DC/DC 转换器电路基础知识和演示电路分析过程

电路分析是理解实现和转换器输出的一个关键方面，因为它涉及通过计算研究各种电气量，例如节点电压和回路电流。

DC/DC 转换器的行为由有助于构建电路的组件的交互控制。电路分析是理解实现和转换器输出的一个关键方面，因为它涉及通过计算研究各种电气量，例如节点电压和环路电流。

DC/DC转换器电路基础

DC/DC 转换器是工业应用中电力电子和能源驱动研究的一个关键方面。为了迎合多种应用，重要的是根据要求实施它们并了解电路行为的细微差别［1］。电压和电流关系控制平衡期间转换器电路的设计。影响这些值的因素有很多，包括电容器中的电压纹波、电感器引起的电流纹波、平衡状态等。

一些基本的DC-DC转换器的电路图如图1所示。如果我们仔细观察这些电路，它们大多由半导体开关、二极管、电感器、电容器和直流电源等基本电气元件组成。这些基本元件的排列和数量在这些电路中不同，从而产生不同的结果。电路分析的一般策略是创建和求解一个独立方程组，以确定设计条件或求解基本变量。它也可以定义为确定电路中每个元件的电压和电流 ［2］。

图 1. 基本 DC-DC 转换器电路图。EETech 的图像属性

电路分析示例

根据流过电感器的电流，可以将 DC/DC 转换器的操作分为两种不同的模式 ［3］。当电感器电流始终大于零时，称为工作在连续导通模式 （CCM）。在平均电感电流由于低开关频率或高负载电阻而低的情况下，转换器被称为在非连续导通模式 （DCM） 下运行。

重要的是要知道 CCM 是转换器的首选操作模式，因为它具有提高效率、减少无源器件的组件数量以及有效使用半导体开关等优点。DCM 中的转换器操作稍微复杂一些，需要动态控制。这需要确定电感的最小值，以便维持 CCM 中的操作。

为了简化电路分析的复杂性，做了一些近似。这包括假设负载本质上是电阻性的并且输出电压的直流分量是无纹波的。此外，在大多数情况下，电感器和电容器被认为是纯的，尽管它涉及小纹波近似。

考虑降压-升压转换器的示例。从图 2 可以看出，与输入相比，输出电压的极性相反。考虑到电容器在半导体开关导通之前已完全充电，很明显，一旦开关导通，开关两端的电压就等于电感两端的电压。此外，输出电压与电容器两端的电压相同。一旦开关关闭，电感和电容两端的电压大小相等但极性相反。

图 2. （a） 开关打开和 （b） 开关关闭时的降压-升压转换器电路图。EETech 的图像属性

降压-升压转换器的关键电压和电流波形如图 3 所示。仔细观察这些波形，可以通过电流最大值和最小值的差异来确定开关导通时电感电流的上升。类似地，当开关不导通时，电感电流的下降由最小和最大电感电流值的差值决定。这产生了输入和输出电压之间的关系：

在○=D/（1−D）。在小号VO=D/（1−D）.VS其中 D 是占空比。

图 3. 升降压转换器的输入电流、二极管电流、电感电流和电感两端电压的波形。EETech 的图像属性

此外，基于最小电感器电流的方程以及该值必须为零以维持 CCM 操作的事实，可以估计电感的最小值。需要注意的是，当占空比小于 0.5 时，升降压转换器充当降压转换器，而当占空比大于 0.5 时，它充当升压转换器。在占空比正好为 0.5 的情况下，输出电压值与输入电压值相同。　　

      审核编辑：彭静