（文章來源：貿(mào)澤電子）

當Allesandro Volta用銅和鋅盤以及浸有鹽水的紙板制成電池時，當時只是一個新奇的產(chǎn)品，而這種低功率直流電（DC）實際應用卻很少。隨著對于電力有了更深入的理解，人們發(fā)現(xiàn)旋轉磁鐵可以在電線中感應出交流電流（AC），隨之而來就打開了發(fā)電的世界。 交流電適用于照明、加熱和驅動電機，并且通過使用變壓器，其電壓可以升高和降低。

后來DC開始得到一些應用。與AC不同的是，DC的電荷可以存儲在電池或電容器中。例如，曾經(jīng)用這些儲存的電荷為第一部電話供電，后來的電話設計才可以通過線路獲取電力。如果您想要特定的直流電壓，可以將電池串聯(lián)起來。如果您確實需要高功率直流電，可以在其間使用具備機械傳動裝置的直流電動機－發(fā)電機組，從而可以產(chǎn)生不同的電壓。

隨著新電子產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，需要不同的直流電平，例如真空管的150V，工程師們也開始考慮如何能夠上下轉換直流電壓，DC－DC轉換器的概念由此誕生。當今的DC－DC轉換器應用分為不同類別：隔離式和非隔離式，升壓和降壓型或兼而有之的升降壓型。市場也可提供具備特定功率水平和功能的模塊，其中許多已成為一般“商用”部件。

讓我們首先定義“隔離”的含義：如果在輸入和輸出之間存在電氣連接（通常是接地），則該部件是非隔離式。隔離部件有一個內部變壓器，在輸入和輸出之間以磁性方式傳遞能量，因此輸出可以相對于輸入“浮動”。我們稍后會考慮隔離等級。還有其他種類的穩(wěn)壓器，如可以產(chǎn)生負輸出電壓（降壓升壓）和可以產(chǎn)生高于或低于正輸入電壓輸出的“SEPIC”電路。這在電池供電應用中非常有用，其中的負載電壓在電池放電時需要保持恒定。

模塊化升壓轉換器不太常見，這里的一個例子是來自GE Critical Power的ABXS002A3X41－SRZ，它能夠將8～16V輸入轉換為16～34V輸出，輸出電流為2．3A，模塊尺寸為27．9 x 11．4mm。

非隔離式DC－DC轉換器通常被稱為“負載點（PoL）”轉換器，因為它們可以直接用于處理器或FPGA的典型負載上，以便使負載電壓盡可能精確。最復雜的類型具有數(shù)字控制等許多特性，因此性能可以“運行中（on the fly）”調整，以適應負載條件變化，通常可使用標準協(xié)議（如PMBusTM）的I2C線路進行設置。電壓穩(wěn)壓器模塊（VRM）是一種能夠滿足IC制造商特定要求的特殊類型PoL，例如來自Intel的類似產(chǎn)品。

由于各種不同的原因，可能都需要隔離。通常可以方便地將輸入和輸出接地分開，以便使電流路徑分離，而不會相互作用。一個常見的應用是為RS485接口供電電路，用于驅動器的隔離電源軌能夠阻止在主機接地和連接設備之間的電流流動。

具有“浮動”輸出還能使負載接地點連接到任意一個DC－DC輸出終端，例如，通過將正輸出連接到地，可以將浮動12V配置為－12V。同樣，12V可以“疊加（stacked）”在另一個電壓上，比如輸入12V，以提供24伏的總電壓，這可能對小型電機驅動很有用。通過變壓器的功率耦合也可以提供一定程度的抗EMI性能，特別是針對本地接地線上產(chǎn)生的共模噪聲。

進行隔離的一個重要原因通常是安全需要。您可能認為，如果一個DC－DC轉換器有較低的輸入和輸出電壓，安全不是問題。然而，DC－DC中的隔離層通常被用作更廣泛隔離系統(tǒng)的一部分，以實現(xiàn)整體安全額定值。一個極端的例子是醫(yī)療市場的“病人連接”應用，在這種應用中，DC－DC轉換器必須針對最高系統(tǒng)電壓（可能為230VAC）具備完全的醫(yī)療級額定隔離。其中的原因是，與患者相連的其他設備可能因為這種施加的危險電壓而失效。DC－DC可以使危險的電流通過“未指定的連接路徑”流回原設備，因此它必須具有高等級的隔離。

在適當?shù)南到y(tǒng)電壓下，能夠適合這種醫(yī)療應用規(guī)范的DC－DC轉換器應該注明具有兩個 “患者保護措施（MOPPS）”，如來自Traco Power的THM 30WI 系列。

許多DC－DC轉換器的宣傳資料把一個隔離額定值簡單地叫做一個電壓值，例如3kVDC，用戶應特別小心，因為這只是工廠的“測試”電壓，雖然這是一個衡量隔離堅固性的指標，除非特定的安全機構將其隔離等級限定為“基本”、“加強”或醫(yī)療“保護措施”等級別，否則不應將DC－DC轉換器用于安全隔離系統(tǒng)。即使引用了“EN60950加強型”等標準，也必須指定系統(tǒng)電壓，30VAC系統(tǒng)電壓時的加強型如果用在230VAC系統(tǒng)中作為安全屏障將毫無價值。

隔離式DC－DC轉換器有多種形式，最簡單的低功率型通常沒有調節(jié)，只是“比例式”轉換器，即輸出隨輸入成比例變化。這些部件成本低，可用于為接口或模擬電路提供“點（spot）”電壓。不過，由于它們的空載輸出電壓可能遠高于額定值，因此通常具有最低負載要求。這些部件在額定負載下效率很高，但在輕載時效率要低很多，甚至可能低于50％。經(jīng)過精心設計，這些類型DC－DC轉換器可以提供高性能和良好的機構額定隔離值，如Murata 公司的2W表面貼裝NXJ2系列。

具有主動調節(jié)功能的DC－DC轉換器可以承受輸入和負載的變化，同時保持嚴格的輸出電壓調節(jié)。2：1的輸入變化曾經(jīng)是一個標準，如18－36V，但現(xiàn)在的元器件可用于更廣泛的5：1輸入，甚至更大，如來自BEL Power的CM1901－9RG，該產(chǎn)品適用于具有極端輸入下降和浪涌的電源軌應用。

（責任編輯：fqj）