DCDC电源设计方案

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1、DCDC 电源设计方案1、DC/DC 电源电路简介DC/DC 电源电路又称为 DC/DC 转换电路，其主要功能就是进行输入输 出电压转换。一般我们把输入电源电压在 72V 以内的电压变换过程称为 DC/DC 转换。常见的电源主要分为车载与通讯系列和通用工业与消费系列， 前者的使用的电压一般为 48V、36V、24V 等，后者使用的电源电压一般在 24V以下。不同应用领域规律不同，如PC中常用的是12V、5V、3.3V,模 拟电路电源常用5V 15V，数字电路常用3.3V等。结合到本公司产品，这里 主要总结24V以下的DC/DC电源电路常用的设计方案。2、DC/DC 转换电路分类DC/DC 转换

2、电路主要分为以下三大类：(1) 稳压管稳压电路。(2) 线性 (模拟)稳压电路。(3) 开关型稳压电路3、稳压管稳压电路设计方案稳压管稳压电路电路结构简单，但是带负载能力差，输出功率小，一般 只为芯片提供基准电压，不做电源使用。比较常用的是并联型稳压电路，其电 路简图如图(1)所示，选择稳压管时一般可按下述式子估算：(1) Uz=Vout; (2)Izmax=(1.5-3)ILmax (3)Vin=(2-3)Vout 这种电路结构简单，可以抑制输入电压的扰动，但由于受到稳压管最大工 作电流限制，同时输出电压又不能任意调节，因此该电路适应于输出电压不需 调节，负载电流小，要求不高的场合，该电路常

3、用作对供电电压要求不高的芯 片供电。有些芯片对供电电压要求比较高，例如AD DA芯片的基准电压等，这时 候可以采用常用的一些电压基准芯片如 MC1403 ,REF02,TL431 等。这里主要 介绍TL431、REF02的应用方案。3.1 TL431 常用电路设计方案TL431 是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源。它的输出 电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref (2.5V)到36V范围内的任何值。 该器件的典型动态阻抗为0.2Q,参考电压源误差1%,输出电流为1.0-100mA。 最常用的电路应用如下图3-1所示,TL431的内部含有一个2.5V的基准电压， 所以当在 RE

4、F 端引入输出反馈时，器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分 流，控制输出电压。如图3-1所示的电路，当R1和R2的阻值确定时，两者对 Vo的分压引入反馈，若V o增大，反馈量增大，TL431的分流也就增加，从而 又导致Vo下降。显然，这个深度的负反馈电路必然在VI等于基准电压处稳 定，此时V0=(1+R1/R2)Vref。选择不同的R1和R2的值可以得到从2.5V到 36V范围内的任意电压输出，特别地，当R1=R2时，VO=5V。图 3-1 并联稳压器电路图图 3-2 大电流并联稳压器电路图TL431最大输出电流为100mA，在需要更大的电流时可以在图3-1基础上 加一个三极管进行扩流，如图3

5、-2所示。使用上述设计方案时，需要注意的是，在选择电阻时必须保证TL431工作 的必要条件，就是通过阴极的电流要大于1 mA ；电阻R1、R2必须选择低温 漂高精度的精密电阻，这样才能保证输出电压的精度。将R1换为电位器时， 通过调节R1的大小，可以实现输出电压连续可调，调节范围为2.5V-36V。3.2 REF02 常用电路设计方案REF02是高精度的基准电压芯片。输入电压为+8V到+40V，输出电压为 +5V，输出电压误差达到正负0.2%。常用的电路方案如下图3-3所示。在很多 时候不仅需要正基准电压，还会用到负基准电压，因此在图3-3的基础上设计 出能够同时出正负基准的一个电路，如图 3

6、-4 所示。主要是将 REF02 输出的 +5V基准通过反相比例放大电路输出一个-5V的基准电压。为了保证-5V基准 电压的准确性，两个10K电阻需用高精度低温漂的精密电阻。准电压电路图 3-3 、3-4 的电路方案除了 REF02 之外，很多电压基准芯片都可以用 到，使用时可根据需要选择合适的基准电压芯片。4、线性（模拟）稳压电路常用设计方案线性稳压电路设计方案主要以三端集成稳压器为主。三端稳压器，主要有 两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压 是可调的，称为可调输出三端稳压器，其基本原理相同，均采用串联型稳压 电路。在线性集成稳压器中，由于三端稳压器只有三个引出

7、端子，具有外接 元件少，使用方便，性能稳定，价格低廉等优点，因而得到广泛应用。4.1 固定输出三端稳压器三端稳压器的通用产品有78 系列（正电源）和79 系列（负电源），输 出电压由具体型号中的后面两个数字代表，有 5V，6V，8V，9V，12V，15V， 18V, 24V等档次。输出电流以78 （或79）后面加字母来区分。L表示0.1A,M 表示0.5A，无字母表示1.5A，女口 78L05表求5V 0.1A。典型应用电路如下:图 4-1 典型应用电路图 4-2 提高输出电压的电路 图 4-3双电源电路在使用上述方案时需要注意，输入电压与输出电压至少应由3V的压差， 使稳压器中的调整管工作在

8、放大区。同时输入输出压差过大，会增加稳压器 的功耗。具体参数按照数据手册。在三端稳压器的输入输出端接一个二极管， 用来防止输入端短路时,输出端存储的电荷通过稳压器,而损坏器件。除上述典型应用方案外，固定输出三端稳压器与集成运放可以设计出输 出可调的稳压电路，电路方案如图4-4 所示： 图中集成运放作为电压跟随器，运放供电借助三端稳压器输入电压。当 电位器滑动至最上端时，输出电压为最大值。当电位器滑动至最下端时，输 出电压为最小值。4.2 可调输出三端稳压器可调输出三端稳压器常用的是LM317（正输出）和LM337 （负输出）系列。其最大输入输出极限差值在40V,输出电压为1.2V-35V（-1

