技術 | DC/DC轉換器電路設計原理

一、正確理解DC/DC轉換器

DC/DC轉換器為轉變輸入電壓后有效輸出固定電壓的電壓轉換器。DC/DC轉換器分為三類：升壓型DC/DC轉換器、降壓型DC/DC轉換器以及升降壓型DC/DC轉換器。根據需求可采用三類控制。PWM控制型效率高并具有良好的輸出電壓紋波和噪聲。PFM控制型即使長時間使用，尤其小負載時具有耗電小的優點。PWM/PFM轉換型小負載時實行PFM控制，且在重負載時自動轉換到PWM控制。目前DC-DC轉換器廣泛應用于手機、MP3、數碼相機、便攜式媒體播放器等產品中。在電路類型分類上屬于斬波電路。

二、DC/DC轉換器電路設計原理

DC-DC就是直流-直流變換，一般有升壓（BOOST）、降壓（BUCK型）兩種。降壓式DC/DC變換器的輸出電流較大，多為數百毫安至幾安，因此適用于輸出電流較大的場合。降壓式DC/DC變換器基本工作原理電路如下圖所示。VT1為開關管，當VT1導通時，輸入電壓Vi通過電感L1向負載RL供電，與此同時也向電容C2充電。在這個過程中，電容C2及電感L1中儲存能量。當VT1截止時，由儲存在電感L1中的能量繼續向RL供電，當輸出電壓要下降時，電容C2中的能量也向RL放電，維持輸出電壓不變。二極管VD1為續流二極管，以便構成電路回路。輸出的電壓Vo經R1和R2組成的分壓器分壓，把輸出電壓的信號反饋至控制電路，由控制電路來控制開關管的導通及截止時間，使輸出電壓保持不變。

圖片說明：DC/DC變換器基本工作原理圖

三、DC-DC電路設計要考慮以下條件

1、外部輸入電源電壓的范圍，輸出電流的大小。

2、DC-DC輸出的電壓，電流，系統的功率最大值。

四、選擇PWM IC要考慮的要點有

1、PWM IC的最大輸入電壓。

2、PWM開關的頻率，這一點的選擇關系到系統的效率。對儲能電感，電容的大小的選擇也有一定影響。

3、MOS管的所能夠承受的最大額定電流及其額定功率，如果DC-DCIC內部自帶MOS，只需要考慮IC輸出的額定電流。

4、MOS的開關電壓Vgs大小及最大承受電壓。

五、電感、二極管、電容的選擇

1、電感量：大小選擇主要由開關頻率決定，大小會影響電源紋波；額定電流，電感的內阻選擇由系統功耗決定。

2、二極管：通常都用肖特基二極管。選擇時要考濾反向電壓，前向電流，一般情況反向電壓為輸入電源電壓的二倍，前向電流為輸出電流的兩倍。

3、電容：電容的選擇基于開關的頻率，系統紋波的要求及輸出電壓的要求。容量和電容內部的等效電阻決定紋波大?。ó斎缓碗姼幸灿嘘P）。

六、如何得到可靠的DC-DC電路

如何得到一個電源紋波相對較小、對系統其他電路干擾相對較小，而且相對穩定可靠的DC-DC電路，需要對以上電路的原理做如下修改：

1、輸入部分：電源輸入端需要加電感電容濾波。目的：由于MOS管的開關及電感在瞬間的變化會造成輸入電源的波動，尤其是在系統耗電波動較大時，影響更為明顯。

2、輸出部分：

（1）假定C2的選擇的100uF是正確的，我們想得到更小的紋波，可以將100uF的電容改成兩顆47uF的電容（基于相同類型的電容）；如果100uF電容采用的是鋁電解，可以在原來的基礎上加一顆10uF的磁片電容或鉭電容。

（2）在輸出端再加一顆電容和一顆電容對原來的電源做一個LC濾波，會得到一個紋波更小的電源。

總之，DC-DC轉換器為整個系統中的各個電路供電。只有掌握DC/DC轉換器電路設計的技巧，把所有要考慮的因素考慮全面，才能提高系統的整體性能，達到各個電路的性能效果的體現。