DC-DC变换器主要技术发展综述

任怡静 侯天明 节帅

摘要：随着社会的进步和科技的发展，功率开关器件也在不断进步，其中直流到直流的变换器的重要技术也得到了很大的进步。本文就DC-DC变换器中的软开关、同步整流、移相PWM技术和多电平技术等主要技术的发展进行综述，并且对变换器未来的发展趋势进行讨论。

关键词：DC-DC变换器;软开关;同步整流;PWM;多电平

DC-DC变换器是将无法调节的不可直接使用的直流电压转变为可以调节电压大小的或者固定的直流电压，DC-DC变换器通常被使用到开关电源和直流调速中。DC-DC变换器随着技术的发展不断进步，与变换器相关的技术也在不断发展，这些技术的发展也在一定程度上影响着变换器的发展，例如上个世纪得到发展的功率开关器件，功率开关器件的发展在一定程度上也影响着变换器的发展。

一、软开关技术

开关的一大发展方向就是高频化，高频的开关在日常生活中的使用越来越频繁，开关频率的变高使得电路受到电磁的干扰便强，干扰的增强在一定程度上也影响着电路控制和电路驱动的稳定程度，所以在高频化的同时也要努力减少开关造成的损耗，软开关技术的出现在一定程度上解决了这个问题。

软开关变换器在出现后也经历了一系列的发展，在软开关变换器发展到现在，软开关变换器的性能依然依赖于变换器用到的开关器件。寄生电容比较大并且开关频率比较高的情况下往往会产生大量的开关损耗，在这种情况下我们可以使用零电压的开通方式避免大量损耗。变换器使用不同的器件可以获得不同的性能，同一个电路使用不同的器件的情况下性能也是不同的，所以在选择器件的同时要结合各个方面的因素，避開软开关变换器的，发挥其优点，达到预期的目标。

二、同步整流

同步整流技术在上个世纪出现，随着科技的发展通信和计算机相关行业的发展，相关产品中所需要的器件和功耗也在不断增加，需要使用低压高电流的变换器，在高频时器件的损耗很大，同步整流技术的出现在一定程度上解决了损耗高的问题，降低了开关的损耗。

同步电流是为了在电路中满足低压高电流的要求，在这一要求下通常我们使用MOSFET的门极控制电压和漏极电压同步，从而达到低电压大电流的需求。同步整流技术已经实现了ZVS和ZCS这两种方式，这再进一步降低了开关的损耗，并且在这方面也有了很大的进步，其中数字技术和同步整流技术相结合，并且也开发出了适用于对称拓扑的同步整流电路，并且使用复合拓扑的情况下使得同步整流的效果更好。

三、移相PWM技术

移相PWM技术在近些年得到了很好地发展，这一技术通常使用双极性控制或者有限双极性控制的方式，并且这种技术其实也是谐振技术和PWM技术的结合，这一技术只要是通过调节移相角来调节电压的大小，通常在大功率全桥变换电路中使用。这一技术也有一些缺点，整流二极管在这技术下仍然是硬开关，增加了系统的损耗。为了改变这一缺点，我们可以做一些改进，在电路中串联电感可以扩大负载同时也能够减少占空比的丢失，抑制电压过冲和震荡的现象，扩大零电压开关负载的变化。

为了改变缺点做出的改变任然有一些缺点，上面这个方法通常要加一个电感，这就会使得同步整流的控制变得复杂，但是不串联电感就会有丢失占空比的现象。串联电容和电感可以复位初级电流，这种情况下电压和电流的应力也比较小，同时也可以起到阻断电压的作用，在移相PWM技术中使用软开关可以提高直流变换器的利用效率。

四、多电平技术

多电平技术指的是有多个电平的输出的电路，在设计之初，多电平电路是用多个电平拼接成输出电压，这一方式可以降低谐波的含量，提高系统性能。多电平比传统的电路在高压大功率领域有着很大的优势，部分整流电路的输出电压很高，同时造成的电压应力也比较高，这种情况就可以采用多电平技术以降低电压应力。将软开关引入到多电平的变换器中是十分适合高电压大功率的电路的，并且也可以做到电压应力为直流电压的一半。但是仍然有很多不足之处，其中就有使用多电平技术会让电路变得复杂，到目前为止，直流变换器的多电平技术仍在还在发展过程中，由于其电路复杂所以建模也相对困难，如何克服这一问题，简化电路得到简单的变换器拓扑图，找到适合的建模方式和合适的控制方法是多电平技术现在要解决的问题。

五、发展趋势

从目前的技术发展趋势来看，DC-DC变换器也是向着高效率高功率密度的方向发展，提高变换的效率和功率密度可以减少电路中的损耗，高可靠性和高性能的方向也是DC-DC变换器的发展趋势。使用软开关技术可以减少低功率变换器中的机体的体积增加开关的频率，并且提高开关的转换效率，对于高功率的变换器需要简化电路拓扑，减少电路的成本，提高转换效率。

结束语

从上个世纪以来，科技不断地发展，DC-DC变换器逐渐走进人们的生活得到人们的关注，其中DC-DC变换器的主要技术有软开关技术、同步整流技术、移相PWM技术和多电平技术等。变换器和其主要技术随着科技的发展也在不断发展，在每一种技术中都有一定的缺陷和问题，但是科技的发展弥补了一些缺陷，使得技术都在不断发展，慢慢走到成熟期。到了成熟期后发展开始变得缓慢甚至出现停滞的现象，今后发展的主要核心就是将直流变化技术提高到更高的级别，逐渐进入整合和综合的状态。

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