DC-DC電路分析

1、市場(chǎng)質(zhì)量部陳允保 Dec,2007 DC-DC的定義的定義 廣義：廣義：凡是直流變換成直流的電路都可稱(chēng)為凡是直流變換成直流的電路都可稱(chēng)為DC-DC 電路，常見(jiàn)的有電路，常見(jiàn)的有開(kāi)關(guān)變換開(kāi)關(guān)變換和和線(xiàn)性變換線(xiàn)性變換兩種方式。兩種方式。 狹義：狹義：通過(guò)通過(guò)開(kāi)關(guān)變換開(kāi)關(guān)變換方式將直流變換成直流的電路方式將直流變換成直流的電路 稱(chēng)為稱(chēng)為DC-DC電路。電路。 DC-DC電路必須有調(diào)整管，調(diào)整管工作于電路必須有調(diào)整管，調(diào)整管工作于開(kāi)開(kāi) 關(guān)狀態(tài)關(guān)狀態(tài)或或線(xiàn)性放大狀態(tài)線(xiàn)性放大狀態(tài)就決定了其工作方式。就決定了其工作方式。 線(xiàn)性變換方式效率低，只有線(xiàn)性變換方式效率低，只有30%50%，調(diào)整管需要，調(diào)整管需要

2、外加散熱板；外加散熱板； 開(kāi)關(guān)變換方式效率最高可達(dá)開(kāi)關(guān)變換方式效率最高可達(dá)98%，幾乎不需要外加散，幾乎不需要外加散 熱板。熱板。 DC-DC電路的分類(lèi)電路的分類(lèi) 1、升壓、降壓和變極性類(lèi)、升壓、降壓和變極性類(lèi) 2、電流反饋和電壓反饋類(lèi)、電流反饋和電壓反饋類(lèi) 3、隔離和非隔離類(lèi)、隔離和非隔離類(lèi) 4、同步和異步類(lèi)、同步和異步類(lèi) 同步類(lèi)效率高，適合大功率場(chǎng)合，效同步類(lèi)效率高，適合大功率場(chǎng)合，效 率可達(dá)率可達(dá)98%98%，應(yīng)用較為廣泛，但紋波干擾，應(yīng)用較為廣泛，但紋波干擾 大，在輸入輸出端需增加紋波抑制電路。大，在輸入輸出端需增加紋波抑制電路。 工作原理工作原理 如圖所示，基本電路由開(kāi)關(guān)如圖所示，基

3、本電路由開(kāi)關(guān)K（實(shí)際電（實(shí)際電 路中為三極管或者場(chǎng)效應(yīng)管），續(xù)流二極路中為三極管或者場(chǎng)效應(yīng)管），續(xù)流二極 管管D，儲(chǔ)能電感，儲(chǔ)能電感L，濾波電容，濾波電容C等構(gòu)成。等構(gòu)成。 當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電源通過(guò)開(kāi)關(guān)當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電源通過(guò)開(kāi)關(guān)K、電感、電感L給給 負(fù)載供電，并將部分電能儲(chǔ)存在電感負(fù)載供電，并將部分電能儲(chǔ)存在電感L以及電容以及電容 C中。由于電感中。由于電感L的自感，在開(kāi)關(guān)接通后，電流的自感，在開(kāi)關(guān)接通后，電流 增大得比較緩慢，即輸出不能立刻達(dá)到電源電壓增大得比較緩慢，即輸出不能立刻達(dá)到電源電壓 值。一定時(shí)間后，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，由于電感值。一定時(shí)間后，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，由于電感L的自感的自感 作用（可以比較形

