DC/DC電源電路又稱(chēng)為DC/DC轉換電路，其主要功能就是進(jìn)行輸入輸出電壓轉換。一般我們把輸入電源電壓在72V以?xún)鹊碾妷鹤儞Q過(guò)程稱(chēng)為DC/DC轉換。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(lǐng)域規律不同，如PC中常用的是12V、5V、3.3V，模擬電路電源常用5V 15V，數字電路常用3.3V等，現在的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。

 

 

DC/DC轉換電路主要分為以下三大類(lèi)：

 

①穩壓管穩壓電路。 ②線(xiàn)性 （模擬）穩壓電路。 ③開(kāi)關(guān)型穩壓電路

 

 

穩壓管穩壓電路電路結構簡(jiǎn)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。比較常用的是并聯(lián)型穩壓電路，其電路簡(jiǎn)圖如圖（1）所示，

選擇穩壓管時(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 這種電路結構簡(jiǎn)單，可以抑制輸入電壓的擾動(dòng)，但由于受到穩壓管最大工作電流限制，同時(shí)輸出電壓又不能任意調節，因此該電路適應于輸出電壓不需調節，負載電流小，要求不高的場(chǎng)合，該電路常用作對供電電壓要求不高的芯片供電。

 

 

穩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(shí)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，有良好的熱穩定性能的三端可調分流基準電壓源。它的輸出電壓用兩個(gè)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(shí)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(shí)，Vo=5V。

其他的幾個(gè)基準電壓源芯片電路類(lèi)似。

 

串聯(lián)型穩壓電路屬直流穩壓電源中的一種，其實(shí)是在三端穩壓器出現之前比較常用的直流供電方法，在三端穩壓器出現之前，串聯(lián)穩壓器通常有OP放大器和穩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壓器的基本原理，其實(shí)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)型穩壓電路做組成的直流穩壓電源處理不當，極易產(chǎn)生振蕩?，F在沒(méi)有一定模擬功底的工程師，一般現在不用這種方法，而是直接采用集成的三端穩壓電路，進(jìn)行DC/DC轉換電路的使用。

 

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

 

一種輸出電壓是固定的，稱(chēng)為固定輸出三端穩壓器，三端穩壓器的通用產(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(gè)數字代表，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的線(xiàn)性穩壓電路，稱(chēng)為可調輸出三端穩壓器，這類(lèi)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)型穩壓電路。在線(xiàn)性集成穩壓器中，由于三端穩壓器只有三個(gè)引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能穩定，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應用。

 

 

上面所述的幾種DCDC轉換電路都屬于串聯(lián)反饋式穩壓電路，在此種工作模式中集成穩壓器中調整管工作在線(xiàn)性放大狀態(tài)，因此當負載電流大時(shí)，損耗比較大，即轉換效率不高。因此使用集成穩壓器的電源電路功率都不會(huì )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(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)電源與隔離式的開(kāi)關(guān)電源電路。

 

DCDC轉換開(kāi)關(guān)型穩壓電路設計方案，采用開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)電源與隔離式的開(kāi)關(guān)電源電路。當然開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)轉換電路設計方案。

 

隔離式DCDC開(kāi)關(guān)轉換電路設計方案。

 

DCDC開(kāi)關(guān)轉換集成電路芯片，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至5V，上調至40V，最大輸出電流可達2.5A（還可以接大功率開(kāi)關(guān)管進(jìn)行擴流），并且內設完善的保護功能，如過(guò)流保護、過(guò)熱保護等。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(shí)，廠(chǎng)家都會(huì )詳細的使用說(shuō)明和典型電路供參考。

 

 

常用的隔離DC/DC轉換主要分為三大類(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也不少?？刂菩酒湫痛硎浅Ｓ玫腢C3842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(dòng)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(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，與前面幾種設計方案相比電路結構復雜，元器件參數確定比較困難，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。

 

 

很多微處理器和數字信號處理器（DSP）都需要內核電源和一個(gè)輸入/輸出（I/O）電源，這些電源在啟動(dòng)時(shí)必須排序。設計師們必須考慮在加電和斷電操作時(shí)內核和I/O電壓源的相對電壓和時(shí)序，以符合制造商規定的性能規格。如果沒(méi)有正確的電源排序，就可能出現閉鎖或過(guò)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）、現場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）或數據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(dòng)I/O負載，內核電源和I/O電源跟蹤是必需的?，F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，主要是那些對除去常規電性能指標以外，對其體積小，功率密度高，轉換效率高，發(fā)熱少，平均無(wú)故障工作時(shí)間長(cháng)，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(shí)現即插即用（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(gè)不同的組件。這樣就簡(jiǎn)化了集成并加速了設計，同時(shí)可減少電源管理部分的占板空間。

 

最傳統和最常見(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計復雜性方面取得了進(jìn)展。然而，最 簡(jiǎn)單的是在印刷電路板上使用標準封裝的組件。

 

 

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電源轉換的穩壓管穩壓、線(xiàn)性（模擬）穩壓、DCDC開(kāi)關(guān)型穩壓三種電路模式的幾種常用的設計方法方案。

 

①需要注意的是穩壓管穩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)性穩壓電路電路結構簡(jiǎn)單，但由于轉化效率低，因此只能用于小功率穩壓電源中;③開(kāi)關(guān)型穩壓電路轉化效率高，可以應用在大功率場(chǎng)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(guò)程中，可根據實(shí)際需要選擇合適的設計方案。