4.1 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4-1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。

(a)原理电路；(b)工作波形

图4-1 DC-DC变换器原理电路及工作波形

4.1.1 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

（4-1）

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、ton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4-2所示。图（a）为一电压比较器，UT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UT固定条件下，斩波器开关频率固定，实现了定频调宽。

（a）原理电路；（b）控制波形

图4-2 脉宽控制方式

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。

4.1.2 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4-3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。

（a）控制框图；（b）输出电流波形

图4-3 瞬时值控制原理图