电源技术总结

1 / 45 电源技术总结 所谓稳压，就是通过对电源施加某种控制手段，使其输出的电压不受输入电压和负载变化以及环境温度的影响。具有稳压能力的电源叫做稳压电源。 以半波整流为例，经过富氏分解可知整流后获得的脉动直流除了直流成分外，还含有频率为 f、 2f, 3f的交流成分。我们将这些 脉动的交流成分称为纹波 (ripple，也称谐波 harmonic)。纹波分量越大 ,直流电源的稳定程度越 差 。 纹 2 / 45 波 系 数 忽略 4次以上高次谐波，半波整流电路的 纹波系数为 : 忽略 4次以上高次谐波，全波整流电路的 纹波系数 Y为 : 纹波系数 Y越小电源的质量越好。全波整流电 3 / 45 路获得的脉动直流的纹波系数要比半波整流时小 得多，因此，全波整流电路比半波整流电路获得的 直流电压的质量要好。 利用控制系统来进行调整的方法以稳定输出电压，这就是稳压。作为一种电器设备，稳压电源有 输出侧和输入侧两个方面的指标。 稳压电源输出侧的技术指标主要有 :稳压系数 ;电压稳定度 ;负载调整率 ;输出电压的纹波分量 (脉动系数 );输出电压的温度系数 ;负载持续率和最大负载能力等。其中稳压系数或电压稳定度、负载调整率、输出的纹波系数二项指标最为重要。 输入侧的技术指标： 谐波含量 ICE610003-3-2标准 4 / 45 串联电感滤波电路是靠电感器和电容器对各次谐波呈现阻抗特性的不同，利用分压原理实现滤波的。 串联电感滤波电路与并联电容滤波电路 的区别： 1)与并联电容滤波电路相比，串联电感滤 波电路输出电压比较低。 2)容许电压波动范围 对于单相离线式开关稳压 造成这种现象的本质原因在于滤波原理不同。并电源，要求能够在输入侧的交流电压从 85伏变化 联电容滤波电路是靠电容充、放电时间常数的不同到 265 伏时，电 实现滤波的。每个周期里，输出电压总是从脉动电源电压必须能够保证输出 额定的电压和电流。 压的峰值开始向下降落，其降落程度因放电时间常数不同而5 / 45 有所差异 (受负载变化影响 )，但其数值总 并联电容滤波电路是靠电容充、放电时间常数的 在脉动直流的峰 值附近。而串联电感滤波电路是靠 差异实现滤波目的的 (放电时间常数远远大于充电 对谐波成分的分压，使得大部分 V 皆波分量降落 时间常数 )。由于二极管只在极短的时间内导通， 在输出滤波电感之上实现对谐波的滤除。串联的电 因此通过二极管的电流 1d是周期性的脉冲，这个 感器相当于纹波源的一个数值较大的内阻，在输出脉冲电流的平均值等于通过负载的直流电 流 Idc。 端上基本上仅剩下脉动直流中的直流分量，其输出并联电容器滤波电路的纹波系数 6 / 45 的电压数值自然小于脉动直流的峰值。 (1)滤波电容越大，纹波系数越小。即输出的纹 2)串联电感滤波电路具有比较平坦的输出特性。 波电压越小。 由于电感对高频交变电流具有明显阻碍作用，而 (2)负载电流越大，输出纹波电压越大。 对直流没有任何一阻碍作用，输出端基本上是脉动 (3)当t=RlC一定，则交流电源的频率越高，输 直流中的直流分量，因此输出特性自然具有平坦的出的纹波越小。当给定纹波系数 Y 以后，可以用 硬特性了。而这一特点说明了串联电感滤波电路具下式计算出所需要的电容容量 : 有较强的负载能力，也正是这个原因，串联电感滤 7 / 45 波电路常用于需要较大输出电流的场合。并联电容 滤波虽然输 出电压较高，但是当负载较重时电容就会因为泄放了较多的电荷而产生比较大的电压卜全波整流经并联电容滤波电路后的直流输出电 降，即旱现出比串联电感滤波电路更软的输出特 压： 性。因此，并联电容滤波适应于负载较轻的应用场 合。 