DC-DC 转换器是一种机电设备或电路,可根据电路需求将直流电压从一个电平转换为另一个电平。DC-DC 转换器属于电力转换器类别,既可用于电池等低压应用,也可用于高压应用,如高压输电。
在没有半导体的情况下,将直流 (DC) 电压转换为低功率项目所需更高电压的一种普遍方法是利用振动器电路将其转换为交流 (AC) 电压。随后,使用升压变压器来放大输出电压幅度,然后使用整流器电路来完成直流转换。混合电动发电机系统用于高功率应用。电动机为发电机供电,为负载提供必要的电压。尽管成本高且效率有限,但由于当时没有其他方法,因此采用了这些程序。
功率半导体和集成电路 (IC) 的发展催生了经济高效的替代方案,例如直流电源,该电源将高频交流电馈入变压器。该设备经济高效且易于使用。电压经过调制,然后使用整流器转换为直流电 (DC)。
DC-DC 转换器的工作原理
切换技术经常在转换器操作中实施。根据应用的要求,开关操作的 DC-DC 转换器将 DC 电压从一个电平转换为另一个电平;因此输出电压可能大于或小于输入值。转换器在提供不同级别的输出时会保留一段时间的能量。能量以电场的形式存储在电容器中,以磁场的形式存储在导体变压器中。与线性电压转换(会导致通过热量耗散功率)相比,开关电压转换更节能且更易于处理。为了实现效率,需要具有快速上升和下降时间的高速半导体器件。高速切换使电路设计变得复杂,因为需要的配置。延长电池寿命是开关模式转换器高效率的结果,这消除了对吸热器的需求。使用FET可提高转换器的效率,因为这些组件与 BJT 相比,执行切换过程时损耗更小。
DC-DC 转换器的其他增强功能包括用功率 FET 替代同步整流电路中的反激二极管,这可以减少开关损耗并具有更低的电阻。
大多数 DC-DC 转换器的电力传输都是单向的,从输入到输出。另一方面,更换所有二极管控制的有源整流器电路可使所有开关稳压器电路实现任意方向的双向电力传输。双向转换器在车辆再生制动等情况下非常有用,在车辆行驶时向车轮供电,在车辆停止时接收电力。
与其他高频电路类似,DC-DC 转换器需要进行某些调整,包括元件的选择、连接的建立以及将开关噪声调节到可接受的程度。起初,制造成本高于线性稳压器;但是,由于采用了的电路制造技术,这一成本很快就降低了。
如今的 DC-DC 转换器都是基于 IC 的,需要一些额外的元件。这些元件的混合配置也存在于许多电子结构中。
图 1 显示了各种类型的 DC-DC 转换器,包括降压、升压、降压-升压和 uk 电路。这些电路的设计输入位于左侧,负载接收输出位于右侧。电源开关可能由 BJT、MOSFET 或 IGBT 组成。
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