DC-DC开关电源基础知识
开关电源DCDC基本知识
II I IL 1 Id 1 D 1
L
d
0
I0
I0
2.输入电流脉动
输入电流增量:
UdDTI I
L
d
L
d
输入电感电流的最大值:
Id
mId
1 2IL
Id
UdDT 2Ld
由无耗性可知: U dId U 0I0,Id U U d 0I0D D 0I0D D 0U R 0 0
Id
mU0(DD 0R0
D0T) 2Ld
开关电源DCDC基本知识
27
3.输出电压的脉动值 当VTon,VD off时,电容C0放电维持输出电压
U 0
D
AV
Uo U
d
VU
当D改变,U0改变 d
U DU
0
d
输出电压平均值 输入电压平均值 (10)
4.输入电流平均值Id
输出电压
P d Id U d U 0 I0
I0
1 D
Id
输入功率 电流
输出电流
开关电源DCDC基本知识
10
5.输出电压纹波分析
当 C0 ,U0con ,但sCto 为有限值
iL iCI0 负载电流
当 t[DT,T]时,T截止,D续流,U0靠C0放电和L0中电流下降维持
三.假设: 1.T,D均为理想器件 2.L0较大,使得在一个周期内电流连续且无内阻 3.直流输出电压U0为恒定 4.整个电路无功耗 5.电路已达稳态
开关电源DCDC基本知识
6
四.电路各点的波形
开关电源DCDC基本知识
7
五.电路分析
iL increase,the equivalent circuit
DC-DC基础知识
8
总结
• 电荷泵稳压器介绍 • 倍压电路的工作原理和增益配置 • 电荷泵稳压实现
9
DC-DC 基础知识
1.4 电荷泵稳压器
什么是电荷泵稳压器？
• 电荷泵稳压器是一种只通过电容器的交替式充电和 放电来输送功率的开关稳压器。 • 它适合于具有低负载电流及中等输入 – 输出电压差 的应用
Q 1 +
CF
Q 3 Q 4
VIN
Q 2
VCF +
Io
+
Co
LOAD
Vo 2
优缺点
优点
缺点
• • • •
针对所有增益的相同公共 相位连接 *假设 C1=C2
6
电荷泵稳压
• 通过增设一个后置稳压器级，充电泵将能够实现精细的输出 电压
• 而且，还可以控制 开关阻抗以使其实 际上起一个后置稳 压器的作用
– Rout 是有效输出阻 抗，包括开关阻抗 (Rsw) 及开关电容器 阻抗 1/(2Pi*Fsw*Cf) – 通过控制 Fsw 或 Rsw 可完成输出电压 的精细调节
– S1、S3 导通，S2、S4 断开，充电 – S1、S3 断开，S2、S4 导通，放电
• 通过反转输出至地的连接，单位增益变换器将变为负增 益反相器
单位增益反相增益4来自电压倍增器(倍压电路）
• 下面所示的电压倍增器电路在拓扑中仍然具有单个电容 器，只是连接有所不同 • 4 个开关的切换依然不变
– S1、S3 导通，S2、S4 断开，增益相位 – S1、S3 断开，S2、S4 导通，公共相位
7
电荷泵稳压
• 控制频率：脉冲-频率调制 (PFM)
– 通过跳过不需要的脉冲以保持输出 电压的恒定 – 优点：非常低的静态电流、较高的效 率 – 缺点：较高的输出电压纹波、频率发 生变化
DCDC电源基础必学知识点
DCDC电源基础必学知识点1. DCDC电源的原理：DCDC电源是一种将一个直流电源转换为另一个直流电源的电子电源。
它通过电子元件（如电感、电容和开关管等）控制电源输入电压的幅值和波形，从而实现电源输出电压的稳压、降压或升压。
2. DCDC电源的分类：根据输入输出电压的关系，DCDC电源可以分为升压电源、降压电源和升降压电源三类；根据转换方式，可以分为线性式DCDC电源和开关式DCDC电源两类。
3. DCDC电源的主要应用领域：DCDC电源广泛应用于电子产品、通信设备、工业自动化、汽车电子、航空航天等领域，用于提供稳定的直流电压给各种电子设备。
4. DCDC电源的工作原理：无论是线性式还是开关式DCDC电源，其基本工作原理都是通过控制开关元件（如开关管）的开关状态和频率，改变电源输入电压的幅值和波形，从而实现稳压和升降压。
5. DCDC电源的关键参数：DCDC电源的关键参数包括输入电压范围、输出电压范围、输出电流、效率、稳定性、噪声等。
6. DCDC电源的设计考虑因素：DCDC电源设计需要考虑输入电压波动、输出电流波动、电磁干扰、热管理、尺寸和成本等因素，并通过合理的电路设计和元器件选择来满足设备对电源的稳定性和可靠性要求。
7. DCDC电源的保护机制：为了保护DCDC电源和负载设备，常见的保护机制包括过压保护、过流保护、过热保护、短路保护等。
8. DCDC电源的故障排除方法：遇到DCDC电源故障时，可以通过检查输入和输出端电压、检查元器件接触和损坏、检查电路连接和布局等方法来排除故障。
9. DCDC电源的发展趋势：随着科技的不断进步和需求的不断变化，DCDC电源正朝着小型化、高效率、高可靠性、多功能等方向发展。
未来可能出现新的DCDC电源技术和应用。
10. DCDC电源的设计和应用需要结合具体的需求，包括输入输出电压范围、功率需求、环境条件等，以确保设计的电源满足设备的要求。
dcdc开关电源工作原理
dcdc开关电源工作原理