4、象的認(rèn)為電感中的電流有慣性作用（可以比較形象的認(rèn)為電感中的電流有慣性 作用），將保持電路中的電流不變，即從左往右作用），將保持電路中的電流不變，即從左往右 繼續(xù)流。這電流流過(guò)負(fù)載，從地線(xiàn)返回，流到續(xù)繼續(xù)流。這電流流過(guò)負(fù)載，從地線(xiàn)返回，流到續(xù) 流二極管流二極管D的正極，經(jīng)過(guò)二極管的正極，經(jīng)過(guò)二極管D，返回電感，返回電感L的的 左端，從而形成了一個(gè)回路。左端，從而形成了一個(gè)回路。 通過(guò)控制開(kāi)關(guān)閉合跟斷開(kāi)的時(shí)間（即通過(guò)控制開(kāi)關(guān)閉合跟斷開(kāi)的時(shí)間（即PWM 脈沖寬度調(diào)制），就可以控制輸出電壓。如果通脈沖寬度調(diào)制），就可以控制輸出電壓。如果通 過(guò)檢測(cè)輸出電壓來(lái)控制開(kāi)、關(guān)的時(shí)間，以保持輸過(guò)檢測(cè)輸出電壓來(lái)控制

5、開(kāi)、關(guān)的時(shí)間，以保持輸 出電壓不變，這就實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。出電壓不變，這就實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。 在在LCD數(shù)字板上的應(yīng)用數(shù)字板上的應(yīng)用 1、降壓：、降壓： 2、升壓：、升壓： DC-DC 12V5V12V1.8V DC-DC DC-DC 12V33V 一、一、MC34063組成的組成的DC-DC電路電路 MC34063簡(jiǎn)介：簡(jiǎn)介： 1、能在、能在3.040V的輸入電壓下工作；的輸入電壓下工作； 2、帶有短路電流限制功能；、帶有短路電流限制功能； 3、低靜態(tài)工作電流；、低靜態(tài)工作電流； 4、輸出開(kāi)關(guān)電流可達(dá)、輸出開(kāi)關(guān)電流可達(dá)1.5A； 5、輸出電壓可調(diào)；、輸出電壓可調(diào)； 6、工作頻率從、工作頻率從

6、100HZ100KHZ； 7、可構(gòu)成升降壓或反向電源變換器；、可構(gòu)成升降壓或反向電源變換器； 8、基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓VREF=1.25V。 MC34063內(nèi)部框圖：內(nèi)部框圖： 內(nèi)部框圖的電路解釋?zhuān)簝?nèi)部框圖的電路解釋?zhuān)?振蕩器通過(guò)恒流源對(duì)外接在振蕩器通過(guò)恒流源對(duì)外接在3腳上的腳上的 定時(shí)電容不斷地充電和放電以產(chǎn)生振蕩波定時(shí)電容不斷地充電和放電以產(chǎn)生振蕩波 形。充電和放電電流都是恒定的，所以振形。充電和放電電流都是恒定的，所以振 蕩頻率僅取決于外接定時(shí)電容的容量。蕩頻率僅取決于外接定時(shí)電容的容量。 Vpp=800mV T=25us f=40KHz 與門(mén)的與門(mén)的C輸入端在振蕩器對(duì)外充電時(shí)為輸入端在振蕩

7、器對(duì)外充電時(shí)為 高電平，高電平，D輸入端在比較器的輸入電平低輸入端在比較器的輸入電平低 于閾值電平時(shí)為高電平，當(dāng)于閾值電平時(shí)為高電平，當(dāng)C和和D輸入端都輸入端都 變成高電平時(shí)觸發(fā)器被置為高電平，輸出變成高電平時(shí)觸發(fā)器被置為高電平，輸出 開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，反之當(dāng)振蕩器在放電期間，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，反之當(dāng)振蕩器在放電期間， C輸入端為低電平，觸發(fā)器被復(fù)位，使得輸入端為低電平，觸發(fā)器被復(fù)位，使得 輸出開(kāi)關(guān)管處于關(guān)閉狀態(tài)。輸出開(kāi)關(guān)管處于關(guān)閉狀態(tài)。 穩(wěn)壓原理：當(dāng)輸出電壓升高，穩(wěn)壓原理：當(dāng)輸出電壓升高，5腳分腳分 得的電壓相應(yīng)升高，高于得的電壓相應(yīng)升高，高于1.25V時(shí)時(shí) 比較器比較器 翻轉(zhuǎn)為低電平，與門(mén)輸出低電平，

