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電源技術(shù):DC/DC轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計的技巧

發(fā)布時間:2015-01-07 責(zé)任編輯:xueqi

【導(dǎo)讀】DC-DC轉(zhuǎn)換器為整個系統(tǒng)中的各個電路供電。只有掌握DC/DC轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計的技巧,把所有要考慮的因素考慮全面,才能提高系統(tǒng)的整體性能,達(dá)到各個電路的性能效果的體現(xiàn)。下文將為大家介紹DC/DC轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計的各種技巧。
 
一、正確理解DC/DC轉(zhuǎn)換器
 
DC/DC轉(zhuǎn)換器為轉(zhuǎn)變輸入電壓后有效輸出固定電壓的電壓轉(zhuǎn)換器。DC/DC轉(zhuǎn)換器分為三類:升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器、降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器以及升降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器。根據(jù)需求可采用三類控制。PWM控制型效率高并具有良好的輸出電壓紋波和噪聲。PFM控制型即使長時間使用,尤其小負(fù)載時具有耗電小的優(yōu)點。PWM/PFM轉(zhuǎn)換型小負(fù)載時實行PFM控制,且在重負(fù)載時自動轉(zhuǎn)換到PWM控制。目前DC-DC轉(zhuǎn)換器廣泛應(yīng)用于手機(jī)、MP3、數(shù)碼相機(jī)、便攜式媒體播放器等產(chǎn)品中。在電路類型分類上屬于斬波電路。
 
二、DC/DC轉(zhuǎn)換器電路設(shè)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(shù)百毫安至幾安,因此適用于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(guān)管,當(dāng)VT1導(dǎo)通時,輸入電壓Vi通過電感L1向負(fù)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(dāng)VT1截止時,由儲存在電感L1中的能量繼續(xù)向RL供電,當(dāng)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(xù)流二極管,以便構(gòu)成電路回路。輸出的電壓Vo經(jīng)R1和R2組成的分壓器分壓,把輸出電壓的信號反饋至控制電路,由控制電路來控制開關(guān)管的導(dǎo)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(shè)計要考慮以下條件:
 
1.外部輸入電源電壓的范圍,輸出電流的大小。
 
2.DC-DC輸出的電壓,電流,系統(tǒng)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(guān)的頻率,這一點的選擇關(guān)系到系統(tǒng)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(nèi)部自帶MOS,只需要考慮IC輸出的額定電流。
 
4.MOS的開關(guān)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(guān)頻率決定,大小會影響電源紋波;額定電流,電感的內(nèi)阻選擇由系統(tǒng)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:電容的選擇基于開關(guān)的頻率,系統(tǒng)紋波的要求及輸出電壓的要求。容量和電容內(nèi)部的等效電阻決定紋波大小(當(dāng)然和電感也有關(guān))。
 
六、如何得到一個電源紋波相對較小、對系統(tǒng)其他電路干擾相對較小,而且相對穩(wěn)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:由于MOS管的開關(guān)及電感在瞬間的變化會造成輸入電源的波動,尤其是在系統(tǒng)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(基于相同類型的電容);如果100uF電容采用的是鋁電解,可以在原來的基礎(chǔ)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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