第七條 、DCDC轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)方案
遵循11大定律,完美搭配DC/DC程序與系統(tǒng)設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間:2015-02-17 責(zé)任編輯:sherryyu
【導(dǎo)讀】有時(shí)候搞嵌入式的工程師們往往把單片機(jī)、ARM、DSP、FPGA搞的得心應(yīng)手,而一旦進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì),到了給電源系統(tǒng)供電,雖然也能讓其精心設(shè)計(jì)的程序運(yùn)行起來(lái),但對(duì)于新手來(lái)說(shuō),有時(shí)可能效率低下,往往還有供電電流不足或過(guò)大引起這樣那樣的問(wèn)題,本文十大金律輕松搞定DCDC電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)。
理論與實(shí)踐總是相得益彰才完美,當(dāng)然嵌入式程序設(shè)計(jì)與實(shí)際電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)也要統(tǒng)一才能做出高效優(yōu)質(zhì)的DCDC直流轉(zhuǎn)換電源。有時(shí)候搞嵌入式的工程師們往往把單片機(jī)、ARM、DSP、FPGA搞的得心應(yīng)手,而一旦進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì),到了給電源系統(tǒng)供電,雖然也能讓其精心設(shè)計(jì)的程序運(yùn)行起來(lái),但對(duì)于新手來(lái)說(shuō),有時(shí)可能效率低下,往往還有供電電流不足或過(guò)大引起這樣那樣的問(wèn)題,本文十大金律輕松搞定DCDC電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)。
第一條、搞懂DC/DC電源怎么回事?
DC/DC電源電路又稱(chēng)為DC/DC轉(zhuǎn)換電路,其主要功能就是進(jìn)行輸入輸出電壓轉(zhuǎn)換。一般我們把輸入電源電壓在72V以?xún)?nèi)的電壓變換過(guò)程稱(chēng)為DC/DC轉(zhuǎn)換。常見(jiàn)的電源主要分為車(chē)載與通訊系列和通用工業(yè)與消費(fèi)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(yīng)用領(lǐng)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(chēng)二次電源,它是由一次電源或直流電池組提供一個(gè)直流輸入電壓,經(jīng)DC/DC變換以后在輸出端獲一個(gè)或幾個(gè)直流電壓。
第二條、需要知道 的DC/DC轉(zhuǎn)換電路分類(lèi)
DC/DC轉(zhuǎn)換電路主要分為以下三大類(lèi):
①穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路。②線(xiàn)性 (模擬)穩(wěn)壓電路。③開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路
第三條、最簡(jiǎn)單的 穩(wěn)壓管電路設(shè)計(jì)方案
穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但是帶負(fù)載能力差,輸出功率小,一般只為芯片提供基準(zhǔn)電壓,不做電源使用。比較常用的是并聯(lián)型穩(wěn)壓電路。選擇穩(wěn)壓管時(shí)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可以抑制輸入電壓的擾動(dòng),但由于受到穩(wěn)壓管最大工作電流限制,同時(shí)輸出電壓又不能任意調(diào)節(jié),因此該電路適應(yīng)于輸出電壓不需調(diào)節(jié),負(fù)載電流小,要求不高的場(chǎng)合,該電路常用作對(duì)供電電壓要求不高的芯片供電。
第四條、基準(zhǔn)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(duì)供電電壓要求比較高,例如AD DA芯片的基準(zhǔn)電壓等,這時(shí)常用的一些電壓基準(zhǔn)芯片如TL431、MC1403,REF02等。TL431是最常用基準(zhǔn)源芯片,有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref(2.5V)到36V范圍內(nèi)的任何值。
第五條、串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的電路認(rèn)識(shí)
串聯(lián)型穩(wěn)壓電路屬直流穩(wěn)壓電源中的一種,其實(shí)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(gòu)成誤差檢測(cè)電路,一般電路中OP放大器的反向輸入端子與輸出電壓的檢測(cè)信號(hào)相連,正向輸入端子與基準(zhǔn)電壓Vref相連,Vs=Vout*R2/(R1+R2)。由于放大信號(hào)ΔVs為負(fù)值,控制晶體管的基級(jí)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(diào)整R1,R2之比可設(shè)定所需要的輸出電壓值。其實(shí)負(fù)載大小可以把三極管換成達(dá)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(dāng),極易產(chǎn)生振蕩?,F(xiàn)在沒(méi)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(jìn)行DC/DC轉(zhuǎn)換電路的使用。
第六條、 線(xiàn)性(模擬)集成穩(wěn)壓電路常用設(shè)計(jì)方案
線(xiàn)性穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)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(chēng)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(fù)電源),輸出電壓由具體型號(hào)中的后面兩個(gè)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(lái)區(qū)分。L表示0.1A,M表示0.5A,無(wú)字母表示1.5A,如78L05表求5V 0.1A。