DC-DC开关电源是一种将输入直流电压转换为不同电压输出
的电源。
它通过在开关管（通常是MOSFET）上开关操作来
实现电压转换。
工作原理如下：
1. 输入电压：首先，输入直流电压通过输入电容器进行滤波，以确保输入电压的稳定性。
这样可以避免输入电压的变化对输出电压造成干扰。
2. 开关操作：接下来，控制器会根据所设定的输出电压来控制开关管的工作。
它通常使用脉冲宽度调制（PWM）技术，即
通过改变开关管的开关周期和占空比来调节输出电压。
3. 能量存储：在开关管开启的瞬间，输入电压会通过电感器将能量储存起来，形成电感能量。
4. 能量释放：而在开关管关闭的瞬间，储存在电感中的能量会通过输出电容器提供给输出负载。
通过这种方式，能够将输入电压转换为所需要的输出电压。
5. 反馈控制：在整个过程中，反馈控制器会对输出电压进行监测并与预设的输出电压进行比较。
如果输出电压偏离了预设值，反馈控制器会相应地调整开关管的开关周期和占空比，以使输出电压保持稳定。
这种开关操作的方式可以实现高效的能量转换，并且相比线性稳压器，DC-DC开关电源具有更高的效率和更小的体积。
它
广泛应用于电子设备中，如计算机、通信设备、电源适配器等。
DCDC升压开关电源设计
DCDC升压开关电源设计DC-DC升压开关电源是一种常见的电源设计，它可以将输入电压升压到指定的输出电压。
本文将介绍DC-DC升压开关电源的基本原理、设计步骤以及注意事项。
一、DC-DC升压开关电源的基本原理DC-DC升压开关电源通过开关器件实现输入电压的升压。
其基本原理是电感储能和开关器件的周期开关。
当电源输入电压施加给开关器件时，开关器件导通，电感器件开始储能；当开关器件断开时，电感器件将储存的能量输出，并经过整流滤波后得到稳定的输出电压。
二、DC-DC升压开关电源的设计步骤1.确定输入输出电压：首先确定所需的输入和输出电压。
输入电压一般来自电池、交流电源或其他直流电源，而输出电压则是升压后的电压。
2.选择开关器件：根据所需的转换功率和输出电压，选择合适的开关器件。
常用的开关器件有MOSFET和IGBT，选择开关器件时要考虑其导通电阻、开关速度和功耗等因素。
3.选择电感器件：电感器件用于储存能量，可以选择磁性材料制成的线圈或铁氧体等。
选择合适的电感器件要考虑其电感值、饱和电流和损耗等因素。
4.计算元件参数：根据输入输出电压和所选的开关器件和电感器件，计算所需的元件参数。
包括电容器的容值、电感器件的电感值以及开关器件的参数，例如导通电阻和开关频率等。
5.设计控制电路：根据所选的开关器件类型，设计适配的控制电路。
常用的控制电路包括PWM控制电路、反馈电路和过压保护电路等。
6.进行仿真和优化：使用电路仿真软件进行仿真，验证设计的可行性，并根据仿真结果进行优化。
7.PCB布局设计：根据设计的电路图，进行PCB布局设计，保证电路的稳定性和可靠性。
8.制作原型并测试：将设计的电路制作成原型，进行测试以验证其性能和可靠性。
三、DC-DC升压开关电源设计的注意事项1.开关器件选型要合适，能够承受所需的转换功率和工作频率，同时保持较低的导通电阻和开关损耗。
2.电感器件的选用要符合电路的工作频率和最大电流需求，避免电感器件的饱和和损耗过大。
DCDC电源基础知识
DC-DC电源分类及工作原 理
（2）开关断开
• 当开关处于断开状态时，通过电感的电流为：
IL of f 0 (1 D )T(V i L V o )d t (V i V o ) L 1 (D )T
关键器件选择
4.1 输出电感 · 作用
能够将电能转化为磁能而存储起来。由 于电感电流不可突变从而维持整个开关周期 电流的持续输出。
电感Q值：也叫电感的品质因素，是衡 量电感器件的主要参数。是指电感器在某 一频率的交流电压下工作时，所呈现的感 抗与其等效损耗电阻之比。电感器的Q值越 高，其损耗越小，效率越高。Q值过大，引 起电感烧毁，电容击穿，电路振荡。
DC-DC电源分类及工作原 理
1.2 Boost converter（升压型)
升压 电感
滤波 电容
升压变换器原理图
• Vo=Vin/(1-D) • D<1，Vo>Vin
DC-DC电源分类及工作原 理
（1）开关连接
• 当开关处于连接状态时，通过电感的电流为：
1 DT DT
ILonL0 Vid t LVi
• 饱和电流
（∆IL取负载电流的30%左右）
电感饱和电流一般为电感峰值电流的1.25~1.5倍,如果小于电路的峰值电
流,那么电感量就会变小，达不到滤波效果。
IPEA IK OU TIL/2
关键器件选择
4.2 分压电阻
• 作用 输出电压通过R1和R2组成分压网络反馈给控制电路，控制PWM占空比，从而控 制开关管的导通和截止，达到稳定输出电压的目的。所以分压电阻很重要的作 用是设置Buck电路的输出电压值。计算公式如下：
DCDC培训资料2
要点二
详细描述
DC/DC转换器控制原理是通过调节开关的占空比，将 输入电压变换成所需的输出电压。控制策略包括电压模 式控制和电流模式控制两种主要方式，其中电压模式控 制具有简单、响应速度快等优点，但存在负载效应和输 出电压交叉调整率的问题；电流模式控制则可以消除负 载效应，提高系统性能，但电路实现较为复杂。
