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DC-DC转换器的类型和工作原理介绍

2420 2022-04-11 来源: IC先生 作者: IC先生

DC-DC转换器是一种接受直流输入电压并提供直流输出电压的设备,输出电压可以大于输入电压,反之亦然,主要用于将负载与电源匹配。最简单的DC-DC转换器电路由一个开关组成,该开关控制负载与电源的连接和断开。

基本的DC-DC转换器由通过晶体管二极管等开关从负载传输到储能设备(如电感器或电容器)的能量组成,可以用作线性电压调节器或开关模式调节器。

DC-DC转换器

DC-DC转换器的种类

目前DC-DC转换器主要分为三个类型,即降压转换器、升压转换器以及降压升压转换器。

  • 降压转换器:降压转换器用于将高输入电压转换为低输出电压。在该转换器中,连续输出电流提供了较小的输出电压纹波。
  • 升压转换器:升压转换器用于将较低的输入电压转换为较高的输出电压。在升压转换器或升压转换器中,当开关闭合时,负载从电容器获得电压供应,电容器通过流过电感的电流充电,当开关打开时,负载从输入级和电感获得电源。
  • 降压升压转换器:在降压升压转换器中,输出可以保持更高或更低,这取决于源电压。当源电压高时输出电压低,源电压低时输出电压高。

升压转换器的工作原理

由于升压转换器的应用相对来说比较广泛,所以下面简单介绍下升压转换器的工作原理。

众所周知,升压转换器是一个简单的转换器,用于将直流电压从低电平转换为高电平。升压转换器也称为直流到直流转换器。升压转换器(DC-DC转换器)是在1960年代初期开发的,这些转换器是使用半导体开关器件设计的。

不使用升压转换器:在半导体开关设备中,线性稳压电路(DC电源稳压电路)从未稳压的输入电源(AC电源)获取电压,因此存在功率损耗,功率损耗与电压降成正比。

使用升压转换器:在开关设备中,转换器将未调节的交流或直流输入电压转换为已调节的直流输出电压。

大多数升压转换器用于SMPS设备,SMPS从交流电源接入输入电源,使用电容器和整流器对输入电压进行整流和滤波。

升压转换器的工作原理

电源电路设计人员大多选择升压模式转换器,因为与电源电压相比,输出电压总是很高。在该电路中,功率级可以在两种模式下运行,即连续导通模式 (CCM)和不连续传导模式 (DCM)。
1、连续导通方式:

升压转换器连续导通模式

升压转换器连续开关模式由电感器、电容器和输入电压源以及一个开关器件等给定组件构成。在这个电感器中充当电力存储元件。升压转换器开关由PWM(脉冲宽度调制器)控制。当开关打开时,能量在电感器中产生,更多的能量被传递到输出端。这样可以从低压输入源转换高压电容器,而且输入电压总是大于输出电压。在连续导通模式下,电流相对于输入电压增加。

2、非连续导通方式:

升压转换器不连续条件模式

非连续导通模式电路由电感、电容、开关器件和输入电压源组成。 电感器是与连续导通方式相同的蓄电元件。在非连续模式下,当开关打开时,能量被传递到电感器。如果开关关闭一段时间,电感电流在下一个开关周期打开时达到零。输出电容器相对于输入电压进行充电和放电,其输出电压低于连续模式。

DC-DC转换器的主要应用

DC-DC转换器的应用非常广泛,以下简单列举一些:

  • 汽车应用
  • 功放应用
  • 自适应控制应用
  • 电池供电系统
  • 消费类电子产品
  • 通信应用 电池充电电路
  • 在加热器和焊机中
  • 直流电机驱动
  • 功率因数校正电路
  • 分布式电源架构系统

DC-DC转换器工作示例

这里简单介绍一个简单的DC-DC转换器电路,为各种直流操作电路供电,它可以提供高达18伏直流电的直流电源。你可以通过更改齐纳二极管ZD值来简单地选择输出电压,该电路具有电压和电流调节功能。

电路元件:

  • 一个LED
  • 18V电池
  • 用作稳压器的齐纳二极管
  • 用作开关的晶体管。

系统工作原理图:

工作原理图

电路的输入电压来自一个18伏500毫安变压器的电源,当然,你也可以使用电池的输入电压。来自电源的18伏直流电提供给中等功率晶体管BD139 (T1) 的集电极和基极。电阻器R1限制T1的基极电流,以便对输出电压进行电流调节。

齐纳二极管ZD调节输出电压,选择适当的齐纳值来固定输出电压。例如,如果齐纳二极管是12伏特,则电路在输出端提供12伏特直流电。二极管D1用作极性保护器。LED提供电源开启状态。在这里,使用了线性模式下的DC-DC转换器,其中晶体管的基极电压被控制以获得所需的输出,具体取决于齐纳二极管电压。

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文章标签: 转换器
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