8、觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)為低電平，與門(mén)輸出低電平，觸發(fā)器 輸出低電平，開(kāi)關(guān)管提前截止，對(duì)電感的輸出低電平，開(kāi)關(guān)管提前截止，對(duì)電感的 儲(chǔ)能減小，輸出電壓降低。儲(chǔ)能減小，輸出電壓降低。 峰值電流峰值電流Ipk感應(yīng)端感應(yīng)端7腳，通過(guò)檢腳，通過(guò)檢 測(cè)連接在測(cè)連接在Vcc和和7腳之間電阻上的壓腳之間電阻上的壓 降來(lái)完成電流限制功能。降來(lái)完成電流限制功能。 當(dāng)當(dāng)7腳檢測(cè)到電阻上的電壓降超腳檢測(cè)到電阻上的電壓降超 過(guò)過(guò)300mV時(shí)，電流限制電路開(kāi)始工時(shí)，電流限制電路開(kāi)始工 作，這時(shí)通過(guò)作，這時(shí)通過(guò)3腳對(duì)定時(shí)電容進(jìn)行快腳對(duì)定時(shí)電容進(jìn)行快 速充電，以減少充電時(shí)間和輸出開(kāi)速充電，以減少充電時(shí)間和輸出開(kāi) 關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，結(jié)果使得

9、輸出開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，結(jié)果使得輸出開(kāi) 關(guān)管的關(guān)閉時(shí)間延長(zhǎng)，達(dá)到限定輸關(guān)管的關(guān)閉時(shí)間延長(zhǎng)，達(dá)到限定輸 出電流的目的。出電流的目的。 MC34063組成的升壓電路：組成的升壓電路： Vout=（1R2/R1）1.25=（147/2.2） 1.25=27.95V Iout=0.3/Rsc=0.3/0.22=1.36A（最大限定電流）（最大限定電流） MC34063組成的降壓電路：組成的降壓電路： Vout=（1R2/R1）1.25=（13.6/1.2） 1.25=5V Iout=0.3/Rsc=0.3/0.33=0.9A（最大限定電流）（最大限定電流） MC34063組成的反極性電路：組成的反極性電

10、路： Vout=（1R2/R1）1.25=（18.2/0.953） 1.25=12V Iout=0.3/Rsc=0.3/0.24=1.25A（最大限定電流）（最大限定電流） MC34063組成的電流擴(kuò)展電路：組成的電流擴(kuò)展電路： MC34063組成的正負(fù)電壓電路：組成的正負(fù)電壓電路： MC34063組成的隔離輸出電路：組成的隔離輸出電路： 在在LCD數(shù)字板上的應(yīng)用（冠捷）：數(shù)字板上的應(yīng)用（冠捷）： 二、二、 LM2596降壓型降壓型DC-DC電路電路 LM2596簡(jiǎn)介：簡(jiǎn)介： 1、3.3V/5V/12V的固定電壓輸出和可調(diào)電壓輸出的固定電壓輸出和可調(diào)電壓輸出 2、可調(diào)輸出電壓范圍、可調(diào)輸出電壓

11、范圍1.2V37V4% 3、輸入可高達(dá)、輸入可高達(dá)40V，輸出線(xiàn)性好且負(fù)載可調(diào)節(jié)，輸出線(xiàn)性好且負(fù)載可調(diào)節(jié) 4、150KHz的內(nèi)部振蕩頻率，輸出電流可高達(dá)的內(nèi)部振蕩頻率，輸出電流可高達(dá)3A 5、低功耗待機(jī)模式，典型值為、低功耗待機(jī)模式，典型值為80A 6、TTL斷電能力，具有過(guò)熱保護(hù)和限流保護(hù)功能斷電能力，具有過(guò)熱保護(hù)和限流保護(hù)功能 7、外圍電路簡(jiǎn)單，僅需、外圍電路簡(jiǎn)單，僅需4個(gè)外接元件個(gè)外接元件 8、基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓VREF=1.235V LM2596內(nèi)部框圖：內(nèi)部框圖： LM2596各腳功能：各腳功能： PinSymbolDescription 1VIN電源輸入電源輸入 2OUTPUT 輸出

