上海日成電子有限公司 RCCN - 為顧客創(chuàng)造價值 - ISO9001/IATF16949/ISO/TS22163
選擇語言 Language

線槽_PVC線槽_電纜接頭_尼龍扎帶_冷壓端子_尼龍軟管_金屬軟管_導軌_汽車線束 - 上海日成電子有限公司RCCN

DC電源轉換電路設計

 本文主要講了一下關于DC DC電源轉換電路設計需要注意的一些問題,希望對你的學習有所幫助。

  第一條、搞懂DC/DC電源怎么回事

  DC/DC電源電路又稱為DC/DC轉換電路,其主要功能就是進行輸入輸出電壓轉換。一般我們把輸入電源電壓在72V以內的電壓變換過程稱為DC/DC轉換。常見的電源主要分為車載與通訊系列和通用工業(yè)與消費系列,前者的使用的電壓一般為48V、36V、24V等,后者使用的電源電壓一般在24V以下。不同應用領域規(guī)律不同,如PC中常用的是12V、5V、3.3V,模擬電路電源常用5V 15V,數(shù)字電路常用3.3V等,現(xiàn)在的FPGA、DSP還用2V以下的電壓,諸如1.8V、1.5V、1.2V等。在通信系統(tǒng)中也稱二次電源,它是由一次電源或直流電池組提供一個直流輸入電壓,經(jīng)DC/DC變換以后在輸出端獲一個或幾個直流電壓。

  第二條、需要知道 的DC/DC轉換電路分類

  DC/DC轉換電路主要分為以下三大類:

 ?、俜€(wěn)壓管穩(wěn)壓電路。 ②線性 (模擬)穩(wěn)壓電路。 ③開關型穩(wěn)壓電路

  第三條、最簡單的 穩(wěn)壓管電路設計方案

  穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路電路結構簡單,但是帶負載能力差,輸出功率小,一般只為芯片提供基準電壓,不做電源使用。

  選擇穩(wěn)壓管時一般可按下述式子估算: (1) Uz=Vout; (2)Izmax=(1.5-3)ILmax (3)Vin=(2-3)Vout 這種電路結構簡單,可以抑制輸入電壓的擾動,但由于受到穩(wěn)壓管最大工作電流限制,同時輸出電壓又不能任意調節(jié),因此該電路適應于輸出電壓不需調節(jié),負載電流小,要求不高的場合,該電路常用作對供電電壓要求不高的芯片供電。

  第四條、基準電壓源芯片穩(wěn)壓電路

  穩(wěn)壓電路的另一種形式,有些芯片對供電電壓要求比較高,例如AD DA芯片的基準電壓等,這時常用的一些電壓基準芯片如TL431、 MC1403 ,REF02等。TL431是最常用基準源芯片,有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調分流基準電壓源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設置到從 Vref(2.5V)到36V范圍內的任何值。最常用的電路應用如下圖示,此時Vo=(1+R1/R2)Vref。選擇不同的R1和R2的值可以得到從 2.5V到36V范圍內的任意電壓輸出,特別地,當R1=R2時,Vo=5V。

  其他的幾個基準電壓源芯片電路類似。

  第五條、串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的電路認識

  串聯(lián)型穩(wěn)壓電路屬直流穩(wěn)壓電源中的一種,其實是在三端穩(wěn)壓器出現(xiàn)之前比較常用的直流供電方法,在三端穩(wěn)壓器出現(xiàn)之前,串聯(lián)穩(wěn)壓器通常有OP放大器和穩(wěn)壓二極管構成誤差檢測電路,如下圖,該電路中,OP放大器的反向輸入端子與輸出電壓的檢測信號相連,正向輸入端子與基準電壓Vref相連,Vs=Vout*R2/(R1+R2)。由于放大信號ΔVs為負值,控制晶體管的基級電壓下降,因此輸出電壓減小在正常情況下,必有 Vref=Vs=Vout*R2/(R1+R2),調整R1,R2之比可設定所需要的輸出電壓值。

