DC／DC 转换器：转换器拓扑

转换器拓扑

DC/DC 转换器是研究电力电子和能源驱动的一个关键方面，因为它们广泛应用于多种工业应用中。DC/DC 转换技术建立于 20 世纪 20 年代 [1]。从那时起，DC/DC 转换技术取得了显着进步。由于低电压和高功率密度这两个主要行业趋势，它们也正在经历重大变化。这就导致了范围内DC/DC转换器的产量远远超过AC/DC转换器。

DC/DC 转换器简单的形式是分压器，例如变阻器或电位计。然而，它只能传输低于输入电压的输出电压，并且转换效率也较差。一些基本的分压器电路如图 1 所示。

图 1. 基本分压器电路。EETech 的形象财产

DC/DC 转换器发展的下一步是多象限斩波器。

通信技术的发展促进了DC/DC转换技术的快速发展。在较高层面上，DC/DC 转换器已根据其演变分为几代 DC/DC 转换拓扑。它们被分类为属于不同的转换器系列。根据一些可能不完整的统计，过去 6 年来已经开发了 500 多个 DC/DC 转换器原型。

DC/DC转换器的分类

经典或传统转换器被归类为代转换器。它们通常以单象限模式工作并在低功率范围内运行。其中包括基本转换器，如降压、升压和降压-升压转换器，以及一些变压器型转换器。

第二代转换器包括多象限DC/DC转换器，其工??作在两象限或四象限操作模式下。它们工作在中等输出功率范围内，可分为两大类——源自代转换器基础的拓扑和基于变压器的拓扑。

第三代转换器是基于开关组件转换器形成的，并且使用电感器或电容器来实现，因此称为开关电感器或开关电容器电路。它们以二象限或四象限运行，具有高输出功率范围，并具有高功率密度和转换效率的优点。

第四代变换器主要由零电流开关（ZCS）和零电压开关（ZVS）变换器等软开关变换器组成。它们可分为谐振开关转换器、负载谐振转换器、谐振直流链路转换器和高频链路积分半周期转换器。大多数注意力仅集中在谐振开关转换方法上。

第五代转换器包括同步整流器 (SR) 转换器，这对于发展计算技术至关重要。一般来说，低输出电压和大电流的电源广泛应用于通信、工业应用和计算机设备。

第六代转换器由多个储能元件谐振（MER）转换器组成。反过来，这些又根据谐振储能元件进行分类。

图 2 展示了 DC/DC 转换器系列的概要。

DC/DC 转换器工作原理

对于降压、升压和降压-升压转换器，开关和二极管交替打开和关闭。它们通常工作在连续导通模式，并且电感器电流是连续的。SEPIC 和 Cuk 等一些降压-升压转换器建立在传统拓扑的基础上，同时提供额外的好处，例如减少端子处的电流纹波 [2]。还有其他基于变压器的拓扑，例如正激转换器、反激转换器、推挽转换器、桥式转换器和 Zeta 转换器 [3]。可以使用基尔霍夫定律等电路分析概念对这些进行类似于基本转换器以及谐振和互感的基本电气原理的分析。