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黄金规律十一条,轻松搞定DC/DC电源转化方案设计

黄金法则十一条,轻松搞定DC/DC电源转换方案设计-对于搞嵌入式的新手来说,可能把单片机、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

  本文十一大金律助你轻松搞定DC/DC电源转化电路规划。

  第一条、搞懂DC/DC电源是啥?

  DC/DC电源电路又称为DC/DC转化电路,其首要功用便是进行输入输出电压转化。一般咱们把输入电源电压在72V以内的电压改换进程称为DC/DC转化。常见的电源首要分为车载与通讯系列和通用工业与消费系列,前者的运用的电压一般为48V、36V、24V等,后者运用的电源电压一般在24V以下。不同运用领域规则不同,如PC中常用的是12V、5V、3.3V,模仿电路电源常用5V 15V,数字电路常用3.3V等,现在的FPGA、DSP还用2V以下的电压,比方1.8V、1.5V、1.2V等。在通讯体系中也称二次电源,它是由一次电源或直流电池组供给一个直流输入电压,经DC/DC改换今后在输出端获一个或几个直流电压。

  第二条、需求知道 的DC/DC转化电路分类

  DC/DC转化电路首要分为以下三大类:

  ①稳压管稳压电路。 ②线性 (模仿)稳压电路。 ③开关型稳压电路

  第三条、最简略的 稳压管电路规划计划

  稳压管稳压电路电路结构简略,可是带负载能力差,输出功率小,一般只为芯片供给基准电压,不做电源运用。

  挑选稳压管时一般可按下述式子预算: (1) Uz=Vout; (2)Izmax=(1.5-3)ILmax (3)Vin=(2-3)Vout 这种电路结构简略,能够按捺输入电压的扰动,但因为遭到稳压管最大作业电流约束,一起输出电压又不能恣意调理,因而该电路适应于输出电压不需调理,负载电流小,要求不高的场合,该电路常用刁难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

  稳压电路的另一种方式,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。TL431是最常用基准源芯片,有杰出的热安稳功用的三端可调分流基准电压源。它的输出电压用两个电阻就能够恣意地设置到从 Vref(2.5V)到36V规模内的任何值。最常用的电路运用如下图示,此刻Vo=(1+R1/R2)Vref。挑选不同的R1和R2的值能够得到从 2.5V到36V规模内的恣意电压输出,特别地,当R1=R2时,Vo=5V。

  其他的几个基准电压源芯片电路类似。

  第五条、串联型稳压电源的电路知道

  串联型稳压电路属直流稳压电源中的一种,其实是在三端稳压器呈现之前比较常用的直流供电办法,在三端稳压器呈现之前,串联稳压器一般有OP扩大器和稳压二极管构成差错检测电路,如下图,该电路中,OP扩大器的反向输入端子与输出电压的检测信号相连,正向输入端子与基准电压Vref相连,Vs=Vout*R2/(R1+R2)。因为扩大信号ΔVs为负值,操控晶体管的基级电压下降,因而输出电压减小在正常情况下,必有 Vref=Vs=Vout*R2/(R1+R2),调整R1,R2之比可设定所需求的输出电压值。

  图中所示仅仅这也是三端稳压器的根本原理,其实负载巨细能够能够把三极管换成达林顿管等等,这种串联型稳压电路做组成的直流稳压电源处理不妥,极易发生振动。现在没有必定模仿功底的工程师,一般现在不必这种办法,而是直接选用集成的三端稳压电路,进行DC/DC转化电路的运用。

  第六条、 线性(模仿)集成稳压电路常用规划计划

  线性稳压电路规划计划首要以三端集成稳压器为主。三端稳压器,首要有两种:

  一种输出电压是固定的,称为固定输出三端稳压器,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边两个数字代表,有5V,6V,8V,9V,12V,15V,18V,24V等层次。输出电流以78(或79)后边加字母来区别。L表明0.1A,M表明0.5A,无字母表明1.5A,如78L05表求5V 0.1A。

  另一种输出电压是可调的线性稳压电路,称为可调输出三端稳压器,这类芯片代表是是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)接连可调,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。

  其根本原理相同,均选用串联型稳压电路。在线性集成稳压器中,因为三端稳压器只要三个引出端子,具有外接元件少,运用方便,功用安稳,价格低廉等长处,因而得到广泛运用。

  第七条 、DC/DC转化开关型稳压电路规划计划

  上面所述的几种DCDC转化电路都归于串联反应式稳压电路,在此种作业方式中集成稳压器中调整管作业在线性扩大状况,因而当负载电流大时,损耗比较大,即转化功率不高。因而运用集成稳压器的电源电路功率都不会很大,一般只要2-3W,这种规划计划仅适合于小功率电源电路。

