目录

1. DCDC 变换器介绍及分类

• 1.1 DCDC变换器，线性稳压器与LDO
• 1.2 DCDC变换器分类

2 非隔离DCDC变换器基本结构

• 2.1 Buck降压变换器
• 2.2 Boost升压变换器
• 2.3 Buck-Boost降压升压变换器
• 2.4 Buck降压变换器 vs Boost升压变换器 vs Buck Boost降压升压变换器
• 2.5 Cuk变换器
• 2.6 Sepic变换器
• 2.7 Zeta变换器
• 2.8 非隔离DCDC变换器总结

3 非隔离DCDC变换器换流及特性分析

• 3.1 Buck变换器连续与不连续模式特性分析
• 3.2 Boost变换器连续与不连续模式特性分析
• 3.3 Buck-Boost变换器连续与不连续模式特性分析
• 3.4 二象限(双向)，四象限，交错并联

4 变压器隔离型DCDC变换器(本次更新内容)

• 4.1 反激变换器

• 4.2 正激变换器

• 4.3 双管正激，推挽，桥式变换器

5 总结(本次更新内容)

01 DCDC 变换器介绍及分类

DC/DC变换器基本知识梳理 | 基本结构，换流及特性分析，隔离与非隔离【Part 1】

02  非隔离DCDC变换器基本结构

DC/DC变换器基本知识梳理 | 基本结构，换流及特性分析，隔离与非隔离【Part 2】

03 非隔离DCDC变换器换流及特性分析

04 变压器隔离型DCDC变换器

4.1 反激变换器

应用中常用的隔离技术有：变压器隔离，继电器或者接触器类的开关隔离，光耦合磁耦合隔离。

变压器通常有两个作用：电气隔离，提升降低电压或电流，在如下图所示的变压器理想模型中，两个绕组上的点用于指示其相对极性；对于电压，当绕组一端电压在“点”处为正时，另一端带“点”也为正；对于电流，电流进入绕组一端带“点”处，从另一端带“点”处出来。

在分析电力电子电路原理时，相比其他组件而言，电阻r1和r2和漏感L1和L2通常较小，可将其忽略，所以变压器的等效模型如下图所示；当变压器电路周期电压电流工作时，各开关周期起止时刻磁链必须相同，否则将导致磁饱和。

通过将Buck-Boost变换器中的电感使用变压器替换，并对MOSFET开关位置进行调整后可以得到反激Flyback变换器，如下图所示。

反激变换器中的MOSFET开关位于原边的较下位置是因为开关栅极驱动器的电平设置，一般MOSFET的源级都位于驱动电路的负端，置于下侧时比较容易设计栅极驱动器电路。

反激变化器的电路图如下图所示，开关S导通时，电感储存能量，原边电源向励磁电感Lm充电，副边由于二极管D截止，阻止副边电流形成，因此电容C给负载提供能量；开关S断开时，电感释放能量并且将能量传递到副边，即原边励磁电感放电从非同名端流入，副边电流从N2流出，并通过二极管D向电容及负载放电；这种变换器称为反激变换器，即开关导通时储存能量，开关关断时释放能量并且将能量传递到副边负载，即开关导通时不传递能量，开关关断时传递能量。

当S导通和关断时，电感Lm上的电压，伏秒平衡公式，以及电压增益为：

所以反激变换器的电压增益不仅和占空比有关，还和变压器变比有关，相比于buck-boost变换器有限的电压变化范围，反激变化器通过变化器匝数的变比，可以实现更宽范围的电压变压范围。

与Buck-Boost变换器类似，反激型变换器在开关S导通时无电流流向输出，仅当开关S关断时，电感电流通过变压器流向电容或者负载。电感电流平均值和电感电流脉动如下公式所示：

如下图所示，当电感电流最小值为0时，反激变换电路会出现不连续情况，电感电流的最小值即为电流连续与不连续的临界值，如下公式所示，当电感小于电感最小值时，电感电流不连续，当电感大于电感最小值时，电感电流连续。

不连续模式下，反激变换器的输出如下公式所示，其与变压器匝数无关；同时反激变压器不允许输出开路，必须有负载或者稳压管在负载端。

反激型变换器是基于Buck-Boost电路改变而来，中间有隔离变压器；其工作原理是开关导通时，隔离变压器励磁电感充电，开关关断时，隔离变压器励磁的能量传递到副边供负载使用，反激变化器的主要缺点是通常情况下功率不是很大， 因为中间的隔离变压器扮演存储能量的作用，如果需要存储的能量比较多，则需要较大体积的变压器。

4.2 正激变换器

如下图所示，通过将Buck变换器添加变压器，并添加磁复位电路，得到正激变压器；正激变压器共有三个绕组，其中N1和N2负责能量传递，N3用于磁复位(变压器励磁电感的剩余能量释放给电源)。

当开关S导通时(能量传递阶段)，电源通过N1和N2向副边传递能量，原边励磁电感与副边电感L均被充电；开关S断开时(磁芯复位阶段)，原边励磁电感放电从N1到N3回馈能量，副边电感L电流从N2流出通过D2续流；励磁电感电流不连续。如下图所示：

