DC-DC轉換器工作原理是什么?

直流-直流轉換器(DC-to-DC converter)也稱為DC-DC轉換器，是電能轉換的電路或是機電設備，可以將直流(DC)電源轉換為不同電壓的直流(或近似直流)電源。其功率范圍可以從很小(小的電池)到非常大(高壓電源轉換)。有些直流-直流轉換器的輸出電壓和輸入電壓有相同的參考點，而有些直流-直流轉換器的輸出電壓是和輸入電壓隔離。

DC-DC轉換器工作原理是什么?

DC-DC轉換器是一種電子設備，它可以將電源輸入電壓(VIN)變成不同的電壓輸出(VOUT)，通常用于電路設計中，以實現(xiàn)電源管理和控制。這些轉換器將直流電(DC)電壓轉換成不同的、可調(diào)整的電壓，通常被應用于電子設備中，以滿足各種不同的電源要求。DC-DC轉換器類型有很多，如線性型、開關型、脈沖寬度調(diào)制型等等。

工作原理：

DC-DC轉換器的工作原理分為兩個基本部分：開關和濾波。其基本原理是，通過控制開關器的位置和頻率，將電源輸入電壓(VIN)變成不同的電壓輸出(VOUT)。在DC-DC轉換器中，

開關控制

器可以控制開和關的時間，從而調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，并根據(jù)需要產(chǎn)生相應的電源輸出。以下是開關型DC-DC轉換器的工作原理：

1、輸入電壓濾波：在輸入電壓之前，我們將使用

濾波器

來減小干擾和波動。通常，被稱為LC過濾器，其中包括電感和

電容

兩個部分。在這里，輸入電壓通過電感，然后經(jīng)過電容，以盡量減少噪音、漣波和各種干擾。

2、初始開關狀態(tài)：剛開始，我們將設置開關的初始狀態(tài)(ON/OFF)。這可以從

控制器

中得到。它取決于所需的輸出電壓和輸入電壓之間的差異，以及相應電路的安裝方式。

3、導通狀態(tài)：開關器在導通狀態(tài)下，它的零阻抗導通，以允許電源中的

電流

流動到電感中。在這種情況下，輸出電壓將取決于電感的大小和輸入電壓的頻率。

4、電感充電狀態(tài)：當開關器進入關斷狀態(tài)時，電感存儲介質(zhì)的能量。通過放出電荷到

電容器

，利用中計算進行時間積分，我們可以計算出電感上的瞬時電壓，并從中得到輸出電壓。

5、關斷狀態(tài)：在開關器進入關斷狀態(tài)時，電容釋放電流到負載上，以提供所需的輸出電壓。同時，開關器轉換到新的位置并開始下一次循環(huán)。

6、閉環(huán)控制：通常，我們會添加一個閉環(huán)控制器，以允許DC-DC轉換器在變化的負載下維持穩(wěn)定的輸出電壓。控制器將根據(jù)電路的要求定期測量輸出電壓，然后根據(jù)

檢測

結果，判斷開關器要進入導通狀態(tài)還是關斷狀態(tài)。

總結來說，DC-DC轉換器是一種非常有用的電子設備，它可以將電源輸入電壓(VIN)變成不同的電壓輸出(VOUT)，應用廣泛。其工作原理是基于開關和濾波理論，并使用閉環(huán)控制器來保證輸出電壓穩(wěn)定，以適應不同的負載需求。

一、什么是DC-DC轉換器及功能?

DC-DC轉換器是一種將直流電壓或者電流電平轉換為另一種直流電壓或電流電平的電子電路。大多數(shù)情況下，設備只使用一個電源。

如果不同的子電路需要不同的電壓才能正常工作，才需要將輸入電壓轉換為較低或者較高的電平，這個時候就可以通過DC-DC轉換器來完成了。

DC-DC轉換器除了轉換電壓，可以用來穩(wěn)定電壓，不會讓電壓下降或者上升太多。例如：汽車DC-DC轉換器用途之一就是調(diào)節(jié)汽車交流發(fā)電機中的電壓波動。

