DC-DC指直流轉直流電源(Direct Current)。是一種在直流電路中將一個電壓值的電能變為另一個電壓值得電能的裝置。如:通過一個轉換器能將一個直流電壓(5.0V)轉換成其他的直流電壓(1.5V或12.0V),我們稱這個轉換器為DC-DC轉換器,或稱之為開關電源或開關調整器。
一、DC-DC有三種常見的三種原理架構:
1、Buck(降壓型DC/DC轉換器)
2、Boost(升壓型DC/DC轉換器)
3、Buck-Boost(升降壓型DC/DC轉換器)
二、DC-DC轉換器一般由控制芯片,電感線圈,二極管,三極管,電容器構成。
1.DC/DC選型時首先應考慮輸入輸出電壓,輸出負載,效率,成本,封裝,開關頻率是否滿足應用,特殊的應用還需要考慮靜態功耗(如手持設備),待機功耗等等。
2.輸入電壓范圍 (Input Voltage)
考慮實際使用輸入的電壓波動范圍,對照DC/DC器件手冊推薦工作電壓范圍選用,確保不能超過器件規格。
3.輸出電壓(Vout)
輸出電壓是DC/DC很重要的參數,也是電子設備設計者選型時首先應考慮的參數。DC/DC有固定輸出電壓和可調輸出電壓兩種類型。
4.最大輸出電流 (Max Current)
持續的輸出電流能力是DC/DC器件一個重要的參數,選用時要參考此參數,并要保留一定的余量,DC/DC的輸出電流參數的選取需評估后級電路的瞬間峰值電流和發熱的情況,綜合來確定,并滿足降額要求(一般滿足80%降額,即若實際需要2A則至少應選擇2.5A及以上電流輸出能力的DCDC)。
5.紋波噪聲 (Ripple)
DC/DC器件開關動作以及對電感電容充放電,都會造成EMI(電磁輻射/干擾)和電源紋波較大問題。若DC/DC器件的紋波較大,會直接影響器件的轉換效率,影響系統工作不穩定,發熱量偏高,使整個系統的功耗偏大。
關于紋波能達到的指標取決于電源本身的設計,同時需要考慮電源系統帶負載的實際需求,即要關注輕載和重載紋波。電源每路輸出負載的紋波值與該路的電流值有關系,電源在輕載下紋波一般是不會超標的。DCDC電源紋波一般應該在200mV至50mV以下,滿載不能超過該范圍。
在實際使用中,大部分要求高的數字芯片為5%的紋波要求,小信號的模擬電路,對電源紋波要求非常高,一般要求在50mV甚至更低,此時可能需要考慮采用線性電源。
高速、高精度數據采集系統對精度和速度都有較高要求,對電源的紋波噪聲極其敏感,除要求電源的紋波噪聲小外,還需選用一些高精度、共模和電源抑制比大的運放來配合,電源的紋波噪聲一般都需控制在10mV以內。
6.開關頻率 (Switching Frequency)
DCDC一般有幾百K上M的工作頻率,開關頻率決定了外部電感的選型,頻率越大需要的電感值就相對小一些,節省電路板面積。外部電感越大,對紋波的抑制作用越好,缺點是不能快速的響應負載的變化。
7.效率 (Efficiency)
DC/DC器件具有較高的轉換效率,在大功率電源轉化中不會造成過大熱能損耗和散熱問題。同時要關注輕載和重載兩種情況,輕載會影響待機功率,重載會影響溫升。一般要能夠達到80%以上。
8.負載調整率 (Load Regulation)
電源負載的變化會引起電源輸出電壓的變化,負載增加,輸出電壓降低,相反負載減少,輸出電壓升高。好的電源負載變化引起的輸出變化較小,通常指標為3%–5%。負載調整率是衡量電源好壞的指標,好的電源輸出接負載時電壓降較小。
四、DC-DC的應用
DC-DC轉換器的使用有利于簡化電源電路設計,縮短研制周期,實現最佳指標等,被廣泛用于電力電子、軍工、科研、工控設備、通訊設備、儀器儀表、交換設備、接入設備、移動通訊、路由器等通信領域和工業控制、汽車電子、航空航天等領域。
具有可靠性高、系統升級容易等特點,電源模塊的應用越來越廣泛。此外,DC-DC轉換器還廣泛應用于手機、MP3、數碼相機、便攜式媒體播放器等產品中。在電路類型分類上屬于斬波電路。
其主要特點是效率高:與線性穩壓器的LDO相比較,效率高是DC-DC的顯著優勢。通常效率在70%以上,效率高的可達到95%以上。其次是適應電壓范圍寬。
審核編輯 黃宇
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