直流-直流轉(zhuǎn)換器(DC-to-DC converter)也稱為DC-DC轉(zhuǎn)換器，是電能轉(zhuǎn)換的電路或是機(jī)電設(shè)備，可以將直流(DC)電源轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換)。有些直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸出電壓和輸入電壓有相同的參考點(diǎn)，而有些直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸出電壓是和輸入電壓隔離。

DC-DC轉(zhuǎn)換器工作原理是什么?

DC-DC轉(zhuǎn)換器是一種電子設(shè)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(shè)計(jì)中，以實(shí)現(xiàn)電源管理和控制。這些轉(zhuǎn)換器將直流電(DC)電壓轉(zhuǎn)換成不同的、可調(diào)整的電壓，通常被應(yīng)用于電子設(shè)備中，以滿足各種不同的電源要求。DC-DC轉(zhuǎn)換器類型有很多，如線性型、開關(guān)型、脈沖寬度調(diào)制型等等。

工作原理：

DC-DC轉(zhuǎn)換器的工作原理分為兩個(gè)基本部分：開關(guān)和濾波。其基本原理是，通過控制開關(guān)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(zhuǎn)換器中，

開關(guān)控制

器可以控制開和關(guān)的時(shí)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(yīng)的電源輸出。以下是開關(guān)型DC-DC轉(zhuǎn)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(dòng)。通常，被稱為L(zhǎng)C過濾器，其中包括電感和

電容

兩個(gè)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(guān)狀態(tài)：剛開始，我們將設(shè)置開關(guān)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(yīng)電路的安裝方式。

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

電流

流動(dòng)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(dāng)開關(guān)器進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，電感存儲(chǔ)介質(zhì)的能量。通過放出電荷到

電容器

，利用中計(jì)算進(jìn)行時(shí)間積分，我們可以計(jì)算出電感上的瞬時(shí)電壓，并從中得到輸出電壓。

5、關(guān)斷狀態(tài)：在開關(guān)器進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，電容釋放電流到負(fù)載上，以提供所需的輸出電壓。同時(shí)，開關(guān)器轉(zhuǎn)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(huì)添加一個(gè)閉環(huán)控制器，以允許DC-DC轉(zhuǎn)換器在變化的負(fù)載下維持穩(wěn)定的輸出電壓?？刂破鲗⒏鶕?jù)電路的要求定期測(cè)量輸出電壓，然后根據(jù)

檢測(cè)

結(jié)果，判斷開關(guān)器要進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)還是關(guān)斷狀態(tài)。

總結(jié)來說，DC-DC轉(zhuǎn)換器是一種非常有用的電子設(shè)備，它可以將電源輸入電壓(VIN)變成不同的電壓輸出(VOUT)，應(yīng)用廣泛。其工作原理是基于開關(guān)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(yīng)不同的負(fù)載需求。

一、什么是DC-DC轉(zhuǎn)換器及功能?

DC-DC轉(zhuǎn)換器是一種將直流電壓或者電流電平轉(zhuǎn)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(shè)備只使用一個(gè)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(zhuǎn)換為較低或者較高的電平，這個(gè)時(shí)候就可以通過DC-DC轉(zhuǎn)換器來完成了。

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

DC-DC轉(zhuǎn)換器挨著電源

二、常見的DC-DC轉(zhuǎn)換器

1、線性DC-DC轉(zhuǎn)換器

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

線性DC-DC轉(zhuǎn)換器

線性DC-DC轉(zhuǎn)換器是最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器的電路簡(jiǎn)單和便宜，但是也有許多缺點(diǎn)。只能用于降低電壓，此外，效率會(huì)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(huì)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(huì)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(shè)備和節(jié)點(diǎn)或者用于對(duì)電磁干擾敏感的設(shè)備。

線性轉(zhuǎn)換器通常用于音頻和視頻電子、通信設(shè)備、醫(yī)療和測(cè)量設(shè)備。

2、開關(guān)DC-DC轉(zhuǎn)換器

開關(guān)轉(zhuǎn)換器使用開關(guān)元件、通過電脈沖為存儲(chǔ)電容充電，然后，電壓通過電容進(jìn)行平滑處理并傳輸至負(fù)載，輸出電壓電平由開關(guān)元件的占空比定義。

開關(guān)DC-DC轉(zhuǎn)換器

開關(guān)DC-DC轉(zhuǎn)換器由電源開關(guān)、導(dǎo)體線圈、二極管和存儲(chǔ)電容組成。元器件的數(shù)量及排列方式都會(huì)影響到轉(zhuǎn)換器的工作。

