前言

DC-DC变换器的应用场景为：

移动电子设备供电。其中包括，DC/DC开关电源与LDO线性电源。
高效LED电源。
功率优化器。如功率跟踪器。
与高频变压器结合。

分类

主要分为隔离性与非隔离型，其中从应用层面，隔离性的用电较多。

非隔离型从升压到降压依次为：Boost，Buck-Boost，Boost-Buck（Cuk），Sepic，Zeta，Buck。

隔离型从升压到降压依次为：正激Forward，反激Fly-back，推挽Push-pull，桥式Bridge。

DC-DC变换器的结构

斩波与占空比

每个开关周期 $Ts$ ，导通时间 $Ton$ ，关断时间为 $Toff$ ，占空比为 $D$ ，则： $\begin{array}{l} T_{s}=1 / f_{s}=T_{o n}+T_{o f f}=D T_{s}+(1-D) T_{s} \quad 0 \leq D \leq 1 \end{array}$

Buck电路

根据功率守恒，Buck为降压变换器，肯定会升流。

电容电流公式为 $i_{c}=C\frac{\mathrm{d} U_{c} }{\mathrm{d} t}$ ，因此电容电压突变会引起大的电流，因此，需要电感。

电感电压公式为 $U_{L}=L\frac{\mathrm{d} i_{L} }{\mathrm{d} t}$ ，因此电感电流突变会引起大的电压，因此，需要续流二极管续流。

电压源的输出不能直接并联电容，电流源的输出不能直接串联电感。

推导过程如下图所示：

通过单刀单掷开关，控制其开合，来进行斩波。在负载处并联电感使其稳定负载电压。在开关导通时，会使得电容电压突变（由0增加到电源电压），进而使得产生较大的电流，因此为保护电路，在电压源与电容之间串联电感，来应对电流冲击。当开关断开时，由于电感的电流不能突变，因此需要增加续流二极管进行续流。最后用用功率半导体器件来替换单刀双掷开关。

总结：当S导通时，由电源向电容与负载进行供电；当S断开时，由电感向负载供电。

Boost电路

由于升压不好设计，那么根据功率守恒可以设计降流变换器。

输出电流平均值： $I_{o}=\int_{0}^{T} i_{o}(t) d t=\frac{T_{o f f}}{T_{o n}+T_{o f f}} I_{i}=(1-D) I_{i}$

则输出电压为： $V_{o}=\frac{1}{1-D} V_{i}$

推导过程如下图所示：

通过控制单刀单掷开关的闭合来进行降流。通过电感与电压源的串联，来构造出电流源。在负载处并联电感使其稳定负载电压。在开关闭合时会使得电容电压突变（由电源电压降为0）产生大电流。为防止电容短路，更换为单刀双掷开关，使其电容不短路。最后将其替换为功率半导体器件。

总结：当S闭合时，电源为电感充电，负载由电容供电；当S断开时，由电源与电感同时为负载与电容供电。

Buck-Boost电路

如图所示，把Buck与Boost用级联的方式进行连接，通过控制其占空比（即功率半导体开关的频率）来进行升降压。

化简：在低频时，L1+L2与L1，L2，C1所构成的频率响应是相同的，在高频则不同。具体推导过程提示（过程较为复杂，知道结论即可）：传单函数，然后级数展开，然后pade多项式只保留第一项。

如图所示，用L=L1+L2，替代LCL网络。

去掉S2，D2后即为化简过后的Buck-Boost电路。

Buck，Boost，Buck-Boost电路之间的联系

Boost-Buck电路

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