  圖中所示只是這也是三端穩(wěn)壓器的基本原理,其實負載大小可以可以把三極管換成達林頓管等等,這種串聯(lián)型穩(wěn)壓電路做組成的直流穩(wěn)壓電源處理不當,極易產(chǎn)生振蕩?,F(xiàn)在沒有一定模擬功底的工程師,一般現(xiàn)在不用這種方法,而是直接采用集成的三端穩(wěn)壓電路,進行DC/DC轉換電路的使用。

  第六條、 線性(模擬)集成穩(wěn)壓電路常用設計方案

  線性穩(wěn)壓電路設計方案主要以三端集成穩(wěn)壓器為主。三端穩(wěn)壓器,主要有兩種:

  一種輸出電壓是固定的,稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器,三端穩(wěn)壓器的通用產(chǎn)品有78系列(正電源)和79系列(負電源),輸出電壓由具體型號中的后面兩個數(shù)字代表,有5V,6V,8V,9V,12V,15V,18V,24V等檔次。輸出電流以78(或79)后面加字母來區(qū)分。L表示0.1A,M表示0.5A,無字母表示1.5A,如78L05表求5V 0.1A。

  另一種輸出電壓是可調的線性穩(wěn)壓電路,稱為可調輸出三端穩(wěn)壓器,這類芯片代表是是LM317(正輸出)和LM337(負輸出)系列。其最大輸入輸出極限差值在40V,輸出電壓為1.2V-35V(-1.2V--35V)連續(xù)可調,輸出電流為0.5-1.5A,輸出端與調整端之間電壓在1.25V,調整端靜態(tài)電流為50uA。

  其基本原理相同,均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。在線性集成穩(wěn)壓器中,由于三端穩(wěn)壓器只有三個引出端子,具有外接元件少,使用方便,性能穩(wěn)定,價格低廉等優(yōu)點,因而得到廣泛應用。

  第七條 、DCDC轉換開關型穩(wěn)壓電路設計方案

  上面所述的幾種DCDC轉換電路都屬于串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路,在此種工作模式中集成穩(wěn)壓器中調整管工作在線性放大狀態(tài),因此當負載電流大時,損耗比較大,即轉換效率不高。因此使用集成穩(wěn)壓器的電源電路功率都不會很大,一般只有2-3W,這種設計方案僅適合于小功率電源電路。

  采用開關電源芯片設計的DCDC轉換電路轉化效率高,適用于較大功率電源電路。目前得到了廣泛的應用,常用的分為非隔離式的開關電源與隔離式的開關電源電路。

  DCDC轉換開關型穩(wěn)壓電路設計方案,采用開關電源芯片設計的DCDC轉換電路轉化效率高,適用于較大功率電源電路。目前得到了廣泛的應用,常用的分為非隔離式的開關電源與隔離式的開關電源電路。當然開關電源基本的拓撲包括降壓型、升壓型、升降壓型及反激、正激、橋式變化等等。

  非隔離式DCDC開關轉換電路設計方案。

  隔離式DCDC開關轉換電路設計方案。

  第八條、 非隔離式DCDC開關轉換集成電路芯片電路設計方案

  DCDC開關轉換集成電路芯片,這類芯片的使用方法與第六條中的LM317非常相似,這里用L4960舉例說明,一般是先使用50Hz電源變壓器進行 AC-AC變換,將~220V降至開關電源集成轉換芯片輸入電壓范圍比如1.2~34V,由L4960進行DC-DC變換,這時輸出電壓的變化范圍下可調至5V,上調至40V,最大輸出電流可達2.5A(還可以接大功率開關管進行擴流),并且內設完善的保護功能,如過流保護、過熱保護等。盡管L4960的使用方法與LM317差不多,但開關電源的L4960與線性電源的LM317相比,效率不可同曰而語,L4960最大可輸出100W的功率 (Pmax=40V*2.5A=100W),但本身最多只消耗7W,所以散熱器很小,制作容易。與L4960類似的還有L296,其基本參數(shù)與L4960 相同,只是最大輸出電流可高達4A,且具有更多的保護功能,封裝形式也不一樣。這樣的芯片比較多,比如,LM2576系列,TPS54350,LTC3770等等。 一般在使用這些芯片時,廠家都會詳細的使用說明和典型電路供參考。