并联电容输出纹波系数： 电感值小到一定程度，输出特性将向电容滤波电路转化、变软。 临界电感就是使电感电流处于断续与连续的分 8 / 45 界点的电感值。由于脉动电流的数值取决于脉动电 并联电容总结： (1)滤波电容越大，纹波系 压和电感的大小而与负载无关，为使电感电流连续数越小。即输出的纹波电压越小。 就必须使直流分量大于脉动电流值。由此可以推断 :临界电感值与电路中的电流大小有关 (与负载的大 (2)负载电流越大，输出纹波电压越大。 小有关 )。由上述分析不难看出也可以这样定义临 (3)当 =RLC 一定，则交流电源的频率越 界电感 :为保持滤波电感电流连续的最小电感取 高，输出的纹波越小。当给定纹波系数 Y 以后， 值， 称为临界电感。 9 / 45 可以用下式计算出所需要的电容容量 : 由于感抗和频率呈正比，如果电路中的谐波频率很高，则很小的滤波电感就可以满足滤波需要，因此 我们还可以得出推论 :串联电感滤波电路的临界电感值与电路中的谐波频率有关。 串联电感滤波电路的纹波系数 按照临界电感的定义 :使直流电流分量与 谐波电流的峰值相等 (Ide=Im)时的电感值 就是临界电感 临界电感与负载电 阻有关 (成正比 )，与谐波频率有关 (成反比 )。 从滤波效果石依次为 : -L 型、串联电感型、 一 R 型和并联电容型。 10 / 45 Buck电路： 工作 过程分析 动态过程的第一个阶段，也是动态过程的初始阶段。这一阶段的特点是 :不论开关的状态如何，电容的充电电流由大变小，但电容的充电电流始终大于零。电容电压是在不断升高，输出电流也在不断增加。 动态过渡过程的第二阶段，也是后期阶段。这个阶段的特点是 :随着输出电压的不断升高感电流的增量在 逐渐变小，电容的充电电流由始终大于零变为时而大于零 (充电 )，小于零(放电 )，而总的趋势仍然是输出电压还在不断升高。 当一个开关周期内电容的充、放电电荷相等时电路就进入了稳态。这个阶段的特点是 :电容的充、放电电流在一个周期内的平均值等于零，输出电压的平均值保持不变，输出电压存在因电容充、放电 形成的脉动成分。 由上述分析可知 : 11 / 45 1)零初始条件下固定占空比工作时，变换器经历动态过程和稳态过程两大阶段。动态阶段的特点是电容电压逐渐升高，一个周期内电感电流的平均值大于负载电流，电容的充电电荷大于放电电荷 ;稳态阶段的特点是一个周期内电感电流的平均值等于负载电流值，电容的充 、放电电荷相等，输出电压平均值不变。 2)调节 .片空比 D可以改变输出电压的大小。 3)稳态时，输出电压的平均值虽然保持不变， 但输出电压存在因电容充放电引起的脉动。 4)电感电流私 电容电流均呈现脉动形状，在 开关闭合时电感电流和电容电流增加， 开关断开时电感电流和电容电流下降。 5)为了使变换器电路能具有由占空比 D来控制输出电压的能力，电路中必须接入一个基本负载 R。不论占空比多么小或怎样变化，一方面由于每个周期内所建立起来的电感电流将完全成为电容的充电电流。于是经过若干 12 / 45 个周期后电容电压的稳态值必然是 V;，不能实现对输出电压控制的目的。另一方面接入一个电阻就形成一个基本的负载电流，保证后边的串联电感滤波器工作在电流连续状 态，使输出具有可调节的平坦特性，这也和实际使用的情形一致。 电感电流连续时的情况 (CCM): 电感电流断续时的情况 (DCM) 基于前面的分析我们知道不论电感电流 是否断续，处于稳态时一个周期内电感电流的净变化量等于零。由于电感电流断续，电感电流仅在开关断开期间内的一部分时间里存在，因此电感电流的 负 增 量 13 / 45 为 : 2）滤波电感 根据上面的分析可知电感电流 IL 是周期性脉动，是一个锯齿波形状的脉动电流。