DC-DC变换的基本控制方式

DC-DC变换是采用一个或多个开关（功率开关器件）将一种直流电压变换为另一种直流电压。当输入直流电压大小恒定时，则可控制开关的通断时间来改变输出直流电压的大小，这种开关型DC-DC变换器原理及工作波形如图1所示。如果开关K导通时间为 ，关断时间为 ，则在输入电压E恒定条件下，控制开关的通、断时间 、 的相对长短，便可控制输出平均电压U₀的大小，实现了无损耗直流调压。从工作波形来看，相当于是一个将恒定直流进行“斩切”输出的过程，故称斩波器。

斩波器有两种基本控制方式：时间比控制和瞬时值控制。

图1  DC-DC变换器原理电路及工作波形

(a)原理电路；(b)工作波形

1、时间比控制

这是DC-DC变换中采用最多的控制方式，它是通过改变斩波器的通、断时间而连续控制输出电压的大小。即

                     （1）

式中  为斩波周期； 为斩波频率； 为导通比。可以看出，改变导通比 即可改变输出电压平均值U₀，而 的变化又是通过对T、t_on控制实现的。时间比控制又有以下几种实现方式：

（1）脉宽控制

斩波频率固定（即T不变），改变导通时间 实现 变化、控制输出电压U₀大小，常称定频调宽，或脉宽调制（直流PWM）。

实现脉宽控制的原理性电路及斩波器开关控制信号波形如图2所示。图（a）为一电压比较器，U_T为频率固定的锯齿波或三角波电压， 为直流电平控制信号，其大小代表期望的斩波器输出电压平均值 。当 ，比较器输出 （高）；当 ， （低），从而获得斩波器功率开关控制信号 。改变 大小，改变斩波器开关导通时间，在U_T固定条件下，斩波器开关频率固定，实现了定频调宽。

图2  脉宽控制方式

（a）原理电路；（b）控制波形

由于斩波器开关频率固定，这种控制方式下为消除开关频率谐波的滤波器设计提供了方便。

2．频率控制  固定斩波器导通时间 ，改变斩波周期T来改变导通比 的控制方式。这种方式的实现电路比较简单，但由于斩波频率变化，消除开关谐波的滤波电路较难设计。

3．混合控制。这是一种既改变斩波频率（即周期T）、又改变导通时间 的控制方式，其优点是可较大幅地改变输出电压平均值，但也由于斩波频率变化，滤波困难。

2、 瞬时值控制

在恒值（恒压或恒流）控制或波形控制中，常采用瞬时值控制的斩波方式。此时将期望值或波形作为参考值 ，规定一个控制误差ε，当斩波器实际输出瞬时值达指令值上限 时，关断斩波器；当斩波器实际输出瞬时值达指令值下限 时，导通斩波器，从而获得围绕参考值 在误差带2 范围内的斩波输出。图3为实现恒流瞬时值控制原理性框图及斩波器输出波形。

采用瞬时值控制时斩波器功率器件的开关频率较高，非恒值波形控制中开关频率也不恒定，此时要注意功率器件的开关损耗、最大开关频率的限制等实际应用因素，确保斩波电路的安全、可靠工作。

图3  瞬时值控制原理图

（a）控制框图；（b）输出电流波形