DC电源转换方案设计

DC/DC电源转换方案设计
弄嵌入式的工程师们往往把单片机、ARM、DSP、FPGA弄的驾轻就熟，而一旦进行系统设计，到了给系统供电，尽管也能让其精心设计的程序运行起来，但关于新手来讲，有时可能效率低下，往往还有供电电流不足或过大引发如此那样的问题，本文十大金律轻松弄定DCDC 电源转换电路设计。

第一条、弄懂DC/DC电源怎么回事
DC/DC电源电路又称为DC/DC转换电路，其要紧功能确实是进行输入输出电压转换。

一样咱们把输入电源电压在72V之内的电压变换进程称为DC/DC转换。

常见的电源要紧分为车载与通信系列和通用工业与消费系列，前者的利用的电压一样为48V、36V、24V等，后者利用的电源电压一样在24V以下。

不同应用领域规律不同，如PC中经常使用的是12V、5V、3.3V，模拟电路电源经常使用5V 15V，数字电路经常使用3.3V等，此刻的FPGA、DSP还用2V以下的电压，诸如1.8V、1.5V、1.2V等。

在通信系统中也称二次电源，它是由一次电源或直流电池组提供一个直流输入电压，经DC/DC变换以后在输出端获一个或几个直流电压。

第二条、需要明白的DC/DC转换电路分类
DC/DC转换电路要紧分为以下三大类：
①稳压管稳压电路。

②线性（模拟）稳压电路。

③开关型电路
第三条、最简单的稳压管电路设计方案
稳压管稳压电路电路结构简单，可是带负载能力差，输出功率小，一样只为芯片提供基准电压，不做电源利用。

比较经常使用的是并联型稳压电路，其电路简图如图（1）所示，
选择稳压管时一样可按下述式子估算：（1）Uz=Vout；（2）Izmax=（1.5-3）ILmax （3）Vin=（2-3）Vout 这种电路结构简单，能够抑制输入电压的扰动，但由于受到稳压管最大工作电流限制，同时输出电压又不能任意调剂，因此该电路适应于输出电压不需调剂，负载电流小，要求不高的场合，该电路经常使用作对供电电压要求不高的芯片供电。

第四条、基准电压源芯片稳压电路
稳压电路的另一种形式，有些芯片对供电电压要求比较高，例如AD DA芯片的基准电压等，这时经常使用的一些电压基准芯片如TL43一、MC1403 ，REF02等。

TL431是最经常使用基准源芯片，有良好的热稳固性能的三端可调分流基准电压源。

它的输出电压用两个电阻就能够够任意地设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值。

最经常使用的电路应用如以下图示，现在Vo=（1+R1/R2）Vref。

选择不同的R1和R2的值能够取得从2.5V 到36V范围内的任意电压输出，专门地，当R1=R2时，Vo=5V。

其他的几个基准电压源芯片电路类似。

第五条、串联型的电路熟悉
串联型稳压电路属直流稳压电源中的一种，实际上是在三端稳压器显现之前比较经常使用的直流供电方式，在三端稳压器显现之前，串联稳压器通常有OP放大器和稳压二极管组成误差检测电路，如以下图，该电路中，OP放大器的反向输入端子与输出电压的检测信号相连，正向输入端子与基准电压Vref相连，Vs=Vout*R2/（R1+R2）。

由于放大信号ΔVs 为负值，操纵晶体管的基级电压下降，因此输出电压减小在正常情形下，必有
Vref=Vs=Vout*R2/（R1+R2），调整R1，R2之比可设定所需要的输出电压值。

图中所示只是这也是三端稳压器的大体原理，其实负载大小能够能够把三极管换成达林顿管等等，这种串联型稳压电路做组成的直流稳压电源处置不妥，极易产生振荡。

此刻没有必然模拟功底的工程师，一样此刻不用这种方式，而是直接采纳集成的三端稳压电路，进行DC/DC转换电路的利用。

第六条、线性（模拟）集成稳压电路经常使用设计方案
线性稳压电路设计方案要紧以三端集成稳压器为主。

三端稳压器，要紧有两种：
一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，三端稳压器的通用产品有78系列（正电源）和79系列（负电源），输出由具体型号中的后面两个数字代表，有5V，6V，
8V，9V，12V，15V，18V，24V等档次。

输出电流以78（或79）后面加字母来区分。

L 表示0.1A，M表示0.5A，无字母表示1.5A，如78L05表求5V 0.1A。

另一种输出电压是可调的线性稳压电路，称为可调输出三端稳压器，这种芯片代表是是LM317（正输出）和LM337（负输出）系列。

其最大输入输出极限差值在40V，输出电压为1.2V-35V（-1.2V--35V）持续可调，输出电流为0.5-1.5A，输出端与调整端之间电压在1.25V，调整端静态电流为50uA。

其大体原理相同，均采纳串联型稳压电路。

在线性集成稳压器中，由于三端稳压器只有三个引出端子，具有外接元件少，利用方便，性能稳固，价钱低廉等优势，因此取得普遍应用。

第七条、DC/DC型稳压电路设计方案
上面所述的几种DCDC转换电路都属于串联反馈式稳压电路，在此种工作模式中集成稳压器中调整管工作在线性放大状态，因此当负载电流大时，损耗比较大，即转换效率不高。

