变换器的类型
• 线性型
– 从电源向负载连续输送功率
– 传输能量器件（如晶体管、场效应管）其负责调节从电源至负载的电流流动）工作于线性区
• 开关电源型
– 以脉宽方波的形式从电源向负载输送功率
– 开关元器件周期性的开通和关断 （根据控制技术不同有定频,变频, 混合型）
D2D变换器的特点
•系统基本要求：输出电压、额定电流、输入电压范围线性稳压器
•效率： 轻载，满载，甚至整个负载范围效率曲线
•稳态特征：稳压精度
•瞬态响应： 输入线调整率，负载调整率等
•功率密度： 尺寸，布局
•成本 、温升…
1.什么是线性稳压器
•线性稳压器是一种无需使用开关元件而能提供一个恒定电压输出的 DC-DC 转换器。
•线性稳压器因其低成本、低噪声及简单易用等特性而在众多应用中得到了非常广泛的使用。
•但是，线性稳压器也存在着效率有限以及不能提升电压（使 Vout > Vin）的缺点。
2.工作原理
•线性稳压器和输出阻抗一起形成了一个分压器网络。
•线性稳压器的作用就像受控的可变电阻器，其可根据输出负载自我调节以保持一个稳定的输出。
应用：
•要求极低纹波和噪声的射频或高精度模拟（测量非常小的电压）电路
•VIN 和 VOUT 的压差较小的应用或者压差大电流小
•需要一个电压精度比较高的应用
•要求针对负载的快速变化实现快速瞬态响应的 FPGA 或多内核处理器
优点：
•低输出纹波和噪声
•面对大的负载变化，可在 VOUT 上实现快速瞬态响应
•低成本（简单，外部器件少，多用于小功率）
•极少的外部组件使得线性稳压器易于设计
•由于线性稳压器不工作在开关模式，不会有开和关的电压电流跳变，无噪声源，无需担心 EMI 问题
•易于实现短路保护
缺点：
•在 VIN>>VOUT 的情况下效率偏低，因而需要使用一个较大的供电电源， 效率=Vo/Vin
•利用稳压器产生功率 (VIN – VOUT)
* IOUT 通过稳压器耗散，通常需要一个散热器
•VOUT 将始终低于 VIN
3.压降电压
为使线性稳压器处在稳压器的指定工作范围之内，VIN 与 VOUT 之间可接受的最小压差。
电感储能型开关电源
1.什么是开关稳压器
•开关稳压器是一种采用开关组件输送功率的 DC-DC 转换器。
•它可提供高电源转换效率和设计灵活性
2.工作原理
•电感负责储存能量及向输出负载释放能量；电感根据开关管的开通从输入端获得能量。
•降压型转换器实例：
–当切换至位置 1 时，电感器将储存能量；当切换至位置 2 时，电感器将释放能量
–电感器上的平均电压为零：D(Vin-Vo)-D’Vo=0 => Vout = D*Vin
应用：
•要求高效率（输入功率与输出功率之差极小） 的应用
•具有极高环境温度的应用（例如：工业和汽车）
•VIN 高于、等于、小于 VOUT 负压出的应用（此拓扑正压出需隔离，或者由升压变换器变换为Vo负极加于输入的正极)
•高功率密度场合
•要求高输出功率的应用
优点：
•由于稳压是通过将能量转入电感器或从电感器转出来完成的（而不是通过稳压器来消耗功率），因此：
–可获得较高的效率
–通过稳压器耗散的功率较低，故只需一个较小的散热器即可。
–开关电源拓扑允许 VOUT 高于、低于或等于 VIN
–高功率/cm2
–可允许较宽的输入电压范围
•可提供隔离（利用变压器 转为反激变换器）
•可提供多个输出（利用变压器多绕组输出）
缺点：
•需要将电流周期性通过开关管，电压产生周期性的尖峰震荡，并且电流通过电感，因此会：
–产生电磁干扰 (EMI， DM，CM，RFI）
–导致输出对负载瞬变的响应速度减慢
–产生较高的输出纹波和噪声
•更多的外部组件和设计变量使开关电源难于设计
3.基本拓扑
•三种基本的直流开关变换器拓扑：降压、升压和升降压
电荷泵
1.什么是电荷泵稳压器
•电荷泵稳压器是一种只通过电容器的交替式充电和放电来输送功率的开关稳压器。
•它适合于具有低负载电流及中等输入 – 输出电压差的应用
2.工作原理
•电容器连接利用开关来改变，从而达到控制充电和放电的目的
•开关 S1、S3 和 S2、S4 以互补的方式切换：
–S1、S3 导通，S2、S4 断开，充电
–S1、S3 断开，S2、S4 导通，放电
•通过反转输出至地的连接，单位增益变换器将变为负增益反相器
应用：
•需要一个低输出电流的应用
•具有中等的输入-输出电压差的应用
•存在空间限制的应用
优点：
•中等效率
•由于电荷泵将电容器两端的电压接入输出端及从输出端接出，因此：
–无需电感器
–VOUT 可高于、低于和等于 VIN
•较少的组件使电荷泵更易于设计
缺点：
•将电容器接入电路及从电路接出会产生电磁干扰 (EMI)
•由于电荷泵的输出取决于电容器的充电和放电，因此其电流供应能力受到限制
3.电压倍增器（倍压电路）
•下面所示的电压倍增器电路在拓扑中仍然具有单个电容器，只是连接有所不同
•4 个开关的切换依然不变
–S1、S3 导通，S2、S4 断开，增益相位
–S1、S3 断开，S2、S4 导通，公共相位
•不过，在公共相位中，输入电源仍然连接至电容器：Vout=Vc+Vin=2Vin
电源变换器比较
1.什么是变换器控制系统
•由于在电路中实现了闭环控制系统，因此变换器能够在各种不同的条件下提供一个恒定的电压输出
•简单的控制系统具有一条从输出至输入的反馈路径
–系统增益是受控输出与基准输入之比：没有反馈路径 H 时，它是开环系统，增益为 G；具有反馈路径 H 时，它是闭环系统，增益为 G/(1+G*H)
2.控制系统的工作原理
3.波特图
•控制系统的分析常常在“频域中的增益大小和相位”曲线图（称为“波特图”）中进行。
•控制系统可以采用传递函数来表示，因此用波特图来绘制其曲线
•增益大小以 dB (20log) 为单位来表示，相位以角度 (°) 来表示，而频率曲线则通常采用对数标度来绘制
4.极点和零点
5.控制稳定性
•在增益仍然为正值的情况下，当环路增益的相位接近 180° 时，闭环系统将变得不稳定。
•为了确保稳定性，在交叉频率下相位裕量必须为正（经验值保证30~45度相位裕度）
–穿越频率 fc 是环路增益大小 = 1 时的频率
–相位裕量（度） φm 是穿越频率下环路增益的相位与 -180 °的差值
6.补偿器
• 闭环系统中包括一个用于调整环路增益、相位的补偿器，可确保系统的稳定性及优良的瞬态响应性能
•补偿通常是通过改变误差放大器周围的 R-C 组件来调节的
来源： Robei
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