常用DCDC电源电路专项方案设计.doc

惯用DC /DC电源电路设计方案分析
1、 DC/DC电源电路简介
DC/DC电源电路又称为DC/DC转换电路，其重要功能就是进行输入输出电压转换。普通咱们把输入电源电压在72V以内电压变换过程称为DC/DC转换。常用电源重要分为车载与通讯系列和通用工业与消费系列，前者使用电压普通为48V、36V、24V等，后者使用电源电压普通在24V如下。不同应用领域规律不同，如PC中惯用是12V、5V、3.3V，模仿电路电源惯用5V 15V，数字电路惯用3.3V等。结合到我司产品，这里重要总结24V如下DC/DC电源电路惯用设计方案。
2、 DC/DC转换电路分类
DC/DC转换电路重要分为如下三大类：
（1） 稳压管稳压电路。
（2） 线性 (模仿）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构造简朴，但是带负载能力差，输出功率小，普通只为芯片提供基准电压，不做电源使用。比较惯用是并联型稳压电路，其电路简图如图(1)所示，

选取稳压管时普通可按下述式子估算：
(1) Uz=Vout； (2)Izmax=(1.5-3)ILmax (3)Vin=(2-3)Vout
这种电路构造简朴，可以抑制输入电压扰动，但由于受到稳压管最大工作电流限制，同步输出电压又不能任意调节，因而该电路适应于输出电压不需调节，负载电流小，规定不高场合，该电路惯用作对供电电压规定不高芯片供电。
有些芯片对供电电压规定比较高，例如AD DA芯片基准电压等，这时候可以采用惯用某些电压基准芯片如MC1403 ,REF02,TL431等。这里重要简介TL431、REF02应用方案。
3.1 TL431惯用电路设计方案
TL431是一种有良好热稳定性能三端可调分流基准电压源。它输出电压用两个电阻就可以任意地设立到从Vref（2.5V）到36V范畴内任何值。该器件典型动态阻抗为0.2Ω，参照电压源误差1%,输出电流为1.0-100mA。最惯用电路应用如下图3-1所示，TL431内部具有一种2.5V基准电压，因此当在REF端引入输出反馈时，器件可以通过从阴极到阳极很宽范畴分流，控制输出电压。如图3-1所示电路，当R1和R2阻值拟定期，两者对Vo分压引入反馈，若V o增大，反馈量增大，TL431分流也就增长，从而又导致Vo下降。显然，这个深度负反馈电路必然在VI等于基准电压处稳定，此时Vo=(1+R1/R2)Vref。选取不同R1和R2值可以得到从2.5V到36V范畴内任意电压输出，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,在需要更大电流时可以在图3-1基本上加一种三极管进行扩流，如图3-2所示。
使用上述设计方案时，需要注意是，在选取电阻时必要保证TL431工作必要条件，就是通过阴极电流要不不大于1 mA ；电阻R1、R2必要选取低温漂高精度精密电阻，这样才干保证输出电压精度。将R1换为电位器时，通过调节R1大小，可以实现输出电压持续可调，调节范畴为2.5V-36V。
3.2 REF02惯用电路设计方案
REF02是高精度基准电压芯片。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%。惯用电路方案如下图3-3所示。在诸多时候不但需要正基准电压，还会用到负基准电压，因而在图3-3基本上设计出可以同步出正负基准一种电路，如图3-4所示。重要是将REF02输出+5V基准通过反相比例放大电路输出一种-5V基准电压。为了保证-5V基准电压精确性，两个10K电阻需用高精度低温漂精密电阻。

图3-3 REF02输出稳压电路 图3-4 REF输出正负基准电压电路
图3-3、3-4电路方案除了REF02之外，诸多电压基准芯片都可以用到，使用时可依照需要选取适当基准电压芯片。
4、 线性（模仿）稳压电路惯用设计方案
线性稳压电路设计方案重要以三端集成稳压器为主。三端稳压器，重要有两种，一种输出电压是固定，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调，称为可调输出三端稳压器，其基本原理相似，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端子，具备外接元件少，使用以便，性能稳定，价格低廉等长处，因而得到广泛应用。

