DC-DC變換的基本控制方式

DC-DC變換是采用一個或多個開關（功率開關器件）將一種直流電壓變換為另一種直流電壓。當輸入直流電壓大小恒定時，則可控制開關的通斷時間來改變輸出直流電壓的大小，這種開關型DC-DC變換器原理及工作波形如圖1所示。如果開關K導通時間為_{<?XML:NAMESPACE PREFIX = V /> <?xml:namespace prefix = o />} ，關斷時間為 ，則在輸入電壓E恒定條件下，控制開關的通、斷時間 、 的相對長短，便可控制輸出平均電壓U₀的大小，實現了無損耗直流調壓。從工作波形來看，相當于是一個將恒定直流進行“斬切”輸出的過程，故稱斬波器。

斬波器有兩種基本控制方式：時間比控制和瞬時值控制。

圖1  DC-DC變換器原理電路及工作波形

(a)原理電路；(b)工作波形

<?XML:NAMESPACE PREFIX = ST1 />1、時間比控制

這是DC-DC變換中采用最多的控制方式，它是通過改變斬波器的通、斷時間而連續控制輸出電壓的大小。即

                     （1）

式中  為斬波周期； 為斬波頻率； 為導通比�？梢钥闯�，改變導通比 即可改變輸出電壓平均值U₀，而 的變化又是通過對T、t_on控制實現的。時間比控制又有以下幾種實現方式：

（1）脈寬控制

斬波頻率固定（即T不變），改變導通時間 實現 變化、控制輸出電壓U₀大小，常稱定頻調寬，或脈寬調制（直流PWM）。

實現脈寬控制的原理性電路及斬波器開關控制信號波形如圖2所示。圖（a）為一電壓比較器，U_T為頻率固定的鋸齒波或三角波電壓， 為直流電平控制信號，其大小代表期望的斬波器輸出電壓平均值 。當 ，比較器輸出 （高）；當 ， （低），從而獲得斬波器功率開關控制信號 。改變 大小，改變斬波器開關導通時間，在U_T固定條件下，斬波器開關頻率固定，實現了定頻調寬。

圖2  脈寬控制方式

（a）原理電路；（b）控制波形

由于斬波器開關頻率固定，這種控制方式下為消除開關頻率諧波的濾波器設計提供了方便。

2．頻率控制  固定斬波器導通時間 ，改變斬波周期T來改變導通比 的控制方式。這種方式的實現電路比較簡單，但由于斬波頻率變化，消除開關諧波的濾波電路較難設計。

3．混合控制。這是一種既改變斬波頻率（即周期T）、又改變導通時間 的控制方式，其優點是可較大幅地改變輸出電壓平均值，但也由于斬波頻率變化，濾波困難。

2、 瞬時值控制

在恒值（恒壓或恒流）控制或波形控制中，常采用瞬時值控制的斬波方式。此時將期望值或波形作為參考值 ，規定一個控制誤差ε，當斬波器實際輸出瞬時值達指令值上限 時，關斷斬波器；當斬波器實際輸出瞬時值達指令值下限 時，導通斬波器，從而獲得圍繞參考值 在誤差帶2 范圍內的斬波輸出。圖3為實現恒流瞬時值控制原理性框圖及斬波器輸出波形。

采用瞬時值控制時斬波器功率器件的開關頻率較高，非恒值波形控制中開關頻率也不恒定，此時要注意功率器件的開關損耗、最大開關頻率的限制等實際應用因素，確保斬波電路的安全、可靠工作。

圖3  瞬時值控制原理圖

（a）控制框圖；（b）輸出電流波形