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技术发展趋势及市场前景分析
高可靠性及长寿命
DC/DC转换器在许多重要领域都有应用， 如航空航天、工业控制、数据中心等。这些 领域对DC/DC产品的可靠性和寿命要求非 常高。因此，提高DC/DC产品的可靠性和 寿命是未来发展的重要方向之一。
智能化及数字化
随着数字化时代的到来，智能化和数字化成 为了电子设备的重要特征。DC/DC转换器
系统集成与测试
将DC/DC转换器与其他电路 集成，并进行性能测试和验证 。
设计输入和输出参数的确定
输入电压范围
根据应用需求，确定DC/DC转换器的输入 电压范围。
负载特性
根据应用需求，确定DC/DC转换器的负载 特性，如阻性负载、感性负载等。
输出电压和电流
根据应用需求，确定DC/DC转换器的输出 电压和电流。
数字控制技术
数字控制技术是实现高效能转换的关键技术之一。未来，研究数字控制技术将会成为 DC/DC转换器发展的重要方向之一。通过引入先进的数字信号处理和控制算法，实现更精 确的控制和更优化的运行，提高设备的性能和可靠性。
智能化及数字化技术
智能化和数字化技术将会成为DC/DC转换器未来发展的重要方向之一。通过引入人工智能 、机器学习等技术手段，实现设备的自主控制和智能管理，提高设备的智能化程度和自动 化水平。
DC-DC开关电源基础知识
开关电源基础知识介绍1、输出纹波噪声的测量及输出电路的处理PWM 开关电源的输出的纹波噪声与开产频率有关。
其纹波噪声分为两大部分：纹波（包括 开关频率的纹波和周期及随机性漂移）和噪声（开关过程中产生）。
周期及随机性漂移在纹波与噪声的测量过程中，如果不使用正确的测量方法将无法正确地测量出真出的输出 纹波噪声。
下面是推荐的测量方法：平行线测量法:输出管脚接平行线 后接电容,在电容两端使用20MHz 示波器探头测量。
具体要求见右图， 负载C 为瓷片电容，负载与模块之间的 距离在51mm 和76mm(2in.和3in) 之间。
在大多数电路中,本公司模块的输出纹波噪声都能满足要求。
对于输出纹波有较为严格要求的 电源系统可以在输出增加差模滤波器来进一步降低纹波，但在设计过程中应注意尽量选择较小的 电感和较大的电容。
如果需要消除进一步喊小噪声，需要加共模滤波器。
输入与输出及外壳之间加高压隔离电容（一般为1~2.2nF ）也可以减小共模噪声。
2、多路输出的交互调节及其应用对于多路输出的电源模块，用户比较关心输出 负载发生变化时不同输出路的相互间的影响。
例如，当主路输出空载时，辅助输出路的负载能力，一般电源100% 由于主路负载太轻，而使辅助路输出的能力极低。
本 公司产品采用了集成磁路的概念，或采取双路同步控制96% 使输出电压之间的交互调节特性大大改善。
下图显示了 交互调节的优点。
图中lo1为主路负载电流、lo2为辅助 0路负载电流、Vo2为辅助路输出电压。
由图可见， 20%100% Io2在主路负载从20%～100%变化时，辅助路输出电压随辅助路负载电流的变化曲线中，辅助路输出电压始终在±4%范围之内。
即使在最坏的情况，即主路 空载、辅助路江载，主路满载、辅助路空载时其输出电压也能保证在标称电压的±10%范围之内。
由此，对于输出稳压精度要求不太高的情况下，这种不稳压的辅助输出不仅能够满足供电的条件， 而且相对成本低、器件少、可靠性高。
dcdc电源电路基础知识
DC/DC基本知识DC/DC是开关电源芯片。
开关电源，指利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关（MOSFET等）进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容（感）里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。
其输出的功率或电压的能力与占空比（由开关导通时间与整个开关的周期的比值）有关。
开关电源可以用于升压和降压。
我们常用的DC-DC产品有两种。
一种为电荷泵（Charge Pump），一种为电感储能DC-DC转换器。
本文详细讲解了这两种DC/DC产品的相关知识。
目录一. 电荷泵1. 工作原理2. 倍压模式如何产生3. 电荷泵的效率4. 电荷泵的应用5. 电荷泵选用要点二. 电感式DC/DC1. 工作原理（BUCK）2. 整流二极管的选择3. 同步整流技术4. 电感器的选择5. 输入电容的选择6. 输出电容的选择7. BOOST 与BUCK的拓扑结构一. 电荷泵电荷泵为容性储能DC-DC产品，可以进行升压，也可以作为降压使用，还可以进行反压输出。
电荷泵消除了电感器和变压器所带有的磁场和电磁干扰。
1. 工作原理电荷泵是通过外部一个快速充电电容（Flying Capacitor），内部以一定的频率进行开关，对电容进行充电，并且和输入电压一起，进行升压（或者降压）转换。
最后以恒压输出。
在芯片内部有负反馈电路，以保证输出电压的稳定，如上图Vout ，经R1,R2分压得到电压V2，与基准电压VREF做比较，经过误差放大器A，来控制充电电容的充电时间和充电电压，从而达到稳定值。