4.1 固定输出三端稳压器

三端稳压器通用产品有78系列（正电源）和79系列（负电源），输出电压由详细型号中背面两个数字代表，有5V，6V，8V，9V，12V，15V，18V，24V等档次。输出电流以78（或79）背面加字母来区别。L表达0.1A,M表达0.5A，无字母表达1.5A，如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压差，使稳压器中调节管工作在放大区。同步输入输出压差过大，会增长稳压器功耗。详细参数按照数据手册。在三端稳压器输入输出端接一种二极管，用来防止输入端短路时,输出端存储电荷通过稳压器,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稳压电路，电路方案如图4-4所示：

图4-4 输出可调稳压电路

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惯用是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(-1.2V--35V)持续可调，输出电流为0.5-1.5A，输出端与调节端之间电压在1.25V，调节端静态电流为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C2可以大幅提高抵抗谐波能力。

上面所述几种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节管工作在线性放大状态，因而当负载电流大时，损耗比较大，即转换效率不高。因而使用集成稳压器电源电路功率都不会很大，普通只有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DCDC转换电路转化效率高，合用于较大功率电源电路。当前得到了广泛应用，惯用分为非隔离式开关电源与隔离式开关电源电路。
5.1 非隔离式DCDC转换电路设计方案
非隔离式开关电源电路重要分类如下图所示：

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变换方案

LM2575是美国国家半导体公司生产1A集成稳压电路，内部集成了一种稳压电路，只需很少外围器件便可构成高效稳压电路，可大大减小散热器面积，大某些状况下不需使用散热片。LM25755重要指标如下：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。惯用设计方案如下图5-1、5-2、5-3所示：

图5-2 5V稳压电源电路

图5-3 -12V稳压电压电路

图5-3 1.2-55V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：

(2)电感选取可以按照下面公式进行选取：

在选取电感时，可在电感器尺寸大小与系统性能之间做一种折中，可接近这个数值选取一种适当电感。
(3)输出电容选取地ESR电容减少输出纹波电压，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取：

(4) 二极管选取
二极管额定电流应不不大于LM2575最大电流限制，反向电压应不不大于最大输入电压1.2倍。

5.2 隔离式DCDC转换电路设计方案
惯用隔离DC/DC转换重要分为三大类：

图5-4 常用隔离式开关电源分类
这里重要简介一种惯用单端反激式DC/DC变换电路，控制芯片采用惯用UC3842或UC3843。UC3842是高性能固定频率电流控制器，重要用于隔离AC/DC、DC/DC转换电路。其重要应用原理如下：

电路由主电路、控制电路、启动电路和反馈电路4 某些构成。主电路采用单端反激式拓扑，它是升降压斩波电路演变后加隔离变压器构成，该电路具备构造简朴， 效率高， 输入电压范畴宽等长处。
控制电路是整个开关电源核心，控制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 构成外部误差放大器，误差电压直接送到UC3842 1 脚。误差电压与电流比较器同相输入端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 定期元件， 决定UC3842 工作频率，.当UC3842 1 脚电压低于1 V 时，输出端将关闭；当3 脚上电压高于1 V 时，电流限幅电路将开始工作，UC3842 输出脉冲中断。开关管上波形浮现"打嗝"现象，从而可以实现过压、欠压、限流等保护功能。
此方案选取适当变压器及MOS管可以把功率做很大，与前面几种设计方案相比电路构造复杂，元器件参数拟定比较困难，开发成本较高，因而需要此方案时可以优先选取市面上比较便宜DC/DC隔离模块。
6、 总结
本文重要简介了稳压管稳压、线性（模仿）稳压、开关型稳压三种电路模式几种惯用设计方案。稳压管稳压电路不能做电源使用，只能用于没有功率规定芯片供电；线性稳压电路电路构造简朴，但由于转化效率低，因而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，但其局限性在电路构造相对复杂（特别是大功率电路），不利于小型化。因而在设计过程中，可依照实际需要选取适当设计方案。
李鹏伟
-04-11