搞嵌入式的工程師們往往把單片機(jī)、ARM、DSP、FPGA搞的得心應(yīng)手，而一旦進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，到了給電源系統(tǒng)供電，雖然也能讓其精心設(shè)計的程序運(yùn)行起來，但對于新手來說，有時可能效率低下，往往還有供電電流不足或過大引起這樣那樣的問題，本文十大金律輕松搞定DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計。

  
第一條、搞懂DC/DC電源怎么回事
   
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)的電壓變換過程稱為DC/DC轉(zhuǎn)換。常見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5V 15V，數(shù)字電路常用3.3V等，現(xiàn)在的FPGA、DSP還用2V以下的電壓，諸如1.8V、1.5V、1.2V等。在通信系統(tǒng)中也稱二次電源，它是由一次電源或直流電池組提供一個直流輸入電壓，經(jīng)DC/DC變換以后在輸出端獲一個或幾個直流電壓。
   
第二條、需要知道的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開關(guān)型穩(wěn)壓電路
   
第三條、最簡單的 穩(wěn)壓管電路設(shè)計方案
   
穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路電路結(jié)構(gòu)簡單，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，其電路簡圖如圖(1)所示，

   
選擇穩(wěn)壓管時一般可按下述式子估算： (1) Uz=Vout; (2)Izmax=(1.5-3)ILmax (3)Vin=(2-3)Vout 這種電路結(jié)構(gòu)簡單，可以抑制輸入電壓的擾動，但由于受到穩(wěn)壓管最大工作電流限制，同時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)載電流小，要求不高的場合，該電路常用作對供電電壓要求不高的芯片供電。
   
第四條、基準(zhǔn)電壓源芯片穩(wěn)壓電路
   
穩(wěn)壓電路的另一種形式，有些芯片對供電電壓要求比較高，例如AD DA芯片的基準(zhǔn)電壓等，這時常用的一些電壓基準(zhǔn)芯片如TL431、 MC1403 ,REF02等。TL431是最常用基準(zhǔn)源芯片，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。最常用的電路應(yīng)用如下圖示，此時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，Vo=5V。

   
其他的幾個基準(zhǔn)電壓源芯片電路類似。
   
第五條、串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的電路認(rèn)識
   
串聯(lián)型穩(wěn)壓電路屬直流穩(wěn)壓電源中的一種，其實(shí)是在三端穩(wěn)壓器出現(xiàn)之前比較常用的直流供電方法，在三端穩(wěn)壓器出現(xiàn)之前，串聯(lián)穩(wěn)壓器通常有OP放大器和穩(wěn)壓二極管構(gòu)成誤差檢測電路，如下圖，該電路中，OP放大器的反向輸入端子與輸出電壓的檢測信號相連，正向輸入端子與基準(zhǔn)電壓Vref相連，Vs=Vout*R2/(R1+R2).由于放大信號ΔVs為負(fù)值，控制晶體管的基級電壓下降，因此輸出電壓減小在正常情況下，必有Vref=Vs=Vout*R2/(R1+R2)，調(diào)整R1，R2之比可設(shè)定所需要的輸出電壓值。
   
圖中所示只是這也是三端穩(wěn)壓器的基本原理，其實(shí)負(fù)載大小可以可以把三極管換成達(dá)林頓管等等，這種串聯(lián)型穩(wěn)壓電路做組成的直流穩(wěn)壓電源處理不當(dāng)，極易產(chǎn)生振蕩。現(xiàn)在沒有一定模擬功底的工程師，一般現(xiàn)在不用這種方法，而是直接采用集成的三端穩(wěn)壓電路，進(jìn)行DC/DC轉(zhuǎn)換電路的使用。

   
第六條、 線性(模擬)集成穩(wěn)壓電路常用設(shè)計方案
   
線性穩(wěn)壓電路設(shè)計方案主要以三端集成穩(wěn)壓器為主。三端穩(wěn)壓器，主要有兩種：
   
一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器，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中的后面兩個數(shù)字代表，有5V，6V，8V，9V，12V，15V，18V，24V等檔次。輸出電流以78(或79)后面加字母來區(qū)分。L表示0.1A,M表示0.5A，無字母表示1.5A，如78L05表求5V 0.1A。
   
另一種輸出電壓是可調(diào)的線性穩(wěn)壓電路，稱為可調(diào)輸出三端穩(wěn)壓器，這類芯片代表是是LM317(正輸出)和LM337(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)壓器只有三個引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能穩(wěn)定，價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。
   
第七條 、DCDC轉(zhuǎn)換開關(guān)型穩(wěn)壓電路設(shè)計方案
   
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，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很大，一般只有2-3W，這種設(shè)計方案僅適合于小功率電源電路。
   
采用開關(guān)電源芯片設(shè)計的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關(guān)電源與隔離式的開關(guān)電源電路。
   
DCDC轉(zhuǎn)換開關(guān)型穩(wěn)壓電路設(shè)計方案，采用開關(guān)電源芯片設(shè)計的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關(guān)電源與隔離式的開關(guān)電源電路。當(dāng)然開關(guān)電源基本的拓?fù)浒ń祲盒汀⑸龎盒汀⑸祲盒图胺醇ぁ⒄ぁ蚴阶兓鹊取?br />    

非隔離式DCDC開關(guān)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計方案。