另一種輸出電壓是可調(diào)的線(xiàn)性穩(wěn)壓電路,稱(chēng)為可調(diào)輸出三端穩(wěn)壓器,這類(lèi)芯片代表是是LM317(正輸出)和LM337(負(fù)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(diào),輸出電流為0.5-1.5A,輸出端與調(diào)整端之間電壓在1.25V,調(diào)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(xiàn)性集成穩(wěn)壓器中,由于三端穩(wěn)壓器只有三個(gè)引出端子,具有外接元件少,使用方便,性能穩(wěn)定,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),因而得到廣泛應(yīng)用。
[page]
第七條 、DCDC轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)方案
上面所述的幾種DCDC轉(zhuǎn)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(diào)整管工作在線(xiàn)性放大狀態(tài),因此當(dāng)負(fù)載電流大時(shí),損耗比較大,即轉(zhuǎn)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(huì)很大,一般只有2-3W,這種設(shè)計(jì)方案僅適合于小功率電源電路。
采用開(kāi)關(guān)電源芯片設(shè)計(jì)的DCDC轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)化效率高,適用于較大功率電源電路。目前得到了廣泛的應(yīng)用,常用的分為非隔離式的開(kāi)關(guān)電源與隔離式的開(kāi)關(guān)電源電路。
DCDC轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)方案,采用開(kāi)關(guān)電源芯片設(shè)計(jì)的DCDC轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)化效率高,適用于較大功率電源電路。目前得到了廣泛的應(yīng)用,常用的分為非隔離式的開(kāi)關(guān)電源與隔離式的開(kāi)關(guān)電源電路。當(dāng)然開(kāi)關(guān)電源基本的拓?fù)浒ń祲盒?、升壓型、升降壓型及反激、正激、橋式變化等等?/div>
第八條、 非隔離式DCDC開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換集成電路芯片電路設(shè)計(jì)方案
DC-DC開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換集成電路芯片,這類(lèi)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(shuō)明,一般是先使用50Hz電源變壓器進(jìn)行AC-AC變換,將~220V降至開(kāi)關(guān)電源集成轉(zhuǎn)換芯片輸入電壓范圍比如1.2~34V,由L4960進(jìn)行DC-DC變換,這時(shí)輸出電壓的變化范圍下可調(diào)至5V,上調(diào)至40V,最大輸出電流可達(dá)2.5A(還可以接大功率開(kāi)關(guān)管進(jìn)行擴(kuò)流),并且內(nèi)設(shè)完善的保護(hù)功能,如過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)等。盡管L4960的使用方法與LM317差不多,但開(kāi)關(guān)電源的L4960與線(xiàn)性電源的LM317相比,效率不可同曰而語(yǔ),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(lèi)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(dá)4A,且具有更多的保護(hù)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(shí),廠(chǎng)家都會(huì)詳細(xì)的使用說(shuō)明和典型電路供參考。
第九條 、隔離的DCDC開(kāi)關(guān)電源模塊電路設(shè)計(jì)方案
常用的隔離DC/DC轉(zhuǎn)換主要分為三大類(lèi):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(lèi)隔離的控制芯片型號(hào)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(zhuǎn)換電路。其主要應(yīng)用原理是:電路由主電路、控制電路、啟動(dòng)電路和反饋電路4 部分組成。主電路采用單端反激式拓?fù)?,它是升降壓斬波電路演變后加隔離變壓器構(gòu)成的,該電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,效率高,輸入電壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。控制電路是整個(gè)開(kāi)關(guān)電源的核心,控制的好壞直接決定了電源整體性能。這個(gè)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(lèi)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(shè)計(jì)方案相比電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜,元器件參數(shù)確定比較困難,開(kāi)發(fā)成本較高,因此需要此方案時(shí)可以?xún)?yōu)先選擇市面上比較廉價(jià)的DC/DC隔離模塊。
第十條、 DC-DC開(kāi)關(guān)集成電源模塊方案
