常用DCDC電源電路方案設(shè)計(jì)

1、WORD格式Z 專業(yè)資料整理常用 DC/DC電源電路設(shè)計(jì)方案分析1、DC/DC電源電路簡(jiǎn)介DC/DC電源電路又稱為 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 以內(nèi)的電壓變換過(guò)程稱為 DC/DC轉(zhuǎn)換。常見(jiàn)的電源主要分為車載與通訊系列 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 5V15V，數(shù)字電路常用 3.3V 等。結(jié)合到本公司產(chǎn)品，這里主要總結(jié) 24V 以下的 DC/DC電源電路常用的設(shè)計(jì)方案。2

2、、DC/DC轉(zhuǎn)換電路分類DC/DC轉(zhuǎn)換電路主要分為以下三大類： ( 1)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路。(2)線性 ( 模擬)穩(wěn)壓電路。( 3)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路3、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)方案示，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，其電路簡(jiǎn)圖如圖 (1) 所選擇穩(wěn)壓管時(shí)一般可按下述式子估算：(1)Uz=Vout;(2)Izmax=(1.5-3)L Imax(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)

3、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。有些芯片對(duì)供電電壓要求比較高，例如ADDA芯片的基準(zhǔn)電壓等，這時(shí)候可以采用常用的一些電壓基準(zhǔn)芯片如 MC1403,REF02,TL431等。這里主要介紹 TL431、 REF02的應(yīng)用方案。3.1 TL431常用電路設(shè)計(jì)方案TL431 是一個(gè)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。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為0.2 ，參考電壓源誤差 1%,輸出電流為 1.0-100mA。最常用的電路應(yīng)用如下圖 3-1 所示， TL431 0.3 的

4、內(nèi)部含有一個(gè) 2.5V 的基準(zhǔn)電壓，所以當(dāng)在 REF端引入輸出反饋時(shí)，器件可以通過(guò)從陰極 到陽(yáng)極很寬范圍的分流，控制輸出電壓。如圖 3-1 所示的電路，當(dāng) R1 和 R2 的阻值確定時(shí)， 兩者對(duì) Vo的分壓引入反饋，若 Vo增大，反饋量增大， TL431 的分流也就增加，從而又導(dǎo) 致 Vo 下降。顯然，這個(gè)深度的負(fù)反饋電路必然在VI 等于基準(zhǔn)電壓處穩(wěn)定，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(nèi)的任意電壓輸出， 特別地，當(dāng) R1=R2時(shí)， Vo=5V。圖 3-1 并聯(lián)穩(wěn)壓器電路圖圖 3-2 大電流并聯(lián)穩(wěn)壓器電路圖TL431 最大輸

5、出電流為 100mA,在需要更大的電流時(shí)可以在圖 3-1 基礎(chǔ)上加一個(gè)三極管 進(jìn)行擴(kuò)流，如圖 3-2 所示。使用上述設(shè)計(jì)方案時(shí)，需要注意的是，在選擇電阻時(shí)必須保證 TL431 工作的必要條件， 就是通過(guò)陰極的電流要大于 1mA；電阻 R1、R2 必須選擇低溫漂高精度的精密電阻，這樣 才能保證輸出電壓的精度。將 R1 換為電位器時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié) R1 的大小，可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓 連續(xù)可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍為 2.5V-36V 。3.2 REF02常用電路設(shè)計(jì)方案REF02是高精度的基準(zhǔn)電壓芯片。輸入電壓為+8V到 +40V，輸出電壓為 +5V，輸出電壓 誤差達(dá)到正負(fù) 0.2%。常用的電路方案如下圖 3-3 所

6、示。在很多時(shí)候不僅需要正基準(zhǔn)電壓，還會(huì)用到負(fù)基準(zhǔn) 電壓，因此在圖 3-3 的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出能夠同時(shí)出正負(fù)基準(zhǔn)的一個(gè)電路，如圖 3-4 所示。主要是將 REF02輸出的 +5V 基準(zhǔn)通過(guò)反相比例放大電路輸出一個(gè) -5V 的基準(zhǔn)電10K電阻需用高精度低溫漂的精密電阻壓。為了保證 -5V 基準(zhǔn)電壓的準(zhǔn)確性，兩個(gè)圖 3-3REF02 輸出穩(wěn)壓電路圖 3-4REF 輸出正負(fù)基準(zhǔn)電壓電路圖 3-3 、 3-4 的電路方案除了 REF02之外，很多電壓基準(zhǔn)芯片都可以用到，使用時(shí)可 根據(jù)需要選擇合適的基準(zhǔn)電壓芯片。4、線性（模擬）穩(wěn)壓電路常用設(shè)計(jì)方案線性穩(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

7、有兩種，一種 輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器，另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸出 三端穩(wěn)壓器，其基本原理相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。在線性集成穩(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。3.2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。表求 5V0.1A 。典型應(yīng)用電路如下：L 表示 0.1A,M 表示