电荷泵可以依据电池电压输入不断改变其输出电压。
例如，它在1.5X或1X的模式下都可以运行。
当电池的输入电压较低时，电荷泵可以产生一个相当于输入电压的1.5倍的输出电压。
而当电池的电压较高时，电荷泵则在1X模式下运行，此时负载电荷泵仅仅是将输入电压传输到负载中。
这样就在输入电压较高的时候降低了输入电流和功率损耗。
2. 倍压模式如何产生以1.5x mode为例讲解：电压转换分两个阶段完成。
DCDC电源应用指南
DCDC电源应用指南DC-DC电源是一种用于将直流电压转换为另一种不同电压级别的电源设备。
它广泛应用于各种电子设备中，是电子产品中不可或缺的重要组成部分。
本文将为您介绍DC-DC电源的应用指南。
一、DC-DC电源的基本原理DC-DC电源通过电压转换器实现将输入电压转换为所需的输出电压。
其基本原理是利用电压转换器中的开关管（如MOSFET）进行开合操作，通过改变电流的通断来改变电压的转换比例。
常见的DC-DC电源拓扑结构有升压（Boost）、降压（Buck）、升降压（Buck-Boost）等类型。
二、DC-DC电源的应用场景1.电子产品DC-DC电源广泛应用于各种电子产品中，如智能手机、平板电脑、数码相机等。
在这些设备中，由于需要不同的电压级别来驱动各个电子元件，DC-DC电源能够有效地将电池提供的低压电能转换为所需的各种工作电压。
2.通信技术在通信领域中，由于电信设备对供电电压的要求比较严格，要求电压纹波小、输出精度高，因此DC-DC电源被广泛应用于无线基站、光纤传输设备、调制解调器等设备中。
3.工业控制在工业控制领域中，由于环境复杂多变，对电源可靠性和稳定性的要求较高。
DC-DC电源能够提供高效、稳定的电源转换，因此在PLC、DCS等工控设备中得到了广泛应用。
4.汽车电子汽车电子设备对电源的要求也比较高，要求具备较高的抗干扰能力和温度适应能力。
DC-DC电源能够在不同的负载变化和温度环境下保持输出稳定，因此被广泛用于汽车导航、车载娱乐系统等设备中。
5.新能源领域在新能源领域中，如太阳能、风能等，直流电能的利用率较高。
DC-DC电源能够将不同电压级别的直流电能进行转换，使其适配不同的电子设备，实现能源的高效利用。
三、DC-DC电源选择的注意事项1.输出电压和电流选择DC-DC电源时需根据实际需求确定输出电压和电流的大小。
应根据待供电设备的工作电压和电流要求确定DC-DC电源的输出参数。
2.效率和稳定性DC-DC电源的效率和稳定性对设备的性能和寿命有着重要影响。
dcdc培训资料2
02
DC/DC转换器的类型
隔离式和非隔离式
隔离式
转换器输入和输出之间存在电气隔离 ，通常使用变压器实现。优点是可以 在不同电压级别之间转换，提高安全 性。缺点是体积较大，成本较高。
非隔离式
转换器输入和输出之间没有电气隔离 。优点是成本较低，体积较小。缺点 是安全性较低，只能用于相同电压级 别之间的转换。
纹波和噪声
纹波
指输出电压或电流中的交流成分，会影响输出电压和电流的质量和稳定性。
噪声
指DC/DC转换器内部或外部产生的干扰信号，可能会影响输出电压和电流的稳定 性和性能。
尺寸和重量
尺寸
DC/DC转换器的物理尺寸，会影响其 在系统中的应用和布局。
重量
DC/DC转换器的重量，会影响其在系 统中的安装和固定方式。
全桥式
通过四个开关管和两个磁性元件，将输入直流电压转换为另 一个直流电压。优点是输出电压精度高，效率高。缺点是电 路复杂，成本较高。
03
DC/DC转换器的性能参数
输入电压和输出电压
输入电压
DC/DC转换器的输入电压范围决 定了其适应的电源范围，通常根 据系统需求和电源供应情况而定 。
输出电压
输出电压是DC/DC转换器所能够 调整和稳定的直流电压，通常需 要根据负载的需求进行设定。
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汇报人： 2023-12-23
目录
• DC/DC转换器简介 • DC/DC转换器的类型 • DC/DC转换器的性能参数 • DC/DC转换器的选择 • DC/DC转换器的使用和注意
事项 • DC/DC转换器的常见问题和
解决方案
01
DC/DC转换器简介
DC/DC转换器的定义
搞懂DCDC电源怎么回事
搞嵌入式的工程师们往往把单片机、ARM、DSP、FPGA搞的得心应手，而一旦进行系统设计，到了给电源系统供电，虽然也能让其精心设计的程序运行起来，但对于新手来说，有时可能效率低下，往往还有供电电流不足或过大引起这样那样的问题，本文十一条金律轻松搞定DCDC电源转换。
第一条、搞懂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，常用3.3V等，现在的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、需要知道的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，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=Vout; （2）Izmax=（1.5-3）ILmax （3）Vin=（2-3）Vout 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。
