DC-DC變換器主要技術發展綜述

任怡靜 侯天明 節帥

摘要：隨著社會的進步和科技的發展，功率開關器件也在不斷進步，其中直流到直流的變換器的重要技術也得到了很大的進步。本文就DC-DC變換器中的軟開關、同步整流、移相PWM技術和多電平技術等主要技術的發展進行綜述，并且對變換器未來的發展趨勢進行討論。

關鍵詞：DC-DC變換器;軟開關;同步整流;PWM;多電平

DC-DC變換器是將無法調節的不可直接使用的直流電壓轉變為可以調節電壓大小的或者固定的直流電壓，DC-DC變換器通常被使用到開關電源和直流調速中。DC-DC變換器隨著技術的發展不斷進步，與變換器相關的技術也在不斷發展，這些技術的發展也在一定程度上影響著變換器的發展，例如上個世紀得到發展的功率開關器件，功率開關器件的發展在一定程度上也影響著變換器的發展。

一、軟開關技術

開關的一大發展方向就是高頻化，高頻的開關在日常生活中的使用越來越頻繁，開關頻率的變高使得電路受到電磁的干擾便強，干擾的增強在一定程度上也影響著電路控制和電路驅動的穩定程度，所以在高頻化的同時也要努力減少開關造成的損耗，軟開關技術的出現在一定程度上解決了這個問題。

軟開關變換器在出現后也經歷了一系列的發展，在軟開關變換器發展到現在，軟開關變換器的性能依然依賴于變換器用到的開關器件。寄生電容比較大并且開關頻率比較高的情況下往往會產生大量的開關損耗，在這種情況下我們可以使用零電壓的開通方式避免大量損耗。變換器使用不同的器件可以獲得不同的性能，同一個電路使用不同的器件的情況下性能也是不同的，所以在選擇器件的同時要結合各個方面的因素，避開軟開關變換器的，發揮其優點，達到預期的目標。

二、同步整流

同步整流技術在上個世紀出現，隨著科技的發展通信和計算機相關行業的發展，相關產品中所需要的器件和功耗也在不斷增加，需要使用低壓高電流的變換器，在高頻時器件的損耗很大，同步整流技術的出現在一定程度上解決了損耗高的問題，降低了開關的損耗。

同步電流是為了在電路中滿足低壓高電流的要求，在這一要求下通常我們使用MOSFET的門極控制電壓和漏極電壓同步，從而達到低電壓大電流的需求。同步整流技術已經實現了ZVS和ZCS這兩種方式，這再進一步降低了開關的損耗，并且在這方面也有了很大的進步，其中數字技術和同步整流技術相結合，并且也開發出了適用于對稱拓撲的同步整流電路，并且使用復合拓撲的情況下使得同步整流的效果更好。

三、移相PWM技術

移相PWM技術在近些年得到了很好地發展，這一技術通常使用雙極性控制或者有限雙極性控制的方式，并且這種技術其實也是諧振技術和PWM技術的結合，這一技術只要是通過調節移相角來調節電壓的大小，通常在大功率全橋變換電路中使用。這一技術也有一些缺點，整流二極管在這技術下仍然是硬開關，增加了系統的損耗。為了改變這一缺點，我們可以做一些改進，在電路中串聯電感可以擴大負載同時也能夠減少占空比的丟失，抑制電壓過沖和震蕩的現象，擴大零電壓開關負載的變化。

為了改變缺點做出的改變任然有一些缺點，上面這個方法通常要加一個電感，這就會使得同步整流的控制變得復雜，但是不串聯電感就會有丟失占空比的現象。串聯電容和電感可以復位初級電流，這種情況下電壓和電流的應力也比較小，同時也可以起到阻斷電壓的作用，在移相PWM技術中使用軟開關可以提高直流變換器的利用效率。

四、多電平技術

多電平技術指的是有多個電平的輸出的電路，在設計之初，多電平電路是用多個電平拼接成輸出電壓，這一方式可以降低諧波的含量，提高系統性能。多電平比傳統的電路在高壓大功率領域有著很大的優勢，部分整流電路的輸出電壓很高，同時造成的電壓應力也比較高，這種情況就可以采用多電平技術以降低電壓應力。將軟開關引入到多電平的變換器中是十分適合高電壓大功率的電路的，并且也可以做到電壓應力為直流電壓的一半。但是仍然有很多不足之處，其中就有使用多電平技術會讓電路變得復雜，到目前為止，直流變換器的多電平技術仍在還在發展過程中，由于其電路復雜所以建模也相對困難，如何克服這一問題，簡化電路得到簡單的變換器拓撲圖，找到適合的建模方式和合適的控制方法是多電平技術現在要解決的問題。

五、發展趨勢

從目前的技術發展趨勢來看，DC-DC變換器也是向著高效率高功率密度的方向發展，提高變換的效率和功率密度可以減少電路中的損耗，高可靠性和高性能的方向也是DC-DC變換器的發展趨勢。使用軟開關技術可以減少低功率變換器中的機體的體積增加開關的頻率，并且提高開關的轉換效率，對于高功率的變換器需要簡化電路拓撲，減少電路的成本，提高轉換效率。

結束語

從上個世紀以來，科技不斷地發展，DC-DC變換器逐漸走進人們的生活得到人們的關注，其中DC-DC變換器的主要技術有軟開關技術、同步整流技術、移相PWM技術和多電平技術等。變換器和其主要技術隨著科技的發展也在不斷發展，在每一種技術中都有一定的缺陷和問題，但是科技的發展彌補了一些缺陷，使得技術都在不斷發展，慢慢走到成熟期。到了成熟期后發展開始變得緩慢甚至出現停滯的現象，今后發展的主要核心就是將直流變化技術提高到更高的級別，逐漸進入整合和綜合的狀態。

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