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(本次更新内容)

• 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(待更新)

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 DCDC变换器换流及特性分析

在进行不同类型DCDC变换器换流特性分析之前，需要进行假设一定的前提条件，这对后续分析会比较方便，前提条件包括：

• 变换器运行在稳态；
• 各元器件均为理想元件，线路阻抗为0；
• 开关频率足够高，每个开关周期中电感电流，电容电压近似不变；
• 稳态条件下，各开关周期电感，电容储存与释放能量平衡，电感电流和电容电压在各开关周期同一时刻保持恒定。

伏秒平衡：一般指电感电压的伏秒平衡，即稳态条件下，各开关周期内电感储能为0，不同开关周期间电感电流保持恒定，即不同开关周期间电感电流变化为0(开通和关断阶段电流变化总和为0)；

安秒平衡：一般指电容电流的安秒平衡，即稳态条件下，各开关周期内电容储能为0，不同开关周期间电容电压保持恒定，即不同开关周期间电容电压变化为0(开通和关断阶段电容电压变化总和为0);

3.1 Buck变换器连续与不连续模式特性分析

不同变换器中，电感选型主要考虑电感感量和电流，电容选型主要考虑电容容值及耐压程度。

对于Buck变换器，根据基尔霍夫电流定律，流经电感的电流将会分流到电容和负载电阻，对于电感电流中的直流分量，由于电流变化频率接近于0，所以电容支路的阻抗远大于负载电阻阻抗，所以可以近似认为电感电流的直流分量全部流入电阻；对于电感电流中的开关频率分量，开关频率越大，电容容抗越小，这种情况下，电容支路阻抗远小于负载阻抗，所以可以近似认为电感电流的开关频率分量全部流入电容。

所以Buck变换器中，电感电流的平均值即为流经负载电阻的直流电流分量，电感电流的脉动值即为流经电容的开关频率分量的最高值和最低值，电流平均值和电感电流脉动波形，电流最大值，电流最小值以及计算公式如下所示。

如下图所示，Buck变换器中电容电流为电感上脉动的高频开关电流，而电容电压脉动为电流的积分，如下公式所示。

Buck变换器在不连续模式下会有三种工作模式：S导通模式时直流电压源通过S向L及R和C提供能量，S关断模式时L通过二极管向R和C提供能量，S关断(不连续)模式时仅靠C向R提供能量，如下图所示。

S关断(不连续)模式时，开关S闭合期间，电感L和电容C上的电压电流与连续情况下Buck电路工作状态一致；开关S断开后，若电感储存能量释放完而下一周期开关S导通信号还未到来，则电感L电流为0，二极管截止，负载电流仅靠电容C维持，如下图所示。

当电感电流的最小值为0，则Buck电路可能出现不连续情况，根据电感电流最小值为0，可得如下公式：

电感的最小值就是电流连续与不连续的临界值，当电感值大于等于最小值时，电感电流连续，当电感值小于最小值时，电感电流不连续。

Buck变换器处于不连续模式时，定义二极管导通导通的时间为Toff1，根据伏秒平衡可得：

电感电流平均值为：

如下图所示，Buck变换器非连续模式下，输入与输出的关系为：

非连续模式下，电路的输出除了与开关频率相关外，还与电感大小，负载电阻大小和开关频率相关。

3.2 Boost变换器连续与不连续模式特性分析

S导通时，Boost变换器的直流源通过S向L充电，电容C向负载R放电；S关断时，Boost变换器L通过二极管向C和R提供能量；稳态条件下，电感L在一个周期内释放和吸收的能量总和为0，即电感电流变化为0，如下公式所示：

如下图所示，与Buck变换器不同，Boost变换器在开关S导通时并无电流流向输出，仅当S关断时，电感电流流向电容或者负载，电感平均电流即为输入平均电流，电感电流平均值和电感电流脉动为：

Boost电路同样存在关断(不连续)模式，在不连续模式下，仅靠电容向负载电阻提供能量，开关S闭合期间，电感L和电容C上的电压电流与连续情况Boost电路工作状态一致；开关S断开后，若电感储存能量释放完而下一周期开关S导通信号还未到来，则电感电流为0，二极管截止，负载电流仅靠电容C维持。

如下图所示，当电感电流最小值为0时，Boost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。

定义二极管导通这段时间为Toff1，则可以得出boost电路的电压增益为：

可以看出不连续模式下，Boost变换器的电压增益比连续模式下要大。

3.3 Buck-Boost变换器连续与不连续模式特性分析

降压升压变换器Buck-Boost电路在开关导通时，直流源通过S向电感L充电，电容C向负载R放电；开关断开时，电感L通过二极管向电容C和负载电阻R提供能量，如下图所示。

与Boost变换器类似，Buck-Boost变换器在开关S导通时并无电流流向输出，仅当开关S关断时，电感电流流向电容或者负载。开关S导通时，电感电流为输入电流，关断时为负载电流，所以电感电流平均值和电流脉动为：

不连续模式下，开关S闭合期间，电感L与电容C上的电压电流与连续情况Buck-Boost电路工作状态一致；开关S断开后，若电感储存能量释放完而下一周期开关S导通信号未到，则电感L电流为0，二极管截止，负载电流仅靠电容C维持。如下图所示。

当电感电流最小值为0时，Buck-Boost电路容易出现不连续情况。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，如下公式所示。

3.4 二象限(双向)，四象限，交错并联

二象限DCDC变换器又称为双向DCDC变换器，一个半桥电流相当于一个Buck变换器和一个Boost变换器的组合，如下图所示。

将两个对称工作的二象限组合构成四象限DCDC变换器，其输出电压电流均可逆；当S4保持导通，S1和S2斩波控制，就可以构成可逆二象限变换器，此时AB之间电压大于0；当S2保持导通，S3和S4斩波控制，就可以构成二象限变化器，此时AB之前电压小于0，如下图所示。

多重多相技术，也称为交错并联(Interleaved)技术，是一项用于减小滤波器组件大小的技术；有利于减小输出纹波，减小电感尺寸。如下图所示为两重两相电路，相是指变换器输入侧的各移相斩波控制的支路重叠数，重是指变换器输出器的各移相斩波控制的支路重叠数。