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，这时常用的一些电压基准芯片如TL431、MC1403 ，REF02等。
《开关电源基础讲解》课件
常见的开关电源类型
AC-DC开关电源
将交流电转换为直流电的开关电源，广泛应用于各种电子设备。
DC-DC开关电源
实现不同电压级别的转换，常用于电子设备中的电源管理。
DC-AC逆变器
将直流电转换为交流电的开关电源，用于太阳能发电等领域。
开关开关电路
实现高频脉冲开关，控制电能的转换。
整流电路
将交流输入电压转换为直流电压。
输出滤波电路
消除开关电源输出的纹波电压，保证输出稳定性。
开关电源的输入端和输出端
开关电源的输入端接入交流电源，输出端连接电子设备，通过变换和稳定电 能实现设备的正常工作。
开关电源的保护电路
为了保护开关电源和电子设备，通常会采用过压保护、过流保护、短路保护 等多种保护电路。
电源管理芯片的作用
电源管理芯片用于监控和控制开关电源的工作状态和性能，提高系统稳定性和效率。
《开关电源基础讲解》 PPT课件
本PPT课件详细介绍了开关电源的基础知识和应用领域，包括历史发展、原理、 优缺点、组成部分、工作原理和性能参数等。
什么是开关电源？
开关电源是一种通过将输入电能转换为高频脉冲信号，经过变变换、整流 和滤波等处理后，获得稳定输出电压或电流的电源。
开关电源的历史和发展
开关电源的优缺点
1 优点
高效率、稳定性好、体积小、重量轻、可靠 性高。
2 缺点
造价较高、存在电磁干扰等问题。
开关电源的工作原理和性能参数
工作原理
通过控制开关管的通断状态，实现电能的转换和稳 定输出。
性能参数
包括输入输出电压、电流、效率、负载调整率等。
一文读懂开关电源(DC／DC)的原理介绍
DC/DC电源指的是直流转直流的电路，有升压降压两种电路，按理来说，LDO也是DCDC 电源，但行业内只认为以开关形式实现的电源为DC/DC电源。
一、DC/DC基本拓扑一个功率变换器，当输入、负载和控制均为固定值时的工作状态，在开关电源中，被称为稳态。
稳态下，功率变换器中的电感满足电感电压伏秒平衡定律：对于已工作在稳态的DC/DC功率变换器，有源开关导通时加在功率电感上的正向伏秒一定等于有源开关截至时加在该电感上的反向伏秒。
1、BUCK降压型当PWM驱动高电平使得NMOS管S1导通，忽略MOS管的导通压降，电感电流呈线性上升，此时电感正向伏秒为：V*Ton=（Vin-Vo）*Ton当PWM驱动低电平使得NMOS管S1截至时，电感电流不能突变，经过续流二极管形成回路（忽略二极管压降），给输出负载供电，此时电感电流下降，此时电感反向伏秒为：V*Toff=Vo*（Ts-Ton）根据电感电压伏秒平衡定律可得：（Vin-Vo）*Ton=Vo*（Ts-Ton）即 Vo=D*Vin （D为占空比）2、BOOST升压型和BUCK电路类似的分析方法，当MOS管导通时，电感的正向伏秒为：Vin*Ton；当MOS 管截至时，电感的反向伏秒为：（Vo- Vin）*（Ts-Ton）根据电感电压伏秒平衡定律可得：Vin*Ton=（Vo- Vin）*（Ts-Ton）即 Vo=Vin/（1-D）3、同步整流技术由于二极管导通时至少存在0.3V的压降，因此续流二极管D所消耗的功率将会称为DC/DC电源主要功耗，从而严重限制了效率的提高。
为解决该问题，以导通电阻极小的MOS 管取代续流二极管。
然后通过控制器同时控制开关管和同步整流管，要保证两个MOS管不能同时导通，负责将会发生短路。
二、DC/DC电源调制方式DC/DC电源属于斩波类型，即按照一定的调制方式，不断地导通和关断高速开关，通过控制开关通断的占空比，可以实现直流电源电平的转换。
DCDC基础知识
• MOSFET LDO 能支持非常低的压降、低静态电流、改善的 噪声性能和低电源抑制。
6
有关 LDO 压降的更多信息
• 在 LDO 数据表中，只规定了最大输出电流条件下的压 降。在其他的工作条件下，压降可以通过计算求出。
AC 输入
变压器耦合
横跨隔离边界的信号反馈回路 通常需要一个光耦合器做隔离
具有功率因数校正 (PFC) 功能的初级侧开关模式电源
7
控制器与稳压器
• 控制器
– 分立式 MOSFET – 负责提供控制功率级所需的“智能” – 设计更加精细复杂 – 可全面控制 FET 选择、开关频率、过流、补偿、软起动 – 可通过优化设计调整使电源满足您的特殊需求
• 而且，还可以控制 开关阻抗以使其实 际上起一个后置稳 压器的作用
6
电荷泵
Q 1
+ VIN Q
2
C
Q
F
3
VCF+ Q
4
Io
+
Co
LOA V
D
o-
优点
• 中等效率 • 由于电荷泵将电容器两端的电压接入输出端及从输
出端接出，因此：
– 无需电感器 – VOUT 可高于、低于和等于 VIN
• 较少的组件使电荷泵更易于设计
应用
• 需要一个低输出电流的应用 • 具有中等的输入-输出电压差的应用 • 存在空间限制的应用
• 全集成型稳压器
