電源技術:DC/DC轉換器電路設計的技巧
發布時間:2015-01-07 責任編輯:xueqi
【導讀】DC-DC轉換器為整個係統中的各個電路供電。隻有掌握DC/DC轉(zhuan)換(huan)器(qi)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)的(de)技(ji)巧(qiao),把(ba)所(suo)有(you)要(yao)考(kao)慮(lv)的(de)因(yin)素(su)考(kao)慮(lv)全(quan)麵(mian),才(cai)能(neng)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)的(de)整(zheng)體(ti)性(xing)能(neng),達(da)到(dao)各(ge)個(ge)電(dian)路(lu)的(de)性(xing)能(neng)效(xiao)果(guo)的(de)體(ti)現(xian)。下(xia)文(wen)將(jiang)為(wei)大(da)家(jia)介(jie)紹(shao)DC/DC轉換器電路設計的各種技巧。
一、正確理解DC/DC轉換器
DC/DC轉換器為轉變輸入電壓後有效輸出固定電壓的電壓轉換器。DC/DC轉換器分為三類:升壓型DC/DC轉換器、降壓型DC/DC轉換器以及升降壓型DC/DC轉換器。根據需求可采用三類控製。PWM控製型效率高並具有良好的輸出電壓紋波和噪聲。PFM控製型即使長時間使用,尤其小負載時具有耗電小的優點。PWM/PFM轉換型小負載時實行PFM控製,且在重負載時自動轉換到PWM控製。目前DC-DC轉換器廣泛應用於手機、MP3、數碼相機、便攜式媒體播放器等產品中。在電路類型分類上屬於斬波電路。
二、DC/DC轉換器電路設計原理
DC-DC就是直流-直流變換,一般有升壓(BOOST)、降壓(BUCK型)兩種。降壓式DC/DC變換器的輸出電流較大,多為數百毫安至幾安,因此適用於輸出電流較大的場合。降壓式DC/DC變換器基本工作原理電路如下圖所示。VT1為開關管,當VT1導通時,輸入電壓Vi通過電感L1向負載RL供電,與此同時也向電容C2充電。在這個過程中,電容C2及電感L1中儲存能量。當VT1截止時,由儲存在電感L1中的能量繼續向RL供電,當輸出電壓要下降時,電容C2中的能量也向RL放電,維持輸出電壓不變。二極管VD1為續流二極管,以便構成電路回路。輸出的電壓Vo經R1和R2組成的分壓器分壓,把輸出電壓的信號反饋至控製電路,由控製電路來控製開關管的導通及截止時間,使輸出電壓保持不變。

圖:DC/DC變換器基本工作原理
三、DC-DC電路設計要考慮以下條件:
1.外部輸入電源電壓的範圍,輸出電流的大小。
2.DC-DC輸出的電壓,電流,係統的功率最大值。
四、選擇PWM IC要考慮的要點有:
1.PWM IC的最大輸入電壓。
2.PWM開關的頻率,這一點的選擇關係到係統的效率。對儲能電感,電容的大小的選擇也有一定影響。
3.MOS管的所能夠承受的最大額定電流及其額定功率,如果DC-DC IC內部自帶MOS,隻需要考慮IC輸出的額定電流。
4.MOS的開關電壓Vgs大小及最大承受電壓。
五、電感、二極管、電容的選擇
1.電感量:大小選擇主要由開關頻率決定,大小會影響電源紋波;額定電流,電感的內阻選擇由係統功耗決定。
2.二極管:通常都用肖特基二極管。選擇時要考濾反向電壓,前向電流,一般情況反向電壓為輸入電源電壓的二倍,前向電流為輸出電流的兩倍。
3.電容:電容的選擇基於開關的頻率,係統紋波的要求及輸出電壓的要求。容量和電容內部的等效電阻決定紋波大小(當然和電感也有關)。
六、如何得到一個電源紋波相對較小、對係統其他電路幹擾相對較小,而且相對穩定可靠的DC-DC電路,需要對以上電路的原理做如下修改:
1.輸入部分:電源輸入端需要加電感電容濾波。目的:由於MOS管的開關及電感在瞬間的變化會造成輸入電源的波動,尤其是在係統耗電波動較大時,影響更為明顯。
2.輸出部分:
(1)假定C2的選擇的100uF是正確的,我們想得到更小的紋波,可以將100uF的電容改成兩顆47uF的電容(基於相同類型的電容);如果100uF電容采用的是鋁電解,可以在原來的基礎上加一顆10uF的磁片電容或鉭電容。
(2)在輸出端再加一顆電容和一顆電容對原來的電源做一個LC濾波,會得到一個紋波更小的電源。
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