8、 0.5A ，無(wú)字母表示 1.5A ，如78L05圖 4-1 典型應(yīng)用電路圖 4-2 提高輸出電壓的電路圖 4-3 雙電源電路在使用上述方案時(shí)需要注意，輸入電壓與輸出電壓至少應(yīng)由 3V 的壓差，使穩(wěn)壓器中 的調(diào)整管工作在放大區(qū)。同時(shí)輸入輸出壓差過(guò)大，會(huì)增加穩(wěn)壓器的功耗。具體參數(shù)按照數(shù) 據(jù)手冊(cè)。在三端穩(wěn)壓器的輸入輸出端接一個(gè)二極管，用來(lái)防止輸入端短路時(shí), 輸出端存儲(chǔ)的電荷通過(guò)穩(wěn)壓器 , 而損壞器件。除上述典型應(yīng)用方案外，固定輸出三端穩(wěn)壓器與集成運(yùn)放可以設(shè)計(jì)出輸出可調(diào)的穩(wěn)壓 電路，電路方案如圖 4-4 所示：圖 4-4 輸出可調(diào)的穩(wěn)壓電路圖中集成運(yùn)放作為電壓跟隨器，運(yùn)放供電借助三端穩(wěn)壓器輸入電壓。

9、當(dāng)電位器滑動(dòng)至 最上端時(shí)，輸出電壓為最大值。當(dāng)電位器滑動(dòng)至最下端時(shí)，輸出電壓為最小值。3.3可調(diào)輸出三端穩(wěn)壓器可調(diào)輸出三端穩(wěn)壓器常用的是 LM317（正輸出）和 LM33（7 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。其典型應(yīng)用方案如圖 4-5 所 示：D1D2二極管保護(hù) LM317為保護(hù)二極管。 R2 兩端 并聯(lián)的 C2 可以大幅提高抵抗諧波的能力。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

10、成 穩(wěn)壓器中調(diào)整管工作在線性放大狀態(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。圖 4-5LM317 可調(diào)穩(wěn)壓電路5、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。3.4 非隔離式 DCDC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)方案非隔離式的開(kāi)關(guān)電源電路主要分類如下圖所示：圖 5-1 非隔離式開(kāi)關(guān)電源電路分類0.4 基于 LM2575實(shí)現(xiàn)非隔離式 DCDC變換的方案LM2575是美國(guó)國(guó)家半

11、導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 1A 集成穩(wěn)壓電路，內(nèi)部集成了一個(gè)穩(wěn)壓電路， 只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效的穩(wěn)壓電路，可大大減小散熱器面積，大部分情況下不 需使用散熱片。 LM25755 主要指標(biāo)如下：最大輸出電流 1A，最大輸入電壓 45V（ 60V），輸出電壓： 3.3V5V12VADJ（可調(diào)），穩(wěn)壓誤差 4%，轉(zhuǎn)換效率 75%-88%，震蕩頻率 54KHZ， 工作溫度 -55-+150 。常用的設(shè)計(jì)方案如下圖 5-1、 5-2 、5-3 所示：圖 5-3-12V 穩(wěn)壓電壓電路圖 5-31.2-55V 可調(diào)穩(wěn)壓電源電路再用上述方案時(shí)需要注意幾點(diǎn)：( 1) 在圖 5-3 中，輸出電壓計(jì)算公式為：(2) 電

12、感的選擇可以按照下面公式進(jìn)行選擇：在選擇電感時(shí)，可在電感器尺寸大小與系統(tǒng)性能之間做一個(gè)折中，可靠近這個(gè)數(shù)值選 擇一個(gè)合適的電感。(3) 輸出電容選擇地 ESR的電容降低輸出紋波電壓，可使用固態(tài)膽電容或多層陶瓷電 容。可以按照下面公式進(jìn)行選擇：(4) 二極管選擇二極管額定電流應(yīng)大于 LM2575的最大電流限制，反向電壓應(yīng)大于最大輸入電壓的 3.5倍。3.6 隔離式 DCDC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)方案常用的隔離 DC/DC轉(zhuǎn)換主要分為三大類：圖 5-4 常見(jiàn)隔離式開(kāi)關(guān)電源分類這里主要介紹一種常用的單端反激式DC/DC變換電路，控制芯片采用常用的 UC3842或UC3843。UC3842是高性能固定頻率電流的

13、控制器，主要用于隔離AC/DC、DC/DC轉(zhuǎn)換電路其主要應(yīng)用原理如下：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)?？刂齐娐肥钦麄€(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。電路電流環(huán)控 制采用 UC3842內(nèi)部電流環(huán)，電壓外環(huán)采用 TL431 和光耦 PC817構(gòu)成的外部誤差放大器， 誤差電壓直接送到 UC3842的 1 腳。誤差電壓與電流比較器的同相輸入端3 腳經(jīng)采樣電阻采集到初級(jí)側(cè)電流進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)輸出端脈沖寬度。2 腳接地。 R4,C5是 UC3842的定時(shí)元件，決定 UC3842的工作頻率， .當(dāng) UC3842的 1 腳電壓低于 1V時(shí)，輸出端將 關(guān)閉；當(dāng) 3 腳上的電壓高于 1V 時(shí)，電流限幅電路將開(kāi)始工作， UC3842的輸出脈沖中斷。 開(kāi)關(guān)管上波形出現(xiàn) 打嗝 現(xiàn)象，從而可以實(shí)現(xiàn)過(guò)壓、欠壓、限流等保護(hù)功能。 此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)可以優(yōu)先選擇市 面上比較廉價(jià)的 DC/D