– 集成型开关 – “即插即用型” 设计 – 输出滤波器组件的选择范围受限 – 对于功能性的控制受限
• 部分集成型稳压器
– 可提供全部或部分特性集，内部或外部补偿 – 内部功率 FET、外部同步 FET 或箝位二极管 – 对于频率、过流、软起动等功能的控制受限 – 可提供较宽的输出滤波器组件选择范围
dcdc电源电路基础知识
DC/DC基本知识DC/DC是开关电源芯片。
开关电源，指利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关（MOSFET等）进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容（感）里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。
其输出的功率或电压的能力与占空比（由开关导通时间与整个开关的周期的比值）有关。
开关电源可以用于升压和降压。
我们常用的DC-DC产品有两种。
一种为电荷泵（Charge Pump），一种为电感储能DC-DC转换器。
本文详细讲解了这两种DC/DC产品的相关知识。
目录一. 电荷泵1. 工作原理2. 倍压模式如何产生3. 电荷泵的效率4. 电荷泵的应用5. 电荷泵选用要点二. 电感式DC/DC1. 工作原理（BUCK）2. 整流二极管的选择3. 同步整流技术4. 电感器的选择5. 输入电容的选择6. 输出电容的选择7. BOOST 与BUCK的拓扑结构一. 电荷泵电荷泵为容性储能DC-DC产品，可以进行升压，也可以作为降压使用，还可以进行反压输出。
电荷泵消除了电感器和变压器所带有的磁场和电磁干扰。
1. 工作原理电荷泵是通过外部一个快速充电电容（Flying Capacitor），内部以一定的频率进行开关，对电容进行充电，并且和输入电压一起，进行升压（或者降压）转换。
最后以恒压输出。
在芯片内部有负反馈电路，以保证输出电压的稳定，如上图Vout ，经R1,R2分压得到电压V2，与基准电压VREF做比较，经过误差放大器A，来控制充电电容的充电时间和充电电压，从而达到稳定值。
电荷泵可以依据电池电压输入不断改变其输出电压。
例如，它在 1.5X或1X的模式下都可以运行。
当电池的输入电压较低时，电荷泵可以产生一个相当于输入电压的 1.5倍的输出电压。
而当电池的电压较高时，电荷泵则在1X模式下运行，此时负载电荷泵仅仅是将输入电压传输到负载中。
这样就在输入电压较高的时候降低了输入电流和功率损耗。
2. 倍压模式如何产生以1.5x mode为例讲解：电压转换分两个阶段完成。
DC-DC基础知识 开关稳压电源
1.3 开关稳压器
什么是开关稳压器？
• 开关稳压器是一种采用开关组件输送功率的 DCDC 转换器。 • 它可提供高电源转换效率和设计灵活性
+ Vin C L
L-C Components Switchers
Vout -
2
优缺点
优点
缺点
• • • • • • •
高效率 优良的热性能 高功率密度 允许宽输入电压范围 Vout 可以低于或高于 Vin 可利用变压器提供隔离 可利用变压器提供多个输出
• 全集成型稳压器
• 部分集成型稳压器
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总结
• 开关稳压器介绍 • 开关稳压器的工作原理 • 开关稳压器的类型
– 基本拓扑 – 同步与非同步 – 隔离式与非隔离式
9
D = 占空比（开关处于为 L 充电之位 置的时间百分比） D’ = 1-D
4
基本拓扑
• 三种基本的直流开关变换器拓扑：降压、升压和升降 压
降压
VIN
升压
VOUT
VIN
VOUT
Vout = D*Vin 降压-升压
VIN
Vout = Vin/(1-D)
VOUT
Vout = -DVin/(1-D)
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同步与非同步
• 开关操作会产生较高的输出纹波和噪 声 • 缓慢的瞬态响应 • 高复杂性（因为涉及更多的外部组件和 设计变量）
3
开关稳压器的工作原理是什么？
• 电感负责储存能量及向输出负载释放能量；电感根据开 关管的开通从输入端获得能量。 • 降压型转换器实例：
– 当切换至位置 1 时，电感器将储存能量；当切换至位置 2 时， 电感器将释放能量 – 电感器上的平均电压为零：D(Vin-Vo)-D’Vo=0 => Vout = D*Vin
dc-dc开关电源原理
dc-dc开关电源原理DC-DC开关电源，简称DC-DC电源，是一种能够将直流电压转换成不同稳定直流电压的电源系统。
其原理基于开关管的开关动作，通过控制开关动作的频率和占空比，实现对输入电压的调节，从而输出所需的稳定直流电压。
一、DC-DC开关电源的基本原理1.1 输入电压和输出电压DC-DC开关电源的输入电压通常为直流电压，可以是电池、整流器输出的直流电压等。
而输出电压则可以是需要的稳定直流电压，例如5V、12V等。
1.2 电路拓扑结构DC-DC电源的拓扑结构包括多种形式，常见的有Buck、Boost、Buck-Boost 等。
