开关 DC 到 DC 转换器的类型

我们比较不同类型的DC 到 DC 转换器，包括线性与开关模式、buck、boost、buck-boost 和基于变压器的隔离型，以供您做出合适的选择。

线性与开关模式

DC/DC 转换器属于将直流电 (DC) 源从一个电压级别转换为另一个电压级别的电源。有两种 DC/DC 转换器：线性和开关型。线性 DC/DC 转换器使用电阻式电压降来产生和调节给定的输出电压，开关模式 DC/DC 转换器则定期存储输入能量，然后在不同电压下将该能 量释放到输出。存储可以是在一个磁场元器件中（如电感器或变压器）或者在一个电场元器件中（如电容器）。基于变压器的转换器在输入和输出之间提供隔离。

开关模式转换器有三个主要优点：

• 功率转换效率更高。
• 因为开关频率更高，所以被动组件更小，而更低的损耗简化了热力管理。
• 由开关稳压器中的电感器所储存的能量可以转换成比输入（step-down 或 buck 型）小、比输入（boost 型）大或带有反极性的 buck-boost（逆变器型）输出电压·。

与开关转换器不同，线性转换器只能生成低于输入电压的电压。尽管开关 DC/DC 转换器有很多优点，但也不乏一些缺点。与线性电路相比，它们噪音大，需要以控制回路的形式进行能量管理。好在现代开关模式控制器芯片让控制任务变得容易。

非隔离式 DC/DC 转换器

本质上，开关 DC/DC 转换器或稳压器是一种电路，它使用电源开关、电感器、二极管和电容器将能量从输入转换为输出。这些元器件可以有多种设置方式，以实现尽早确定的 buck、boost 或 buck-boost（逆变器）类型。

降压 (Step-down/Buck) 转换器

在典型的非隔离降压转换器中，输出电压 VOUT 取决于输入电压 VIN 和电源开关的开关工作周期 D。

图 1：基本降压 (step-down 或 buck) DC/DC 转换器拓扑结构。

升压 (Step-up/Boost) 转换器

基本的升压 DC/DC 转换器使用相同数量的被动元器件，但设置为升压输入电压，于是，输出高于输入。

图 2：基本升压 (boost) DC/DC 转换器拓扑结构。

降压-升压 (Buck-Boost) 转换器

典型的降压-升压 DC/DC 电路允许输入直流电压或升或降，这取决于工作周期。输出电压计算方式为：

VOUT = -VIN *D/(1-D)

从上面的等式可以看出，输出电压总是与输入的极性相反。因此，降压-升压转换器也被称为电压逆变器。

图 3：典型的降压-升压 (buck-boost) DC/DC 转换器拓扑结构。

隔离式 DC/DC 转换器

有两种主要类型的基于变压器的隔离式 DC/DC 转换器：反激变型和正激变型。在这两种类型中，变压器都在输入和输出之间提供隔离。

反激变型的工作如同降压-升压，但使用变压器存储能量：

图 4：基本的基于变压器的反激变 DC/DC 转换器拓扑结构。

在正激变拓扑中，当开关关闭时，变压器采用传统方式将能量从主能量转换为次能量。

在这些例子中，开关 MOSFET 用一个理想开关表示，同时省去了控制电路。这些是非同步类型的转换器。然而，当传统的二极管整流器被 MOSFET 取代来完成整流时，它被称为同步整流，转换器称为同步 DC/DC 转换器。

正在寻找更多电源知识？要了解有关开关电源如何优化您的设计的更多信息，请参阅我们的开关模式电源工作原理详解。此外，您还可以思考是否您的项目需要不间断电源。需要 AC/DC 解决方案？本文可以帮助您作出正确选择。