DC-DC轉換器挨著電源

二、常見的DC-DC轉換器

1、線性DC-DC轉換器

線性轉換器通過阻性負載降低輸出電壓，在這里輸入和輸出連接一個晶體管。輸入電壓被晶體管兩端的電壓降低，從而導致輸出電壓下降。

線性DC-DC轉換器

線性DC-DC轉換器是最簡單的轉換器類型，這里的電壓通過放置在輸入和輸出之間的晶體管來降低。

線性DC-DC轉換器的電路簡單和便宜，但是也有許多缺點。只能用于降低電壓，此外，效率會隨著輸入和輸出電壓之差的增加而下降。

另一方面，未使用的功率會以熱量的形式耗散，如果輸入和輸出電壓差異很大，很容易就會過熱。

線性DC-DC用于需要高質(zhì)量輸出電壓和低輸出電壓紋波的低功率設備和節(jié)點或者用于對電磁干擾敏感的設備。

線性轉換器通常用于音頻和視頻電子、通信設備、醫(yī)療和測量設備。

2、開關DC-DC轉換器

開關轉換器使用開關元件、通過電脈沖為存儲電容充電，然后，電壓通過電容進行平滑處理并傳輸至負載，輸出電壓電平由開關元件的占空比定義。

開關DC-DC轉換器

開關DC-DC轉換器由電源開關、導體線圈、二極管和存儲電容組成。元器件的數(shù)量及排列方式都會影響到轉換器的工作。

輸入電壓以脈沖形式施加，但是電容對其進行了平滑處理。與線性轉換器相比，開關轉換器的效率要高，可以達到85-90%。

因為效率比較高，也不會產(chǎn)生太多的熱量，可用于降低和增加輸出電壓，會產(chǎn)生更多的電磁噪聲并需要更多的組件，也會更貴。

DC轉換器應用實際案例：

下面為一個實際項目，需要為多個無線電發(fā)射器的設備中的多個子電路供電。

子電路需要5V，而輸入電壓為12V.最大電流達到2A。在這種情況下，使用線性轉換器是不太實際的，因為一半以上的能量會以熱量的形式耗散(全功率高達14W)。

安裝冷卻散熱器也不是一個好的選擇，因為外殼太小(10x10x1 厘米)。相反，使用TPS54335轉換器。

DC轉換器應用實例

當子電路所需的輸入電壓和輸出電壓之間的差異太大時，開關轉換器可以避免產(chǎn)生過多的熱量。

3、非隔離和隔離DC-DC 轉換器

非隔離式DC-DC設計的特點是輸入和輸出電路致之間直接連接(也就是具有單一電路)，與隔離模型相比，可以用于低功率設備。例如：通信、計算機、汽車及其他行業(yè)。

非隔離和隔離DC-DC 轉換器

隔離式轉換器，輸入和輸出相互分離，通常使用的式變壓器，可以阻止2個電路之間的直流流動。

通常來說初級和次級是分開，廣泛用于高壓DC-DC轉換器。此外，這個設計可以允許你斷開接地環(huán)路，可以保護敏感電路免受噪聲影響。

可以用于可編程邏輯控制器、工業(yè)自動化、IGBT驅(qū)動器的電源。

隔離式轉換器電路實例

例如下面這個例子，因為設備工作在潮濕的環(huán)境中，因此必須使用隔離式轉換器。在這里，使用了LM25017 fly-buck 穩(wěn)壓器

隔離式轉換器電路實例

存在電擊風險的系統(tǒng)使用LM25017 fly-buck 穩(wěn)壓器是理想的選擇。

4、降壓型DC-DC轉換器

降壓轉換器，與輸入相比，產(chǎn)生較低的輸出電壓。

在簡單的降壓轉換器中，開關元件(K)快速打開和關閉電源。輸出電壓看起來像一系列方波。當開關打開時，線圈(L)和電容(C)會積蓄能量。

電容將這些波平滑成直流電壓。當電壓達到所需水平時，開關元件關閉，二極管(D)導通。自感電動勢使電流留過二極管，線圈中積累的能量為負載充電。

下面是一個簡單的降壓轉換器原理圖。

降壓轉換器

降壓轉換器用于許多領域，包括電池充電器、多媒體播放器、游戲機、監(jiān)視器和電視機。

5、升壓型DC-DC轉換器

升壓DC-DC可以產(chǎn)生高于輸入電壓的電壓。在典型的升壓轉換器中，感應線圈接收幾乎所有電流，而閉合的二極管不讓電流對電容和負載充電。

由于電流較高，與降壓原理圖相比，線圈可以積聚更多的磁場能量，當電壓下降到某一點時，電源鍵關閉，同時二極管導通。

輸入電壓增加了存儲在線圈中的能量，這樣的話，升壓DC-DC轉換器的輸出電壓高于輸入電壓。

升壓DC-DC轉換器

如上圖，升壓DC-DC轉換器與降壓型轉換器相同的組件，開關元件、導體線圈、二極管和電容，但排列方式不同。

升壓轉換器通常用于混合動力汽車、使用節(jié)能燈的照明系統(tǒng)，便攜式照明設備。

6、buck-bosst DC-DC 轉換器

buck-bosst DC-DC 轉換器可以增加和減少輸入電壓以產(chǎn)生更高或者更低的輸出電平。當需要處理寬輸入電壓范圍時，通常就會用到。

在這種情況下，轉換器使用2個導體和2個電容來升高和降低電壓。

buck-bosst DC-DC 轉換器

buck-bosst DC-DC 轉換器通常用于鋰離子電池供電的設備中。通常轉換器將電壓降低到所需水平。但是隨著電池電壓隨著時間下降會開始升高。

7、反相DC-DC轉換器

反相DC-DC轉換器的主要功能是反轉輸出電壓的極性。輸出電平可以高于或者低于輸入電平。當設備需要雙電源(例如運算放大器)

反相DC-DC轉換器