每种拓扑结构都有其特定的输入输出特性，根据需求选择合适的拓扑结构。
1.3 PWM调制DC-DC开关电源的核心原理之一是PWM调制（Pulse Width Modulation），通过改变开关管通断的占空比，控制输出电压的大小和稳定性。
通常采用的调制方式有恒频PWM调制和恒频调制等。
1.4 控制电路DC-DC开关电源的控制电路主要用于控制开关管的开关动作，以实现对输出电压的调节。
控制电路通常由控制芯片、反馈电路和误差放大器等组成，通过对输入信号的处理，输出合适的控制信号。
二、DC-DC Buck（降压）电路原理2.1 Buck电路结构Buck电路是一种常用的DC-DC开关电源拓扑结构，其主要由输入电源、开关管、电感、二极管和负载组成。
其中，开关管和二极管通过交替导通和截止的方式，实现对输入电压的降压。
2.2 工作原理当开关管导通时，电感储存能量，负载电流通过电感和二极管流过。
当开关管截止时，电感释放储存的能量，通过二极管供应负载电流。
通过控制开关管的导通和截止时间，可以实现对输出电压的调节。
2.3 控制方式Buck电路的控制方式可以分为恒压控制和恒流控制两种。
恒压控制通过反馈电路和误差放大器实现，控制输出电压保持稳定。
恒流控制则是通过对负载电流的监测和调节，保持输出电流的稳定。
DC-DC电源详解
【c 概述二. 理想直流变换器应有的参数性能1.输入输出端的电压均为平滑的直流电压，无交流谐波的分量2.输出阻抗为零3.快速动态响应，抑制能力强4.高效率，小型化三. 常用的DC/DC电源方案1.线性电源。
主要应用于对发热和效率要求不高的应用场合，线性电源的效率通常在35% to 50%之间2.脉宽调制（PWM）开关电源。
在使用时具有比线性电源更高的效率和灵活性3.高效率的谐振开关电源。
由基本的PWM开关电源演变而来，主要应用于高效率和对电磁干扰有特别要求的场合w ww .p cb b a r .o mc 电源系统设计指标输入电压Vin(nom)：产品的正常输入电压Vin(max)：产品的最高输入电压Vin(min)：产品的最低输入电压频率：直流，50，60，400Hz等浪涌电压：输入电压超出Vin(max)的时间段，电源必须能够承受这个浪涌电压，正常工作瞬态电压：具有很高的电压尖峰（包括正与负尖峰），这是输入电源系统的特征输入电流Iin(max)：最大平均输入电流。
它的最大极限值可以由安全管理机构来定义。
输出电压Vout(rated)：额定输出电压（理想输出电压）Vout(min)：保证负载不被切断的最小输出电压。
Vout(max)：保证负载线路正常运行的最大输出电压。
Vout(abs)：负载遭到破坏时的极限电压。
电压纹波：这是峰-峰值电压，它的频率和大小应该能被负载所接受输出电流Iout(retad)：额定输出电流。
Iout(min)：在正常运行情况下，最小的输出电流。
Iout(max)：负载的瞬态承受的输出电流。
Isc：负载短路时的最大极限电流。
w ww .p cb b a r .o mc 电源系统设计指标动态负载响应时间当加上阶跃负载时，电源系统响应需要的时间电压调整率输入电压变化时，输出电压的变化率，即：电压调整率=（最高输出电压-最低输出电压）/额定输出电压X100%负载调整率负载电流从半载到额定负载时，输出电压的变化率，即：负载调整率=（满载时输出电压-半载时输出电压）/额定负载时输出电压X100%总效率这将决定系统有多少热量产生，以及在结构设计时是否应考虑采用散热片。
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开关电源基础知识介绍
1、输出纹波噪声的测量及输出电路的处理
PWM 开关电源的输出的纹波噪声与开产频率有关。
其纹波噪声分为两大部分：纹波（包括 开关频率的纹波和周期及随机性漂移）和噪声（开关过程中产生）。
周期及随机性漂移
在纹波与噪声的测量过程中，如果不使用正确的测量方法将无法正确地测量出真出的输出 纹波噪声。
下面是推荐的测量方法：
平行线测量法:输出管脚接平行线 后接电容,在电容两端使用20MHz 示波器探头测量。
具体要求见右图， 负载
C 为瓷片电容，负载与模块之间的 距离在51mm 和76mm(2in.和3in) 之间。
在大多数电路中,本公司模块的输出纹波噪声都能满足要求。
对于输出纹波有较为严格要求的 电源系统可以在输出增加差模滤波器来进一步降低纹波，但在设计过程中应注意尽量选择较小的 电感和较大的电容。
如果需要消除进一步喊小噪声，需要加共模滤波器。
输入与输出及外壳之间加高压隔离电容（一般为1~2.2nF ）也可以减小共模噪声。
2、多路输出的交互调节及其应用
对于多路输出的电源模块，用户比较关心输出 负载发生变化时不同输出路的相互间的影响。
例如，
当主路输出空载时，辅助输出路的负载能力，一般电源100% 由于主路负载太轻，而使辅助路输出的能力极低。
本 公司产品采用了集成磁路的概念，或采取双路同步控制96% 使输出电压之间的交互调节特性大大改善。
下图显示了 交互调节的优点。
图中lo1为主路负载电流、lo2为辅助 0
路负载电流、Vo2为辅助路输出电压。
由图可见， 20%
100% Io2