  选用开关电源芯片规划的DCDC转化电路转化功率高,适用于较大功率电源电路。现在得到了广泛的运用,常用的分为非阻隔式的开关电源与阻隔式的开关电源电路。

  DCDC转化开关型稳压电路规划计划,选用开关电源芯片规划的DCDC转化电路转化功率高,适用于较大功率电源电路。现在得到了广泛的运用,常用的分为非阻隔式的开关电源与阻隔式的开关电源电路。当然开关电源根本的拓扑包含降压型、升压型、升降压型及反激、正激、桥式改变等等。

  非阻隔式DCDC开关转化电路规划计划。

  阻隔式DCDC开关转化电路规划计划。

  第八条、 非阻隔式DCDC开关转化集成电路芯片电路规划计划

  DCDC开关转化集成电路芯片,这类芯片的运用办法与第六条中的LM317十分类似,这儿用L4960举例说明,一般是先运用50Hz电源变压器进行 AC-AC改换,将~220V降至开关电源集成转化芯片输入电压规模比方1.2~34V,由L4960进行DC-DC改换,这时输出电压的改变规模下可调至5V,上调至40V,最大输出电流可达2.5A(还能够接大功率开关管进行扩流),而且内设完善的维护功用,如过流维护、过热维护等。虽然L4960的运用办法与LM317差不多,但开关电源的L4960与线性电源的LM317比较,功率不行同曰而语,L4960最大可输出100W的功率 (Pmax=40V*2.5A=100W),但自身最多只耗费7W,所以散热器很小,制造简略。与L4960类似的还有L296,其根本参数与L4960 相同,仅仅最大输出电流可高达4A,且具有更多的维护功用,封装方式也不一样。这样的芯片比较多,比方,LM2576系列,TPS54350,LTC3770等等。 一般在运用这些芯片时,厂家都会具体的运用说明和典型电路供参阅。

  第九条 、阻隔的DCDC开关电源模块电路规划计划

  常用的阻隔DC/DC转化首要分为三大类:1.反激式改换。2.正激式改换。3.桥式改换

  常用的单端反激式DC/DC改换电路,这类阻隔的操控芯片型号也不少。操控芯片典型代表是常用的UC3842系列。这种是高功用固定频率电流的操控器,首要用于阻隔AC/DC、DC/DC转化电路。其首要运用原理是:电路由主电路、操控电路、发动电路和反应电路4 部分组成。主电路选用单端反激式 拓扑,它是升降压斩波电路演化后加阻隔变压器构成的,该电路具有结构简略, 功率高, 输入电压规模宽等长处。 操控电路是整个开关电源的中心,操控的好坏直接决议了电源全体功用。这个电路选用峰值电流型双环操控,即在电压闭环操控体系中参加峰值电流反应操控。 这类计划挑选适宜的变压器及MOS管能够把功率做的很大,与前面几种规划计划比较电路结构杂乱,元器材参数确认比较困难,开发本钱较高,因而需求此计划时能够优先挑选市面上比较廉价的DC/DC阻隔模块。

  第十条、 DCDC开关集成电源模块计划

  许多微处理器和数字信号处理器(DSP)都需求内核电源和一个输入/输出(I/O)电源,这些电源在发动时有必要排序。规划师们有必要考虑在加电和断电操作时内核和I/O电压源的相对电压和时序,以契合制造商规则的功用规范。假如没有正确的电源排序,就或许呈现闭锁或过高的电流耗费,这或许导致微处理器I/O 端口或存储器、可编程逻辑器材(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)或数据转化器等支撑器材的I/O端口损坏。为了保证内核电压正确偏置之前不驱动I /O负载,内核电源和I/O电源盯梢是必需的。现在有专门的电源模块公司量身定做 一些专用的开关电源模块,首要是那些对除掉惯例电功用指标以外,对其体积小,功率密度高,转化功率高,发热少,均匀无故障作业时间长,可靠性好,更低本钱更高功用的DC/DC电源模块。这些模块结合了完成即插即用(plug-and-play)解决计划所需的大部分或悉数组件,能够替代多达40个不同的组件。这样就简化了集成并加快了规划,一起可削减电源办理部分的占板空间。

  最传统和最常见的非阻隔式DC/DC电源模块仍是单列直插(SiP)封装。这些敞开结构的解决计划确实在削减规划杂乱性方面取得了发展。但是,最 简略的是在印刷电路板上运用规范封装的组件。

  第十一条、DCDC电源转化计划的挑选留意事项

  本条金律也是本文的总结,很重要。本文这儿首要大致介绍了DCDC电源转化的稳压管稳压、线性(模仿)稳压、DCDC开关型稳压三种电路方式的几种常用的规划办法计划。

  ①需求留意的是稳压管稳压电路不能做电源运用,只能用于没有功率要求的芯片供电;②线性稳压电路电路结构简略,但因为转化功率低,因而只能用于小功率稳压电源中;③开关型稳压电路转化功率高,能够运用在大功率场合,但其局限性在电路结构相对杂乱(尤其是大功率电路),不利于小型化。因而在规划进程中,可根据实际需求挑选适宜的规划计划。

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