12、端。輸出端。有固定的有固定的3.3V、5V、12V輸出（后輸出（后 綴分別為綴分別為-3.3、-05、-12），也有），也有1.2V37V可調(diào)輸出可調(diào)輸出 3GND地地 4Feedback反饋反饋 5ON/OFF 芯片起動(dòng)和關(guān)斷端。芯片起動(dòng)和關(guān)斷端。該腳為低該腳為低 電平時(shí)芯片起動(dòng)，該腳為高電平時(shí)芯片關(guān)斷電平時(shí)芯片起動(dòng)，該腳為高電平時(shí)芯片關(guān)斷 5V固定輸出典型應(yīng)用：固定輸出典型應(yīng)用： 可調(diào)節(jié)輸出典型應(yīng)用：可調(diào)節(jié)輸出典型應(yīng)用： 在在LCD數(shù)字板上的應(yīng)用（數(shù)字板上的應(yīng)用（26H/GM21）：）： GM21機(jī)芯無(wú)機(jī)芯無(wú)Q6,5腳直接接地。腳直接接地。 三、三、MP9583降壓型降壓型DC-DC電路電

13、路 MP9583簡(jiǎn)介：簡(jiǎn)介： 3A輸出電流，可編程軟起動(dòng)輸出電流，可編程軟起動(dòng) 0.1的內(nèi)部功率的內(nèi)部功率MOSFET開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān) 輸出接陶瓷電容具有低輸出接陶瓷電容具有低ESR的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性 可達(dá)可達(dá)95%的效率，的效率，20uA的關(guān)斷模式電流的關(guān)斷模式電流 固定的固定的385KHz工作頻率工作頻率 過(guò)熱保護(hù)，周期性的過(guò)流保護(hù)，欠壓鎖定過(guò)熱保護(hù)，周期性的過(guò)流保護(hù)，欠壓鎖定 輸入工作電源范圍寬：輸入工作電源范圍寬：4.75V-23V 輸出可調(diào)范圍：輸出可調(diào)范圍：1.22V-21V 基準(zhǔn)電壓：基準(zhǔn)電壓：VREF=1.222V MP9583內(nèi)部框圖：內(nèi)部框圖： MP9583各腳功能：各腳功能： Pi

14、n SymbolDescription 1BS自舉電容自舉電容 2IN電源輸入電源輸入 3SW開(kāi)關(guān)輸出開(kāi)關(guān)輸出 4GND地地 5FB反饋反饋 6COMP補(bǔ)償補(bǔ)償 7EN 使能使能,高電平開(kāi)，低電平關(guān)，開(kāi)路自動(dòng)起動(dòng)高電平開(kāi)，低電平關(guān)，開(kāi)路自動(dòng)起動(dòng) 8SS軟起動(dòng)軟起動(dòng) 2.5V固定輸出典型應(yīng)用：固定輸出典型應(yīng)用： VOUT=1.222（1R1/R2） 在在LCD數(shù)字板上的應(yīng)用（數(shù)字板上的應(yīng)用（MS89）：）： 四、四、MP1411降壓型降壓型DC-DC電路電路 MP1411簡(jiǎn)介：簡(jiǎn)介： 2A輸出電流，可達(dá)輸出電流，可達(dá)95%的效率的效率 0.2的內(nèi)部功率的內(nèi)部功率MOSFET開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān) 輸出接陶瓷電

15、容具有低輸出接陶瓷電容具有低ESR的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性 23uA的關(guān)斷模式電流，可編程的欠壓鎖定的關(guān)斷模式電流，可編程的欠壓鎖定 固定的固定的380KHz工作頻率工作頻率 過(guò)熱保護(hù)，周期性的過(guò)流保護(hù)過(guò)熱保護(hù)，周期性的過(guò)流保護(hù) 輸入工作電源范圍寬：輸入工作電源范圍寬：4.75V-18V 輸出可調(diào)范圍：輸出可調(diào)范圍：0.92V-16V 基準(zhǔn)電壓：基準(zhǔn)電壓：VREF=0.92V MP1411內(nèi)部框圖：內(nèi)部框圖： MP1411各腳功能：各腳功能： Pin SymbolDescription 1、3NC不連接不連接 2BS自舉電容自舉電容 4IN電源輸入電源輸入 5SW開(kāi)關(guān)輸出開(kāi)關(guān)輸出 6GND地地 7FB