9、.2V-35V）连续 可调，输出电流为0.5-1.5A,输出端与调整端之间电压在1.25V，调整端静态 电流为50uA。其典型应用方案如图4-5所示：D1 D2 二极管保护 LM317 为保护二极管。 R2 两端并联的 C2 可以大幅 提高抵抗谐波的能力。上面所述的几种 DCDC 转换电路都属于串联反馈式稳压电路，在此种工 作模式中集成稳压器中调整管工作在线性放大状态，因此当负载电流大时， 损耗比较大，即转换效率不高。因此使用集成稳压器的电源电路功率都不会 很大，一般只有2-3W，这种设计方案仅适合于小功率电源电路。图4-5 LM317可调稳压电路5、开关型稳压电路设计方案采用开关电源芯片设计

10、的DCDC转换电路转化效率高，适用于较大功率电源电路。目前得到了广泛的应用，常用的分为非隔离式的开关电源与隔 离式的开关电源电路。5.1非隔离式DCDC转换电路设计方案非隔离式的开关电源电路主要分类如下图所示：J1D匚VflVo=Viil * Vo n、VcF=Vtn *D/(1 -D) vvin 当d却 5图 5-1 非隔离式开关电源电路分类5.1.1基于LM2575实现非隔离式DCDC变换的方案LM2575 是美国国家半导体公司生产的 1A 集成稳压电路，内部集成了 一个稳压电路，只需极少的外围器件便可构成高效的稳压电路，可大大减小 散热器面积，大部分情况下不需使用散热片。LM25755主

11、要指标如下：最 大输出电流1A，最大输入电压45V (60V)，输出电压：3.3V 5V 12V ADJ(可调)，稳压误差4%，转换效率75%-88%，震荡频率54KHZ，工作温 度-55-+150。常用的设计方案如下图5-1、5-2、5-3所示：*12 TO *25VFEEDBACK- mteovj UNREGULATED 叫 INFinLM2575/LMZ575HV一5力OUTPUTGhCi25 5n /6FFLt阳Q岸H * DI 1N5日汁LL屯叶T 330 pF*5V REGULATED OUTPUT 1 i. Load图5-2 5V稳压电源电路UnPi/LATEDC INPUT4V

12、1HT IM ilF：i ；mOUTPUTLM2S75W-12dn/qfff fhi 弗 *3Ul 理 QDpF-12V-SO.35A.RffiVlAIEfrOUTPUT图5-3 -12V稳压电压电路15V图5-31.2-55V可调稳压电源电路再用上述方案时需要注意几点:(1)在图5-3中，输出电压计算公式为:E*T =(2) 电感的选择可以按照下面公式进行选择:(V 4曲F (tn kHz)在选择电感时，可在电感器尺寸大小与系统性能之间做一个折中，可靠近这个数值选择一个合适的电感。(3) 输出电容选择地ESR的电容降低输出纹波电压，可使用固态胆电容或多层陶瓷电容。可以按照下面公式进行选择：(

13、4) 二极管选择二极管额定电流应大于LM2575的最大电流限制，反向电压应大于最大输入电压的 1.2倍。5.2隔离式DCDC转换电路设计方案常用的隔离DC/DC转换主要分为三大类:图 5-4 常见隔离式开关电源分类这里主要介绍一种常用的单端反激式 DC/DC 变换电路，控制芯片采用常用 的UC3842或UC3843。UC3842是高性能固定频率电流的控制器，主要用于 隔离AC/DC、DC/DC转换电路。其主要应用原理如下：EJCI2 丸_&电路由主电路、控制电路、启动电路和反馈电路4部分组成。主电路米 用单端反激式拓扑，它是升降压斩波电路演变后加隔离变压器构成的，该电 路具有结构简单，效率高，

14、输入电压范围宽等优点。控制电路是整个开关电源的核心，控制的好坏直接决定了电源整体性能。 这个电路采用峰值电流型双环控制，即在电压闭环控制系统中加入峰值电流 反馈控制。电路电流环控制采用UC3842内部电流环，电压外环采用T L431 和光耦PC817构成的外部误差放大器，误差电压直接送到UC3842的1脚。 误差电压与电流比较器的同相输入端3脚经采样电阻采集到初级侧电流进 行比较，从而调节输出端脉冲宽度。2脚接地。R4, C5是UC3842的定时元 件，决定UC3842的工作频率，.当UC3842的1脚电压低于1 V时，输出 端将关闭；当3脚上的电压高于1 V时，电流限幅电路将开始工作，UC3

15、842 的输出脉冲中断。开关管上波形出现打嗝现象，从而可以实现过压、欠压、 限流等保护功能。此方案选择合适的变压器及 MOS 管可以把功率做的很大，与前面几种设计 方案相比电路结构复杂，元器件参数确定比较困难，开发成本较高，因此需 要此方案时可以优先选择市面上比较廉价的DC/DC隔离模块。6、总结本文主要介绍了稳压管稳压、线性（模拟）稳压、开关型稳压三种电路 模式的几种常用的设计方案。稳压管稳压电路不能做电源使用，只能用于没 有功率要求的芯片供电；线性稳压电路电路结构简单，但由于转化效率低， 因此只能用于小功率稳压电源中；开关型稳压电路转化效率高，可以应用在 大功率场合，但其局限性在电路结构相对复杂（尤其是大功率电路），不利于 小型化。因此在设计过程中，可根据实际需要选择合适的设计方案。