很多微處理器和數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)都需要內(nèi)核電源和一個(gè)輸入/輸出(I/O)電源,這些電源在啟動(dòng)時(shí)必須排序。設(shè)計(jì)師們必須考慮在加電和斷電操作時(shí)內(nèi)核和I/O電壓源的相對(duì)電壓和時(shí)序,以符合制造商規(guī)定的性能規(guī)格。如果沒(méi)有正確的電源排序,就可能出現(xiàn)閉鎖或過(guò)高的電流消耗,這可能導(dǎo)致微處理器I/O端口或存儲(chǔ)器、可編程邏輯器件(PLD)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器等支持器件的I/O端口損壞。為了確保內(nèi)核電壓正確偏置之前不驅(qū)動(dòng)I/O負(fù)載,內(nèi)核電源和I/O電源跟蹤是必需的。現(xiàn)在有專(zhuān)門(mén)的電源模塊公司量身定做 一些專(zhuān)用的開(kāi)關(guān)電源模塊,主要是那些對(duì)除去常規(guī)電性能指標(biāo)以外,對(duì)其體積小,功率密度高,轉(zhuǎn)換效率高,發(fā)熱少,平均無(wú)故障工作時(shí)間長(zhǎng),可靠性好,更低成本更高性能的DC/DC電源模塊。這些模塊結(jié)合了實(shí)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(dá)40個(gè)不同的組件。這樣就簡(jiǎn)化了集成并加速了設(shè)計(jì),同時(shí)可減少電源管理部分的占板空間。
最傳統(tǒng)和最常見(jiàn)的非隔離式DC/DC電源模塊仍是單列直插(SiP)封裝。這些開(kāi)放框架的解決方案的確在減少設(shè)計(jì)復(fù)雜性方面取得了進(jìn)展。然而,最簡(jiǎn)單的是在印刷電路板上使用標(biāo)準(zhǔn)封裝的組件。
第十一條、DCDC電源轉(zhuǎn)換方案的選擇注意事項(xiàng)
最后一條也是最重要的一條,文中我們主要大致介紹了DCDC電源轉(zhuǎn)換的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓、線(xiàn)性(模擬)穩(wěn)壓、DCDC開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓三種電路模式的幾種常用的設(shè)計(jì)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(méi)有功率要求的芯片供電;②線(xiàn)性穩(wěn)壓電路電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但由于轉(zhuǎn)化效率低,因此只能用于小功率穩(wěn)壓電源中;③開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)化效率高,可以應(yīng)用在大功率場(chǎng)合,但其局限性在電路結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜(尤其是大功率電路),不利于小型化。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中,可根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的設(shè)計(jì)方案。
特別推薦
- 授權(quán)代理商貿(mào)澤電子供應(yīng)Same Sky多樣化電子元器件
- 使用合適的窗口電壓監(jiān)控器優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
- ADI電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制解決方案 驅(qū)動(dòng)智能運(yùn)動(dòng)新時(shí)代
- 倍福推出采用 TwinSAFE SC 技術(shù)的 EtherCAT 端子模塊 EL3453-0090
- TDK推出新的X系列環(huán)保型SMD壓敏電阻
- Vishay 推出新款采用0102、0204和 0207封裝的精密薄膜MELF電阻
- Microchip推出新款交鑰匙電容式觸摸控制器產(chǎn)品 MTCH2120
技術(shù)文章更多>>
- 更高精度、更低噪音 GMCC美芝電子膨脹閥以創(chuàng)新?lián)屨夹袠I(yè)“制高點(diǎn)”
- 本立租完成近億元估值Pre-A輪融資,打造AI賦能的租賃服務(wù)平臺(tái)
- 中微公司成功從美國(guó)國(guó)防部中國(guó)軍事企業(yè)清單中移除
- 華邦電子白皮書(shū):滿(mǎn)足歐盟無(wú)線(xiàn)電設(shè)備指令(RED)信息安全標(biāo)準(zhǔn)
- 功率器件熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(九)——功率半導(dǎo)體模塊的熱擴(kuò)散
技術(shù)白皮書(shū)下載更多>>
- 車(chē)規(guī)與基于V2X的車(chē)輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車(chē)安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車(chē)模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車(chē)用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門(mén)搜索
友情鏈接(QQ:317243736)
我愛(ài)方案網(wǎng) ICGOO元器件商城 創(chuàng)芯在線(xiàn)檢測(cè) 芯片查詢(xún) 天天IC網(wǎng) 電子產(chǎn)品世界 無(wú)線(xiàn)通信模塊 控制工程網(wǎng) 電子開(kāi)發(fā)網(wǎng) 電子技術(shù)應(yīng)用 與非網(wǎng) 世紀(jì)電源網(wǎng) 21ic電子技術(shù)資料下載 電源網(wǎng) 電子發(fā)燒友網(wǎng) 中電網(wǎng) 中國(guó)工業(yè)電器網(wǎng) 連接器 礦山設(shè)備網(wǎng) 工博士 智慧農(nóng)業(yè) 工業(yè)路由器 天工網(wǎng) 乾坤芯 電子元器件采購(gòu)網(wǎng) 亞馬遜KOL 聚合物鋰電池 工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備 企業(yè)查詢(xún) 工業(yè)路由器 元器件商城 連接器 USB中文網(wǎng) 今日招標(biāo)網(wǎng) 塑料機(jī)械網(wǎng) 農(nóng)業(yè)機(jī)械 中國(guó)IT產(chǎn)經(jīng)新聞網(wǎng) 高低溫試驗(yàn)箱
?
關(guān)閉
?
關(guān)閉