当S导通和关断时，电感Lm上的电压，伏秒平衡公式，以及电压增益为：

所以正激变换器的电压增益不仅和占空比有关，还和变压器变比有关；相比于Buck变换器，正激变换器既可以实现升压，也可以实现降压。

与Buck变换器类似，正激型变换器在开关S导通时能量传递到输出，开关S关断时，电感L续流；电感电流平均值和电感电流脉动如下公式所示：

如下图所示，在开关S导通时，励磁电感Lm储存能量，S关断时，励磁电感Lm向电网放电，电感Lm上的电压如下公式所示；为了保证磁芯不饱和，各开关周期结束前，要求励磁电流归零，可以得出如下公式：

电流为0的时间为t0, 说明磁场是否能否复位取决于占空比，占空比太大，会持续向电感充电，所以占空比不能取太大值，设计正激变换器时要确保励磁电流为0，电路工作在不连续模式。

4.3 双管正激，推挽，桥式变换器

正激变换器会存在一些问题，比如开关应力比较大：当S关断时，承受电压为输入电压Vi与变压器励磁电感发电动势VLm之和，因此需要选择耐压能力更高的开关管器件；还有就是需要磁复位回路：需要单独一个绕组以回馈形式实现磁复位。

如下图所示，同时两个二极管D2和D3进行钳位，由于开关管受到二极管钳位作用，因此两个开关管S1和S4关断承受的电压为Vi; 二极管D2和D3与原边绕组共同磁复位，这样的变换器称为双管正激变换器。

双管正激变换器的两开关S1和S4同步动作，双管正激具有可靠性高，造价低的特点；当开关S导通时，就是能量传递阶段，电源通过S1和S4经过变压器原边向副边传递能量；电源S1和S4同时向励磁电感Lm提供能量；开关S断开时，为能量回馈阶段，励磁电感Lm的能量通过D2和D3释放，电感L向电容C和负载R释放能量。相比与正激变换器，双管整激变换器多了一个开关管和一个二极管，但少了磁复位的线圈绕组，并且开关管不需要承受很高的电压，所以成本并不一定很高。

将两个正激变换器交错并联，即开关动作交错，同时两个变压器共用一个磁芯，就构成了推挽式变换器。

变压器原边两线圈绕组正好互为磁复位绕组，可以去除原磁复位回路，同时在开关管上反并联二极管，为磁复位提供通道，如下图所示。

进一步优化，变压器可以编程中心抽头的变压器，即双抽头变压器，整理电流就可以得到推挽式变换器。

推挽式变换器的两个开关S1和S2交错导通，一般用于低压大电流场合。如下图所示，不同时间段根据开关管S1和S2的开通和关断状态，其电流变化如下：

• t0-t1: 开关S1导通，电源Vi通过P1和向副边传递能量，同时给励磁电感Lm1充电；
• t1-t2: 开关S1断开，Lm1的能量一方面通过共芯的Lm2和D2释放，另一方面通过P1和N2向副边传递，磁芯复位后，电感L通过副边绕组向负载C和R提供能量；
• t2-t3: 开关S2导通，电源Vi通过P2和N1向副边传递能量，同时给励磁电感Lm2充电；
• t3-t4: 开关S2关断，Lm2的能量一方面通过共芯的Lm1和D1释放，另一方面通过P2和N1向副边传递，磁芯复位后，电感L通过副边绕组向C和R提供能量。

如下图所示，全桥变换器与推挽变化器的工作原理类似，不同时间段根据开关管S1和S2的开通和关断状态，其电流变化如下：

• 开关S1和S4导通：电源通过S1和S4经过变压器原边向副边传递能量，同时励磁电感储能；副边通过D5向电感L，电容C和负载电阻R提供能量；
• 开关S1和S4关断：励磁电感通过D6向副边输送能量，同时也通过D2和D3回馈电网；
• 开关S2和S3导通：电源通过S2和S3经过变压器原边向副边传递能量，同时励磁电感储能，副边通过D6向电感L，电容C和电阻R提供能量；
• 开关S2和S3关断：励磁电感通过D5向副边输送能量，同时也通过D1和D4回馈电网。

几种不同隔离型变换器的特点和应用功率区间为：

反激型变换器元器件少，电路简单；变压器铁芯较大，器件电压应力高，一般在150W以内；

正激性型变换器是中低功率级常用，一般小于500W，与反激变换器相比，会多1-2个晶体管和滤波电感，所需铁芯相对较小，不过电压应力高，双管正激虽然能够减小电压应力，但驱动相对复杂，两开关驱动不共地；

推挽型变换器可使用功率在1000W，两个开关管共地，驱动简单，由于可双向励磁，变压器磁芯相对较小，但电压应力较高，存在潜在磁饱和问题。

全桥变换器可使用功率在2000W，开关管的电压应力即为输入电压，但所需器件较多其器件驱动不共地。

05  总结

非隔离性DCDC变换器包含Buck，Boost, Buck-Boost, Cuk, Sepic 和Zeta共六种；隔离性DCDC变换器有反激型，正激型，推挽型和全桥变换器，实际应用中可以根据需求进行选型应用，这几种不同类型变换器的关系如下图所示。