点感的平 均值等于输出的负载电流Io，是指非理想的开关 管在开通时，开关管的电压不是立即下降到零，而是有一个下降时间，同时它的电流也不是立即上升到负载电流，也有一个上升时间。在这段时间内，开关管的电流和电压有一个交叠区，会产生损耗，这个损耗即为开通损耗。 五：并联 引起各个模块输出电流不平衡的根本原因是各个 模块的输出阻抗的不一致。 实际上即便是具有相同输出阻抗的模块， 14 / 45 在并联运行时也会因为各自输出端连线电阻的不 同引起输出电流产生差异，此时输出线路的电阻可 以等效看成是电源内阻的一部分。因此，一般而言 多模块并联 时各模块的输出电流是不会自动均衡 的。 均流原理：明当模块的输出阻抗不等时，为使输出 电流均衡，可以用适当增加高输出阻抗模块的输出 电压或者适当降低低输出阻抗模块的输出电压来 实现。 下垂特性调整法特点 : 1)无须任何外接联线 ，即可实现各模块并联运行。 15 / 45 2)仅需在内部增加电流反馈信号参与控制即可，系 统构成简单。 3)不受井联模块数量限制，容易实现 N+ 1兀余， 系统可靠性高。 4)属于有差控制，不能作到完全均流。 主从控制法的特点是 : 1)主模块 是系统的薄弱环节，主模块损坏则全部瘫 痪。 2)主、从模块之间必须通讯 (接收电流给定信号 ) 3)无法构成冗余系统。 4)构成的均流系统可以实现完全均衡。 16 / 45 闭环负反馈对传递函数的作用：负反馈对系统的传 递函数的确会产生影响，如果构成负反馈闭环系统 的开环传递函数 T(s)的增益足够大，则可以有效地 改变系统的传递函数，使输入电压到输出电压的传 递关系减弱了 1/1+T(s)倍，使输出阻抗降低了 1/1+T(s)倍，这种改变更加有利于克服输入电压 Vi 和负载电流 Io 变化对输出电压的影响；参考输入到输出的传递关系与前向通道各环节无关，而仅与系统反馈环节的增益 H(s)有关，两者之间相差 1/H(s)倍 当电 17 / 45 路中没有谐波成分时 ，功率因数的定义： 当电路中含有谐波成分时，功率因数的定义： 磁性材料特征参量主要有： 初始导磁率 ui 饱和磁感应强度 Bs 剩余磁感应强度 Br 娇顽磁力 Hc 居里温度 Tc 磁芯损耗 Pe 电感系数 AL 民主均流法 (最大电流跟踪法 ) 综上所述，民主均流法的特点是 : 1)不受井联模块数目限制，容易实现 N+ 1 冗余，获得高可靠性。 2)互联线少，实现比较方便。 3)属于有差均衡系统。 电源专业 2016年工作总结及 2016年工作思路 18 / 45 为了总结经验，提前理顺下一年的工作思路，现将电源专业2016年的工作进行简要总结，并对下一年的工作思路进行梳理如下： 一 2016 年工作总结： 2016年以来，电源专业主要做了以下几个方面的工作： 进一步提升电源设备的服务能力，保障通信设备的供电安全 1 2016年以来，我们分别在 31局新增加开关电源 2 套， 22局新增 1 套，使 31 局的直流系统容量提高 67%，由 9000A 提升到了 15000A,22 局提升了 50%，由 6000A 提升到 9000A。为临沂市成为山东第三业务节点的核心机房提供了足够的用电保障。 局和 22局的移动机房各新上 80KW机房专用空调一台，确保了移动通信设备大量增加情况下的制冷需求。 22局新上 1000KW发电机 1 台 ,彻底解决了行政大楼由于油机供电能力不足，引起的市电停电后部分楼层及食堂无法正常用电的请况 ,得到了领导的认可。 19 / 45 做好系统安全的改造工作 1一年以来，我们把部分乡镇支局的超期服役开关电源统一更换为新的 Emerson电源，消除了安全隐患，提高了设备安全性能。