  第九條 、隔離的DCDC開關電源模塊電路設計方案

  常用的隔離DC/DC轉換主要分為三大類:1.反激式變換。2.正激式變換。3.橋式變換

  常用的單端反激式DC/DC變換電路,這類隔離的控制芯片型號也不少。控制芯片典型代表是常用的UC3842系列。這種是高性能固定頻率電流的控制器,主要用于隔離AC/DC、DC/DC轉換電路。其主要應用原理是:電路由主電路、控制電路、啟動電路和反饋電路4 部分組成。主電路采用單端反激式 拓撲,它是升降壓斬波電路演變后加隔離變壓器構成的,該電路具有結構簡單, 效率高, 輸入電壓范圍寬等優(yōu)點。 控制電路是整個開關電源的核心,控制的好壞直接決定了電源整體性能。這個電路采用峰值電流型雙環(huán)控制,即在電壓閉環(huán)控制系統(tǒng)中加入峰值電流反饋控制。 這類方案選擇合適的變壓器及MOS管可以把功率做的很大,與前面幾種設計方案相比電路結構復雜,元器件參數(shù)確定比較困難,開發(fā)成本較高,因此需要此方案時可以優(yōu)先選擇市面上比較廉價的DC/DC隔離模塊。

  第十條、 DCDC開關集成電源模塊方案

  很多微處理器和數(shù)字信號處理器(DSP)都需要內核電源和一個輸入/輸出(I/O)電源,這些電源在啟動時必須排序。設計師們必須考慮在加電和斷電操作時內核和I/O電壓源的相對電壓和時序,以符合制造商規(guī)定的性能規(guī)格。如果沒有正確的電源排序,就可能出現(xiàn)閉鎖或過高的電流消耗,這可能導致微處理器I/O 端口或存儲器、可編程邏輯器件(PLD)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或數(shù)據(jù)轉換器等支持器件的I/O端口損壞。為了確保內核電壓正確偏置之前不驅動I /O負載,內核電源和I/O電源跟蹤是必需的?,F(xiàn)在有專門的電源模塊公司量身定做 一些專用的開關電源模塊,主要是那些對除去常規(guī)電性能指標以外,對其體積小,功率密度高,轉換效率高,發(fā)熱少,平均無故障工作時間長,可靠性好,更低成本更高性能的DC/DC電源模塊。這些模塊結合了實現(xiàn)即插即用(plug-and-play)解決方案所需的大部分或全部組件,可以取代多達40個不同的組件。這樣就簡化了集成并加速了設計,同時可減少電源管理部分的占板空間。

  最傳統(tǒng)和最常見的非隔離式DC/DC電源模塊仍是單列直插(SiP)封裝。這些開放框架的解決方案的確在減少設計復雜性方面取得了進展。然而,最 簡單的是在印刷電路板上使用標準封裝的組件。

  第十一條、DCDC電源轉換方案的選擇注意事項

  本條金律也是本文的總結,很重要。本文這里主要大致介紹了DCDC電源轉換的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓、線性(模擬)穩(wěn)壓、DCDC開關型穩(wěn)壓三種電路模式的幾種常用的設計方法方案。

  ①需要注意的是穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路不能做電源使用,只能用于沒有功率要求的芯片供電;②線性穩(wěn)壓電路電路結構簡單,但由于轉化效率低,因此只能用于小功率穩(wěn)壓電源中;③開關型穩(wěn)壓電路轉化效率高,可以應用在大功率場合,但其局限性在電路結構相對復雜(尤其是大功率電路),不利于小型化。因此在設計過程中,可根據(jù)實際需要選擇合適的設計方案。

相關文章

上一篇: 快速認識新能源汽車電機
下一篇: 湖北省新能源電動汽車產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)大集合
技術
支持
聯(lián)系
我們
在線
留言
下載
資料
打印
本頁
官方
微信
微信二維碼 官方微信
收藏
本頁
返回
頂部
黃金喊單