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DC/DC电源设计入门基础

2017-6-16 17:21| 发布者: 振兴| 查看: 86| 评论: 0

摘要: 对于DCDC,大家都不陌生,因为就是开关电源,当然还有AC/DC,通常的AC/DC,都是110V或者220V交流变换为直流电源,我们这里先来讨论DCDC电源设计。DCDC电源类型分为2种,一种是隔离性,一种是非隔离型。隔离型DCDC 的 ...

单片机常用的电源为DC5V或者DC3.3V或者DC1.8V,通常在设计产品时,产品的标称电压为DC9V,DC12V,DC24V等,将输入的标称电压转化为电路所需要的电压就是电源设计的过程。


我们经常接触AC/DC和DC/DC。AC/DC就是将交流电转换为直流电,比如说手机充电器,是将AC220V转换为DC5V;DC/DC就是将直流转换为直流,比如说将DC24V转换为DC3.3V。


对于输出和输入压差不大的情况,可以使用LDO的方案来解决,比如将DC12V转化为DC5V,就可以使用LDO芯片,LDO的优点就是:1)外围电路简单,2)文波容易控制。对于压差较大的情况,可以使用DC/DC芯片的方案。本文主要讲DC/DC方案。


DC/DC电源类型分为2种,一种是隔离性,一种是非隔离型。隔离型DC/DC 的输出的GND和输入的GND是无关系的,也叫做悬浮电源。常见的DC/DC芯片大都是非隔离型的。首先我们来说下非隔离的DC/DC原理,这类电源又分为boost/buck,即为升压/降压模式。首先分析下DC/DC降压电路:

 


Buck 模式DC/DC 结构主要由输入电容、功率MOS管、PWM模块、肖特基二极管、功率电感、输出电容和输出调节电阻构成。DC/DC开关电源这种结构模式决定了它输出噪声比较大。


接下来我们分析下工作原理,当功率MOS(以后简称开关),闭合时,电源通过电感给负载供电,并将电能储存在电感L和输出电容中,由于电感L的自感,在开关闭合时,电流增大的比较缓慢,即输出不能立刻达到电源的电压值。一定时间后,开关断开,由于电感L的自感作用(可以形象的认为电感中的电流具有惯性作用),将保持电路中的电流不变,即从左到右继续流。电流流过负载,从地返回,留到肖特基二极管的征集,经过二极管返回电感L的左端,从而形成一个回路。通过控制PWM的占空就可以控制输出的电压。


在开关闭合器件,电感储存能量,在断开期间释放能量,所以电感L叫做储能电感,二极管在开关断开期间负责给L提供电流通路,所以二极管叫做续流二极管。当开关闭合时,电压很小,所以发热功率U*I就会很小,这就是开关电源高效率的原因。


通过这里原理,我们就知道了为什么在DC/DC设计的时候,输出一定要有大电容,二极管和电感为什么一定要靠近IC。而且DC/DC的后级滤波一定要好,因为内部有开关频率,噪声很大。


接下来讲解下boost型DC/DC电路:

 

其基本模型如上图,经过我们对buck 电路的原理分析,对于BOOST 应该很清楚了,同样调整PWM的占空比,可以调节输出,当PWM占空比为50%的时候,输出电压为输入电压的2倍。


基本原理如下:

开关导通时, 输入电压流向电感, 电感电流线性增加,电感储能增加,电源向电感转移电能。


开关断开时, 电感电压等于输入电压减去输出电容的电压, 电感电流减少,电感储能减少, 电感储能向负载转移电能。


通过这样不断的开关实现了DC/DC升压,但是这种结构得到的电流比较小,通常在几百毫安,而且效率不高。


最后我们讲解下隔离性DC/DC,这种DC/DC是无升压/降压的说法,其实内部可以理解为直流变交流,然后再线圈耦合,后通过整流变成直流。基本原理框图如下:

 

通过框图大家很容易明白的,这里就不多说了,主要就是调整线圈的匝数,调节输出的。这种电源的特点就是输出电流大。




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