輸入電壓以脈沖形式施加，但是電容對(duì)其進(jìn)行了平滑處理。與線性轉(zhuǎn)換器相比，開關(guān)轉(zhuǎn)換器的效率要高，可以達(dá)到85-90%。

因?yàn)樾时容^高，也不會(huì)產(chǎn)生太多的熱量，可用于降低和增加輸出電壓，會(huì)產(chǎn)生更多的電磁噪聲并需要更多的組件，也會(huì)更貴。

DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用實(shí)際案例：

下面為一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目，需要為多個(gè)無線電發(fā)射器的設(shè)備中的多個(gè)子電路供電。

子電路需要5V，而輸入電壓為12V.最大電流達(dá)到2A。在這種情況下，使用線性轉(zhuǎn)換器是不太實(shí)際的，因?yàn)橐话胍陨系哪芰繒?huì)以熱量的形式耗散(全功率高達(dá)14W)。

安裝冷卻散熱器也不是一個(gè)好的選擇，因?yàn)橥鈿ぬ?10x10x1 厘米)。相反，使用TPS54335轉(zhuǎn)換器。

DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用實(shí)例

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

3、非隔離和隔離DC-DC 轉(zhuǎn)換器

非隔離式DC-DC設(shè)計(jì)的特點(diǎn)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(shè)備。例如：通信、計(jì)算機(jī)、汽車及其他行業(yè)。

非隔離和隔離DC-DC 轉(zhuǎn)換器

隔離式轉(zhuǎn)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(gè)電路之間的直流流動(dòng)。

通常來說初級(jí)和次級(jí)是分開，廣泛用于高壓DC-DC轉(zhuǎn)換器。此外，這個(gè)設(shè)計(jì)可以允許你斷開接地環(huán)路，可以保護(hù)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(dòng)化、IGBT驅(qū)動(dòng)器的電源。

隔離式轉(zhuǎn)換器電路實(shí)例

例如下面這個(gè)例子，因?yàn)樵O(shè)備工作在潮濕的環(huán)境中，因此必須使用隔離式轉(zhuǎn)換器。在這里，使用了LM25017 fly-buck 穩(wěn)壓器

隔離式轉(zhuǎn)換器電路實(shí)例

存在電擊風(fēng)險(xiǎn)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(zhuǎn)換器

降壓轉(zhuǎn)換器，與輸入相比，產(chǎn)生較低的輸出電壓。

在簡(jiǎn)單的降壓轉(zhuǎn)換器中，開關(guān)元件(K)快速打開和關(guān)閉電源。輸出電壓看起來像一系列方波。當(dāng)開關(guān)打開時(shí)，線圈(L)和電容(C)會(huì)積蓄能量。

電容將這些波平滑成直流電壓。當(dāng)電壓達(dá)到所需水平時(shí)，開關(guān)元件關(guān)閉，二極管(D)導(dǎo)通。自感電動(dòng)勢(shì)使電流留過二極管，線圈中積累的能量為負(fù)載充電。

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的降壓轉(zhuǎn)換器原理圖。

降壓轉(zhuǎn)換器

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

5、升壓型DC-DC轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器中，感應(yīng)線圈接收幾乎所有電流，而閉合的二極管不讓電流對(duì)電容和負(fù)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(chǎng)能量，當(dāng)電壓下降到某一點(diǎn)時(shí)，電源鍵關(guān)閉，同時(shí)二極管導(dǎo)通。

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

升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器

如上圖，升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器與降壓型轉(zhuǎn)換器相同的組件，開關(guān)元件、導(dǎo)體線圈、二極管和電容，但排列方式不同。

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

6、buck-bosst DC-DC 轉(zhuǎn)換器

buck-bosst DC-DC 轉(zhuǎn)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(dāng)需要處理寬輸入電壓范圍時(shí)，通常就會(huì)用到。

在這種情況下，轉(zhuǎn)換器使用2個(gè)導(dǎo)體和2個(gè)電容來升高和降低電壓。

buck-bosst DC-DC 轉(zhuǎn)換器

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

7、反相DC-DC轉(zhuǎn)換器

反相DC-DC轉(zhuǎn)換器的主要功能是反轉(zhuǎn)輸出電壓的極性。輸出電平可以高于或者低于輸入電平。當(dāng)設(shè)備需要雙電源(例如運(yùn)算放大器)

反相DC-DC轉(zhuǎn)換器