DC-DC电路设计技巧及器件选型原则

1.概念:
DC-DC指直流转直流电源(Direct Current)。是一种在直流电路中将
一个电压值的电能变为另一个电压值得电能的装置。如,通过一个转换器能
将一个直流电压(5.0V)转换成其他的直流电压(1.5V或12.0V),我们称
这个转换器为DC-DC转换器,或称之为开关电源或开关调整器。
DC-DC转换器一般由控制芯片,电感线圈,二极管,三极管,电容器构成。在讨论DC-DC转换器的性能时,如果单针对控制芯片,是不能判断其优
劣的。其外围电路的元器件特性,和基板的布线方式等,能改变电源电路的
性能,因此,应进行综合判断。
DC-DC转换器的使用有利于简化电源电路设计,缩短研制周期,实现最
佳指标等,被广泛用于电力电子、军工、科研、工控设备、通讯设备、仪器
仪表、交换设备、接入设备、移动通讯、路由器等通信领域和工业控制、汽
车电子、航空航天等领域。具有可靠性高、系统升级容易等特点,电源模块
的应用越来越广泛。此外,DC-DC转换器还广泛应用于手机、MP3、数码相机、便携式媒体播放器等产品中。在电路类型分类上属于斩波电路。
2.特点:
其主要特点是效率高:与线性稳压器的LDO相比较,效率高是DCDC的
显著优势。通常效率在70%以上,重载下高的可达到95%以上。其次是适应
电压范围宽。
A: 调制方式
1: PFM(脉冲频率调制方式)
开关脉冲宽度一定,通过改变脉冲输出的频率,使输出电压达到稳定。PFM控制型即使长时间使用,尤其小负载时具有耗电小的优点。
2: PWM(脉冲宽度调制方式)
开关脉冲的频率一定,通过改变脉冲输出宽度,使输出电压达到稳定。PWM控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声。
B: 通常情况下,采用PFM和PWM这两种不同调制方式的DC-DC转换器
的性能不同点如下。
PWM的频率,PFM的占空比的选择方法。PWM/PFM转换型小负载时实行PFM控制,且在重负载时自动转换到PWM控制。
02.架构分类
1)常见的三种原理架构:
A、 Buck(降压型DC/DC转换器)
图1 B、Boost(升压型DC/DC转换器)
图2 C、Buck-Boost(升降压型DC/DC转换器)
图3 2)Buck电路工作原理详解
图4
伏秒平衡原则:处于稳定状态的电感,电感两端的正伏秒积等于负伏秒积,即:电感两端的伏秒积在一个开关周期内必须平衡。
图5
当开关导通时:输入电压Vin加到LC滤波器的输入端,电感上的电流以固定斜率线性上升。如下图
图6
当开关关断时:由于电感上的电流不能突变,电感中存储的能量向负载释放,电感电流通过二极管续流,在这个阶段,电流波形是一条斜率为负的斜线。如下图
图7
图8
3.设计技巧及主要技术参数选用要求
DC-DC电路设计至少要考虑以下条件:
A.外部输入电源电压的范围,输出电流的大小。
B. DC-DC输出的电压,电流,系统的功率最大值。
dcdc电路
1.输入/输出电压(Input &Output Voltage):Vin/Vout
要按照器件的推荐工作电压范围选用,并且要考虑实际电压的波动范围,确保不能超出器件规格。
2.输出电流(Output Current):Iout
器件持续的输出电流能力是一个重要的参数,选用时要参考此参数,并
要保留一定的余量。
此参数的选取还要评估电路的瞬间峰值电流和发热的情况,综合来确定,并满足降额要求。
3.纹波(Output ripple):Vpk-pk
纹波是衡量电路的输出电压波动的重要参数。要关注轻载和重载纹波,
一般轻载纹波要大。注意核电等场合下轻载纹波是否会超出要求。实际测试
下各种场景负载下的情况。通常选用示波器20M带宽来测试。

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