因此利用集成稳压器的电源电路功率都可不能专门大，一样只有2-3W，这种设计方案仅适合于小功率电源电路。

采纳开关电源芯片设计的DCDC转换电路转化效率高，适用于较大功率电源电路。

目前取得了普遍的应用，经常使用的分为非隔离式的开关电源与隔离式的开关电源电路。

DCDC转换开关型稳压电路设计方案，采纳开关电源芯片设计的DCDC转换电路转化效率高，适用于较大功率电源电路。

目前取得了普遍的应用，经常使用的分为非隔离式的开关电源与隔离式的开关电源电路。

固然开关电源大体的拓扑包括降压型、升压型、起落压型及反激、正激、桥式转变等等。

第八条、非隔离式DC/DC开关转换集成电路芯片电路设计方案
DCDC开关转换集成电路芯片，这种芯片的利用方式与第六条中的LM317超级相似，那个地址用L4960举例说明，一样是先利用50Hz电源进行AC-AC变换，将～220V降至开关电源集成转换芯片输入电压范围比如1.2～34V，由L4960进行DC-DC变换，这时输出电压的转变范围下可调至5V，上调至40V，最大输出电流可达2.5A（还能够接大功率开关管进行扩流），而且内设完善的爱惜功能，如过流爱惜、过酷爱惜等。

尽管L4960 的利用方式与LM317差不多，但开关电源的L4960与线性电源的LM317相较，效率不可同曰而语，L4960最大可输出100W的功率（Pmax=40V*2.5A=100W），但本身最多只消耗7W，因此很小，制作容易。

与L4960类似的还有L296，其大体参数与L4960 相同，只是最大输出电流可高达4A，且具有更多的爱惜功能，封装形式也不一样。

如此的芯片比较多，比如，LM2576系列，TPS54350，LTC3770等等。

一样在利用这些芯片时，厂家都会详细的利用说明和典型电路供参考。

第九条、隔离的DC/DC开关电源模块电路设计方案
经常使用的单端反激式DC/DC变换电路，这种隔离的操纵芯片型号也很多。

操纵芯片典型代表是经常使用的UC3842系列。

这种是高性能固定频率电流的，要紧用于隔离AC/DC、DC/DC转换电路。

其要紧应用原理是：电路由主电路、操纵电路、启动电路和反馈电路4 部份组成。

主电路采纳单端反激式拓扑，它是起落压斩波电路演变后加隔离变压器组成的，该电路具有结构简单，效率高，输入电压范围宽等优势。

操纵电路是整个开关电源的核心，操纵的好坏直接决定了电源整体性能。

那个电路采纳峰值电流型双环操纵，即在电压闭环操纵系统中加入峰值电流反馈操纵。

这种方案选择适合的变压器及MOS管能够把功率做的专
门大，与前面几种设计方案相较电路结构复杂，元器件参数确信比较困难，开发本钱较高，因此需要此方案时能够优先选择市面上比较廉价的DC/DC隔离模块。

第十条、DC/DC开关集成电源模块方案
很多微处置器和数字信号处置器（DSP）都需要内核电源和一个输入/输出（I/O）电源，这些电源在启动时必需排序。

设计师们必需考虑在加电和断电操作时内核和I/O电压源的相对电压和时序，以符合制造商规定的性能规格。

若是没有正确的电源排序，就可能显现闭锁或太高的电流消耗，这可能致使微处置器I /O端口或存储器、可编程逻辑器件（PLD）、现场可编程门阵列（FPGA）或数据转换器等支持器件的I/O端口损坏。

为了确保内核电压正确偏置之前不驱动I/O负载，内核电源和I/O电源跟踪是必需的。

此刻有专门的电源模块公司量身定做一些专用的开关电源模块，主若是那些对除去常规电性能指标之外，对其体积小，功率密度高，转换效率高，发烧少，平均无端障工作时刻长，靠得住性好，更低本钱更高性能的DC/DC电源模块。

这些模块结合了实现即插即用（plug-and-play）解决方案所需的大部份或全数组件，能够取代多达40个不同的组件。

如此就简化了集成并加速了设计，同时可减少电源治理部份的占板空间。

最传统和最多见的非隔离式DC/DC电源模块仍是单列直插（SiP）封装。

这些开放框架的解决方案的确在减少设计复杂性方面取得了进展。

但是，最简单的是在印刷电路板上利用标准封装的组件。

第十一条、DC/DC电源转换方案的选择注意事项
本条金律也是本文的总结，很重要。

本文那个地址要紧大致介绍了DCDC电源转换的稳压管稳压、线性（模拟）稳压、DCDC开关型稳压三种电路模式的几种经常使用的设计方式方案。

①需要注意的是稳压管稳压电路不能做电源利用，只能用于没有功率要求的芯片供电；
②线性稳压电路电路结构简单，但由于转化效率低，因此只能用于小功率稳压电源中；③开关型稳压电路转化效率高，能够应用在大功率场合，但其局限性在电路结构相对复杂（尤其是大功率电路），无益于小型化。

因此在设计进程中，可依如实际需要选择适合的设计方案。

更多专业资料去。