DC-DC变换器的PWM控制技术
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2010-08-05
08:26:23
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DC/DC 变换器的 PWM 控制技术
内容:DC/DC 变换器广泛应用于便携装置（如笔记本计算机、蜂窝电话、寻呼机、 PDA 等）中。它有两种
类型，即线性变换器和开关变换器。开关变换器因具有效率高、灵活的正负极性和升降压方式的特点，而
备受人们的青睐。
开关稳压器利用无源磁性元件和电容电路元件的能量存储特性，从输入电压源获取分离的能量，暂时地
把能量以磁场形式存储在电感器中，或以电场形式存储在电容器中，然后将能量转换到负载，实现 DC/
DC 变换。
实现能量从源到负载的变换需要复杂的控制技术。现在，大多数采用 PWM（脉冲宽度调制）技术。从
输入电源提取的能量随脉宽变化，在一固定周期内保持平均能量转换。PWM 的占空因数（δ）是“on”时间
（ton，从电源提取能量的时间）与总开关周期（T）之比。对于开关稳压器，其稳定的输出电压正比于
PWM 占空因数，而且控制环路利用“大信号”占空因数做为对电源开关的控制信号。
开关频率和储能元件
DC/DC 变换器中，功率开关和储能元件的物理尺寸直接受工作频率影响。磁性元件所耦合的功率是：
P（L）=1/2（LI2f）。随着频率的提高，为保持恒定的功率所要求的电感相应地减小。由于电感与磁性材
料的面积和线匝数有关，所以可以减小电感器的物理尺寸。
电容元件所耦合的功率是：P(c)=1/2(CV2f)，所以储能电容器可实现类似的尺寸减小。元件尺寸的减小
对于电源设计人员和系统设计人员来说都是非常重要的，可使得开关电源占用较小的体积和印刷电路板面
积。
开关变换器拓扑结构
开关变换器的拓扑结构系指能用于转换、控制和调节输入电压的功率开关元件和储能元件的不同配置。
很多不同的开关稳压器拓扑结构可分为两种基本类型：非隔离型（在工作期间输入源和输出负载共用一个
共同的电流通路）和隔离型（能量转换是用一个相互耦合磁性元件（变压器）来实现的，而且从源到负载
的耦合是借助于磁通而不是共同的电器）。变换器拓扑结构是根据系统造价、性能指标和输入线 /输出负
载特性诸因素选定的。
非隔离开关变换器
有四种基本非隔离开关稳压器拓扑结构用于 DC/DC 变换器。
1. 降压变换器
降压变换器将一输入电压变换成一较低的稳定输出电压。输出电压（Vout）和输入电压（Vin）的关系为：
Vout/Vin=δ（占空因数）Vin>Vout
2. 升压变换器
升压变换器将一输入电压变换成一较高的稳定输出电压。输出电压和输入电压的关系为：
Vout/Vin=1/（1-δ）Vin
3. 逆向变换器
逆向变换器将一输入电压变换成一较低反相输出电压。输出电压与输入电压的关系为：
Vout/Vin=-δ/（1-δ）Vin>|Vout|
4.Cuk 变换器
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