DCDC电源设计方案

DCDC电源设计方案

1、DC/DC电源电路简介

DC/DC电源电路又称为DC/DC转换电路，其主要功能就是进行输入输出电压转换。一般我们把输入电源电压在72V以内的电压变换过程称为DC/DC转换。常见的电源主要分为车载与通讯系列和通用工业与消费系列，前者的使用的电压一般为48V、36V、24V等，后者使用的电源电压一般在24V以下。不同应用领域规律不同，如PC中常用的是12V、5V、3.3V，模拟电路电源常用5V 15V，数字电路常用3.3V等。结合到本公司产品，这里主要总结24V以下的DC/DC电源电路常用的设计方案。

2、DC/DC转换电路分类

DC/DC转换电路主要分为以下三大类：

（1）稳压管稳压电路。

（2）线性(模拟）稳压电路。

（3）开关型稳压电路

3、稳压管稳压电路设计方案

稳压管稳压电路电路结构简单，但是带负载能力差，输出功率小，一般只为芯片提供基准电压，不做电源使用。比较常用的是并联型稳压电路，其电路简图如图(1)所示，

选择稳压管时一般可按下述式子估算：

(1) Uz=V out; (2)Izmax=(1.5-3)I Lmax (3)Vin=(2-3)V out

这种电路结构简单，可以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节，因此该电路适应于输出电压不需调节，负载电流小，要求不高的场合，该电路常用作对供电电压要求不高的芯片供电。

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，这时候可以采用常用的一些电压基准芯片如MC1403 ,REF02,TL431等。这里主要介绍TL431、REF02的应用方案。

3.1 TL431常用电路设计方案

TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源。它的输出

电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，参考电压源误差1%,输出电流为1.0-100mA。最常用的电路应用如下图3-1所示，TL431的内部含有一个2.5V的基准电压，所以当在REF端引入输出反馈时，器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流，控制输出电压。如图3-1所示的电路，当R1和R2的阻值确定时，两者对V o的分压引入反馈，若V o增大，反馈量增大，TL431的分流也就增加，从而又导致V o下降。显然，这个深度的负反馈电路必然在VI等于基准电压处稳定，此时V o=(1+R1/R2)Vref。选择不同的R1和R2的值可以得到从2.5V到36V范围内的任意电压输出，特别地，当R1=R2时，V o=5V。

图3-1 并联稳压器电路图图3-2 大电流并联稳压器电路图

TL431最大输出电流为100mA,在需要更大的电流时可以在图3-1基础上加一个三极管进行扩流，如图3-2所示。

使用上述设计方案时，需要注意的是，在选择电阻时必须保证TL431工作的必要条件，就是通过阴极的电流要大于1 mA ；电阻R1、R2必须选择低温漂高精度的精密电阻，这样才能保证输出电压的精度。将R1换为电位器时，通过调节R1的大小，可以实现输出电压连续可调，调节范围为2.5V-36V。

3.2 REF02常用电路设计方案

REF02是高精度的基准电压芯片。输入电压为+8V到+40V，输出电压为+5V，输出电压误差达到正负0.2%。常用的电路方案如下图3-3所示。在很多时候不仅需要正基准电压，还会用到负基准电压，因此在图3-3的基础上设计出能够同时出正负基准的一个电路，如图3-4所示。主要是将REF02输出的+5V基准通过反相比例放大电路输出一个-5V的基准电压。为了保证-5V基准电压的准确性，两个10K电阻需用高精度低温漂的精密电阻。

图3-3 REF02输出稳压电路图3-4 REF输出正负基准电压电路

图3-3、3-4的电路方案除了REF02之外，很多电压基准芯片都可以用到，使用时可根据需要选择合适的基准电压芯片。

4、线性（模拟）稳压电路常用设计方案

线性稳压电路设计方案主要以三端集成稳压器为主。三端稳压器，主要有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳压器，其基本原理相同，均采用串联型稳压电路。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，使用方便，性能稳定，价格低廉等优点，因而得到广泛应用。

4.1 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），输出电压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。典型应用电路如下：

图4-1 典型应用电路图4-2提高输出电压的电路图4-3 双电源电路

在使用上述方案时需要注意，输入电压与输出电压至少应由3V的压差，使稳压器中的调整管工作在放大区。同时输入输出压差过大，会增加稳压器的功耗。具体参数按照数据手册。在三端稳压器的输入输出端接一个二极管，用来防止输入端短路时,输出端存储的电荷通过稳压器,而损坏器件。

除上述典型应用方案外，固定输出三端稳压器与集成运放可以设计出输出可调的稳压电路，电路方案如图4-4所示：

图中集成运放作为电压跟随器，运放供电借助三端稳压器输入电压。当电位器滑动至最上端时，输出电压为最大值。当电位器滑动至最下端时，输出电压为最小值。

4.2 可调输出三端稳压器

可调输出三端稳压器常用的是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)连续可调，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。其典型应用方案如图4-5所示：

D1 D2二极管保护LM317为保护二极管。R2两端并联的C2可以大幅提高抵抗谐波的能力。

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。因此使用集成稳压器的电源电路功率都不会很大，一般只有2-3W，这种设计方案仅适合于小功率电源电路。

图4-5 LM317可调稳压电路

5、开关型稳压电路设计方案