另外，由于新设备具有模块休眠功能，因此每台设备都能节能 15%以上，为节能降耗工作做出了贡献。 结合 31局两台变压器的实际运行效率 ,我们 在充分认证的情 况下，提出了对变压器交流负载进行调整的方案 ,并充分利用原有闲置资源，实现了系统自动控制，拆除超期服役的稳压器。方案汇报给领导 ,经同意后 ,在最炎热的夏天 ,进行了施工 ,将通信变压器的负荷由 97%降到 75%，大大提高了变压器的稳定性，消除了安全隐患。 由于 31 局的交流电流增加很大，原有的电源线已经出现较明显的温升现象，我们克服了施工中的种种困难，新增了两条 3*185 的电源线，大大提高了交流负载能力。 今年以来，我们结合 UPS 蓄电池，部分机房蓄电池老化，性能下降的情况，对部分蓄电池进行了调整更换。其中，更换20 / 45 了太平支局、 201 局各两组 2000AH 电池，更换了 22 局 7 楼UPS电池 2 组，调整了 31局六楼 UPS 电池 2组，共计 274块，进一步提高的蓄电池的备用能力，提升了系统的安全性。 进一步做好日常维护工作 日常维护工作的开展，是电源设备安全运行的前提。今年，我们进一步落实优化了日常维护项目。一年以来，我们对所有维护区域的地阻进行了测量，并对有问 题的 2处进行了整治，对所有连接点进行了紧固。春末至夏末期间，我们保证每周对所有维护的机房空调的外机清洗一遍，共计清洗空调600 多台次，为空调的正常运行创造了良好的条件，根据往年的经验估算，节省空调维修费保养费 2 万余元。 我们还增加了电池性能指标测试的频次。由于许多电池服役年限较长，性能稳定性不能保证，因此，我们在维护规程要求的基础上，进一步加大了测量频次，重点部位的电池要求每周测量一次，做到了 对电池性能心中有数。 做好人员培训工作，提高维护人员的维护能力 21 / 45 一年以来，我们在做好传帮带的基础上，组织了多次内部学习交流，将每位维护人员工作中的经验教训进行了总结、分析、分享 ，进一步提高了每位员工的专业知识水平，同时，我们更加重视员工动手操作能力的提升，使每位员工都能成为独挡一面的技术能手。 二 2016 年工作思路： 一、进一步加强电源设备的日常的维护 1、严格按照电源维护规程执行作业计划，做到包机责任明确、包机维护项目明确，确保电源基础维护管理工作 扎实到位。加强电源设备值班巡视，定期巡视，规范记录，结合 AAA达标要求，加强设备的规范化管理。明确巡视人员及其责任，发现隐患，及时处理、及时上报，进一步完善基础管理。 2、做好电源设备的资源管理工作，提高设备管理水平，进一步发挥在网设备的性能，向管理要效益。 3、及时检测、分析电源设 备的运行状况，变被动抢修为主动维护，预防事故和障碍的发生。 4、加大对超期服役电源设备的维护，缩短维护周期，定期22 / 45 进行设备的测试，发现问题及时处理。 二、积极做好工程建设及各种电源割接工作 1、上半年完成 31 局六楼、四楼 UPS 电池更换工作。 2、配合完成其他专业设备扩容所需电源方面工作。 3、完成南坊新局油机的安装调试工作。 4、完成所辖局所的发电机油箱的隔离工作。 5、积极联系建设部门，对现有机房非机房专用空调进行调整更换，更换商用空调 10台以上。将 29局交换机房海洛斯空调进行更换，提高运行稳定性。 6、根 据规程要求，对所有机房的统一接地进行改造，彻底解决地线级联问题。 7、进一步加强乡镇支局电源设备的维护力度，增密支局的巡视频次，完成支局高压接线的改造。 23 / 45 8、完成 31局 500KVA行政变压器的更换。 