在主路负载从20%～100%变化时，辅助路输出电压随
辅助路负载电流的变化曲线中，辅助路输出电压始终在±4%范围之内。
即使在最坏的情况，即主路 空载、辅助路江载，主路满载、辅助路空载时其输出电压也能保证在标称电压的±10%范围之内。
由此，对于输出稳压精度要求不太高的情况下，这种不稳压的辅助输出不仅能够满足供电的条件， 而且相对成本低、器件少、可靠性高。
建议用户首先考虑不稳压的辅助输出的电源模块。
3、容性负载能力与电源输出保护
建议用户对电源模块的阻性负载取大于10%额定负载，这样模块工作比较稳定。
电容作为电源去耦及抗干扰的手段，在现代电子线路中必不可少，本公司的电源模块考虑此 因素，都有相当的容性负载能力。
但由于考虑到电源的综合保护能力，尤其是输出过载保护， 容性负载能力不可能太大，否则保护特性将变差。
因此用户在使用过程中负载电容总量不应 超过最大容性负载能力。
Vo
输出电流保护一般有四种方式：
●恒流式：当到达电流保护点时，输出电流随负载的 进一步的加重，略有增加，输出电压不断下降。
●回折式：当到达电流保护点时，输出电流随负载的 的加重，输出电压不断下降，同时输出电流也不断下降。
●截止式：当到达电流保护点时，电源模块输出被禁止。
●恒流-截止式：当到达电流保护点时，首先是恒流式 的保护方式，当输出电流达到某值时，电源模块输出被禁止。
●精确自恢复截止式：输出电流到达保护点，电源模块输出被禁止，负载减轻电路自恢复。
在大部分电路中使用恒流式与截止式较多，比较理想的保护方式是精确自恢复截止式，或者 恒流-截止式保护。
其中恒流式、回折式保护本质上就是自恢复的，但输出短路时的功耗较大， 尤其是恒流式。
而截止式、恒流-截止式保护的自恢复特性须加辅助复位电路来完成自恢复，其 输出过载时的功耗可以通过复位电路的周期进行调整，即调整间歇启动的时间间隔。
一般电流 保护1.2~2倍标称输出电流。
精确自恢复截止式电流保护点设定为标称输出电流1.2倍或1.3倍。
一般输出有过压嵌位保护。
4、负载瞬态响应
当输出的负载迅速发生变化时，输出的电压会出现 上冲或下跌。
电源模块经过调整恢复原输出电压。
这个 Vo ）和恢复 时间（tr ）。
过冲越小，恢复时间越短，系统响应速度 越快。
一般在25%的标称负载阶跃变化，输出电压的
过冲为4%VO ，恢复时间为500µS 左右。
5、外围推荐电路
1）输出电压的调节：
本公司产品中有TRIM 输出管脚的产品，可以通过电阻或电位器对输出电压进行一定范围内的 调节。
将电位器的中心与TRIM 相连，在有+S ，-S 管脚的模块中，其他两端分别接+S 、-S ，没有 相应主路的输出正负极（+S 接Vo1，-S 接GND 上，调节电位器即可。
辅路跟随主路调节。
电位器 阻值根据输出电压的大小选用5～20KΩ比较合适。
一般微调范围为±10%。
在直接与输出正负极相连时，请单独走线以免引入其他不必要的干扰。
2）遥控开/关电路
模块的遥控开/关操作是通过REM 端进行控制的。
一般控制方式有两种：
●正逻辑控制方式：REM 端接高电平或悬空状 态，模块工作；REM 端接低电平状态，模块关断。
●负逻辑控制方式：REM 端接低电平状态， 模块工作；REM 端接高电平或悬空状态，模块关断。
●高低电平值参见产品系列说明。
●如果控制需要与输入端隔离则可以使用光耦
作为传递控制信号。
如右图所示，R 只有在“悬空关断”的控制方式时才有必要使用。
3）DC/DC 产品输入保护电路：
本公司的PWM 开关电源模块都有内置的滤波器，能满足一般电源应用的要求。
LC VIN
GND
推荐用户使用下图的电路，输入加铝电解电容以吸收模块输入端的电压尖峰并为模块提供 一定的维持电压，一般在25～50W 功率48V 输入的模块，选择几十微法左右的电容较为合适。
考虑到纹波的因素，尽量先用低ESR 的电容。
为了防止输入电源瞬态高压将电源模块烧毁，
建议用户在输入端接瞬态吸收二极管并配合保险管 使用，确保模块在安全的输入电压范围内。
为了降低共模噪声，可以增加Y 电容。
一般选择
1~10nF 高频电容。
在图中，R 为保险管、D1为反接保护二极管、 C 为滤波电容（如铝电解电容）、Cy 为Y 电容。
D2 为瞬态吸收二极管（P6KE 系列）。
4)冗余热备份电路
将相同的模块输出通过二极管并联使输出能力增倍，同时提高了电源系统的可靠性．原则上 如果配合相应输出告警电路，将模块放在可以拆卸的母线上，出现故障的模块及时更换，电源 系统将有非常高的可靠性。
这种方法并联的模块没有数量的限制。
下图中D 一般为肖特基二极管， 在D 之前可以加告警电路来反映模块的好坏。
模块也须使用TRIM 进行相应的调整。
5）AC/DC 产品外围推荐电路
如下图所示L 为火线，FUSE 为熔断器，N 为零线，C1为高频特性好的瓷片电容或聚酯电容， FG 为机壳，E1为铝电解电容，RT 为压敏电阻（标称电压470V 以上）--直径10mm 以上。
因模块电源已内置输出铝电解电容，用户可以不加E1电容。
如果用户的空间足够大，也可以 选择允许的耐压值，容量不大于模块允许的容性负载值的铝电解电容，以提高模块的使用寿命。
FUSE RT ～
负载
（图5-8）。