對(duì)轉(zhuǎn)換器至關(guān)重要的關(guān)鍵磁性元件之一是電感器。電感器的類型，如單繞組、多繞組或耦合電感器是根據(jù)轉(zhuǎn)換器的要求確定的，并開(kāi)始設(shè)計(jì)。目標(biāo)是根據(jù)適當(dāng)轉(zhuǎn)換器操作所需的磁性優(yōu)化設(shè)計(jì)，并確保的性能。最小化總損耗是磁性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵目標(biāo)，設(shè)計(jì)過(guò)程將最小銅損等因素作為基本約束。
關(guān)鍵要點(diǎn)
理想的DC-DC轉(zhuǎn)換器表現(xiàn)出 99% 的效率，但在實(shí)踐中，觀察到 70% 到 95% 的效率。任何開(kāi)關(guān) DC-DC 轉(zhuǎn)換器工作的基礎(chǔ)是電子轉(zhuǎn)換原理。切換涉及將一個(gè)直流電壓轉(zhuǎn)換為另一個(gè)直流電壓 - 它可以高于或低于輸入，并且可以通過(guò)暫時(shí)存儲(chǔ)輸入能量，然后根據(jù)要求以受控方式將該能量釋放到不同電壓的輸出來(lái)實(shí)現(xiàn).
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