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DC/DC转换器

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DC/DC转换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。DC/DC转换器分为三类:升压型DC/DC转换器、降压型DC/DC转换器以及升降压型DC/DC转换器。根据需求可采用三类控制。PWM控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声。PFM控制型即使长时间使用,尤其小负载时具有耗电小的优点。PWM/PFM转换型小负载时实行PFM控制,且在重负载时自动转换到PWM控制。

DC/DC变换器的概述

  •   DC/DC转换器广泛应用于远程及数据通讯、计算机、办公自动化设备、工业仪器仪表、军事、航天等领域,涉及到国民经济的各行各业。进入20世纪90年代,DC/DC转换器在低功率范围内的增长率大幅度提高,其中6W~25WDC/DC转换器的增长率最高,这是因为它们大量用于直流测量和测试设备、计算机显示系统、计算机和军事通讯系统。由于微处理器的高速化,DC/DC转换器由低功率向中功率方向发展是必然的趋势,所以251W~750W的DC/DC转换器的增长率也是较快的,这主要是它用于服务性的医疗和实验设备、工业控制设备、远程通讯设备、多路通信及发送设备,DC/DC转换器在远程和数字通讯领域有着广阔的应用前景。

      DC/DC转换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁、列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制具有加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约20%~30%的电能。直流斩波器不仅能起到调压的作用(开关电源),同时还能起到有效抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

        

DC/DC转换器的结构和特点

  •   DC/DC转换器或称之为开关电源或开关调整器。DC/DC转换器一般由控制芯片,电感线圈,二极管,三极管,电容器构成。DC-DC转换器包括升压、降压、升/降压和反相等电路。DC-DC转换器的优点是效率高、可以输出大电流、静态电流小。随着集成度的提高,许多新型DC-DC转换器仅需要几只外接电感器和滤波电容器。但是,这类电源控制器的输出脉动和开关噪音较大、成本相对较高。

DC/DC转换器的原理

  • 电感降压式DC/DC变换器原理框图  

    电感降压式DC/DC转换器原理框图

      图中,VIN为输入电压,VOUT为输出电压,L为储能电感,VD为续流二极管二极管,C为滤波电容滤波电容,R1、R2为分压电阻电阻,经分压后产生误差反馈信号FB(MOSET),也可采用P沟道场效应管,当然也可用NPN型晶体管晶一般采用P沟道场效应管居多。

      降压式DC/DC转换器的基本工作原理是:V开关管在控制电路的控制下工作在开关状态。开关管导通时,FIN电压经开关管S、D极、储能电感L和电容C构成回路,充电电流不但在C两端建立直流电压,而且在储能电感L上产生左正、右负的电动势;开关管截止期间,由于储能电感L中的电流不能突变,所以,L通过自感产生右正、左负的脉冲电压。于是,L右端正的电压→滤波电容C一续流二极管VD→L左端构成放电回路,放电电流继续在C两端建立直流电压,C两端获得的直流电压为负载供电。因此,降压式DC/DC转换器产生的输出电压不但波纹小,且开关管的反峰电压低。

DC/DC转换器选型建议

  •   1. 根据需要选择适当的产品

      在选择产品之前要明确知道自己的切实需求,否则选用的产品不能充分体现其使用价值,实际上是增加了设计和材料成本。

      2. 选型必须符合电源的发展趋势

      最好是选用符合电源发展趋势的产品,这种转换器一般更能符合用户的需求,同时为一种模块多个用途打下良好的基础;另外该类转换器技术应比较成熟、可靠性高、价格相对合理、货源比较充足,产品生命周期也比较长。如果选择非主流产品,以后在采购、生产和维护中会出现一系列的问题,会影响系统的可靠性和竞争力。

      3. 新系列的选型必须慎重,应兼顾标准封装和可靠性问题

      转换器的可靠性总是处于第一位的,在新系列选型时要对转换器的可靠性进行充分论证和测试,可靠性不能保证的产品即使价格再低也是不值得考虑的。另外还应该考虑转换器的封装和功能是否是兼容的,如果该转换器封装和功能很特殊,没有其它品牌的产品与之兼容,使用这种转换器会遭受独家垄断所带来的一切负面影响。

      4. 设计合适的应用电路

      充分发挥转换器的性能需要合适的应用电路,没有应用电路的转换器是不能真正满足用户的使用要求。另外应用电路也要考虑不同品牌转换器的使用情况,最好是一套应用电路能够满足不同品牌同类转换器的使用要求。在电源板的设计中,如果电源板设计人员在设计中针对特殊的转换器进行设计,设计定型进行批量生产或更换另一种转换器时,往往会造成各个批次之间的偶发故障或故障隐患。为了避免设计更改,往往在特定的单板上指定特殊的模块,这样对转换器的兼容性设置了一定的障碍。因此对电源板设计时应该尽量采用通用和规范设计。

DC/DC转换器的发展趋势

  •   1. 降低热阻,改善散热。

      2.采用混合集成技术。

      3. 采用扁平变压器和磁集成技术。

      4.采用高频化、软开关和低压输出等技术。

      5.DC/DC控制器向数字多相发展。

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