16、反饋反饋 8COMP補(bǔ)償補(bǔ)償 9EN 使能，使能，高電平開(kāi)，低電平關(guān)，開(kāi)路自動(dòng)起動(dòng)高電平開(kāi)，低電平關(guān)，開(kāi)路自動(dòng)起動(dòng) 10SS軟起動(dòng)軟起動(dòng) 3.3V固定輸出典型應(yīng)用：固定輸出典型應(yīng)用： VOUT=0.92（1+R1/R2） 在在LCD數(shù)字板上的應(yīng)用（數(shù)字板上的應(yīng)用（MC77）：）： 五、五、SC1102組成的組成的DC-DC電路電路 SC1102簡(jiǎn)介：簡(jiǎn)介： 1、基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓VREF= 1.265V 2、效率高達(dá)、效率高達(dá)95%的同步運(yùn)行的同步運(yùn)行 3、Rds電流感應(yīng)電流感應(yīng) 4、芯片內(nèi)具有電源和過(guò)壓保護(hù)功能、芯片內(nèi)具有電源和過(guò)壓保護(hù)功能 5、很少的外部元件、很少的外部元件 6、軟起動(dòng)功能、

17、軟起動(dòng)功能 7、芯片使能功能、芯片使能功能 SC1102內(nèi)部框圖：內(nèi)部框圖： SC1102各腳功能：各腳功能： 3.3V固定輸出典型應(yīng)用：固定輸出典型應(yīng)用： VOUT=(1+R9/R8)1.265 在在LCD數(shù)字板上的應(yīng)用（數(shù)字板上的應(yīng)用（GC32）：）： 六、六、IRU3037組成的組成的DC-DC電路電路 IRU3037簡(jiǎn)介：簡(jiǎn)介： 1、運(yùn)行于單、運(yùn)行于單5V或或12V供電的同步控制器供電的同步控制器 2、內(nèi)部、內(nèi)部200KHz固定頻率電壓模式固定頻率電壓模式 3、軟起動(dòng)功能、軟起動(dòng)功能 4、500mA峰值輸出激勵(lì)能力峰值輸出激勵(lì)能力 5、當(dāng)控制、當(dāng)控制MOSFET短路時(shí)保護(hù)輸出短路時(shí)保護(hù)

18、輸出 6、基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓VREF=1.25V IRU3037內(nèi)部框圖：內(nèi)部框圖： IRU3037各腳功能：各腳功能： PinSymbolDescription 1FB反饋端反饋端 2VCC內(nèi)部低側(cè)供電內(nèi)部低側(cè)供電 3LDrv低側(cè)激勵(lì)輸出低側(cè)激勵(lì)輸出 4GND地地 5HDrv高側(cè)激勵(lì)輸出高側(cè)激勵(lì)輸出 6VC內(nèi)部高側(cè)供電內(nèi)部高側(cè)供電 7COMP補(bǔ)償補(bǔ)償 8SS/SD軟起動(dòng)軟起動(dòng) 3.3V固定輸出典型應(yīng)用：固定輸出典型應(yīng)用： VOUT=(1+R6/R5)1.25 在在LCD數(shù)字板上的應(yīng)用（數(shù)字板上的應(yīng)用（MS18）：）： 七、七、DC-DC電路檢修注意事項(xiàng)電路檢修注意事項(xiàng) DC-DC電路效率高，溫升低，元件少，電路效率高，溫升低，元件少， 因此故障率相對(duì)較低，檢修也較容易。但因此故障率相對(duì)較低，檢修也較容易。但 輸出開(kāi)關(guān)管、續(xù)流二極管接有感性負(fù)載，輸出開(kāi)關(guān)管、續(xù)流二極管接有感性負(fù)載， 且工作頻率高、電流大，因此輸出部分的且工作頻率高、電流大，因此輸出部分的 元件故障率相對(duì)高一些。元件故障率相對(duì)高一些。 DC-DC電路輸出開(kāi)關(guān)管有三極管和電路輸出開(kāi)