三、业务学习 组织维护人员加强对新技术的学习与研究，对设备已经有的先进的功能要充分利用，采用走出去、请进来等多种方式，加强人员理论及操作技能，提高电源设备的维护水平。 努力做好创新工作，争取在技术创新上，有新发展，新突破。 开关电源原理总结 站长编著 第一部分：功率电子器件 第一节：功率电子器件及其应用要求 功率电子器件大量被应用于电源、伺服驱动、变频器、电机保护器等功率电子设备。这些设备都是自动化系统中必不可少的，因此，我们了解它们是必要的。 24 / 45 近年来，随着应用日益高速发展的需求，推动了功率电子器件的制造工艺的研究和发展，功率电子器件有了飞跃性的进步。器件的类型朝多元化发展，性能也越来越改善。大致来讲，功率器件的发展，体现在如下方面： 1 器件能够快速恢复，以满足越来越高的速度需要。以开关电源为例，采用双极型 晶体管时，速度可以到几十千赫；使用 MOSFET 和 IGBT，可以到几百千赫；而采用了谐振技术的开关电源，则可以达到兆赫以上。 2 通态压降降低。这可以减少器件损耗，有利于提高速度，减小器件 体积。 3 电流控制能力增大。电流能力的增大和速度的提高是一对矛盾，目前最大电流控 制能力，特别是在 电力设备方面，还没有器件能完全替代可控硅。 25 / 45 4 额定电压：耐压高。耐压和电流都是体现驱动能力的重要参数，特别对电力系统， 这显得非常重要。 5 温度与功耗。这是一个综 合性的参数，它制约了电流能力、开关速度等能力的提 高。目前有两个方向解决这个问题，一是继续提高功率器件的品质，二是改进控制技术来降低器件功耗，比如谐振式开关电源。 总体来讲，从耐压、电流能力看，可控硅目前仍然是最高的，在某些特定场合，仍然要使用大电流、高耐压的可控硅。但一般的工业自动 化场合，功率电子器件已越来越多地使用MOSFET 和 IGBT，特别是 IGBT 获得了更多的使用，开始全面取代可控硅来做为新型的功率控制器件。 第二节：功率电子器件概览 一 整流二极管： 二极管是功率电子系统中不可或缺的器件，用于整流、续流26 / 45 等。目前比较多地使用如下三种选择： 1 高效快速恢复二极管。压降，适合小功率， 12V 左右电源。 2 高效超快速二极管。，适合小功率， 12V左右电源。 3 肖特基势垒整流二极管 SBD。，适合 5V 等低压电源。缺点是其电阻和耐压的平方成正比，所以耐压低，反向漏电流较大，易热击穿。但速度比较快，通态压降低。 目前 SBD 的研究前沿，已经超过 1 万伏。 二大功率晶体管 GTR 分为： 单管形式。电流系数： 10-30。 双管形式 达林顿管。电流倍数： 100-1000。饱和压降大，速度慢。下图虚线部分 即是达林顿管。 图 1-1：达林顿管应用 实际比较常用的是达林顿模块，它把 GTR、续流二极管、辅助电路做到一个模块内。在较早期的功率电子设备中，比较多地使用了这种器件。图 1-2是这种器件的内部典型结构。 27 / 45 图 1-2：达林顿模块电路典型结构 两个二极管左侧是加速二极管，右侧为续流二极管。加速二极管的原理是引进了电流串联正反馈，达到加速的目的。 这种器件的制造水平是 1800V/800A/2KHz、 600V/3A/100KHz左右。 三 可控硅 SCR 可控硅在大电流、高耐压场合还是必须的，但在常规工业控制的低压、中小电流控制中，已逐步被新型器件取代。 目前的研制水平在 12KV/8000A 左右。 由于可控硅换流电路复杂，逐步开发了门极关断晶闸管 GTO。制造水平达到8KV/8KA，频率为 1KHz左右。 无论是 SCR 还是 GTO，控制电路都过于复杂，特别是需要庞大的吸收电路。而且，速度低，因此限制了它的应用范围拓宽。 集成门极换流晶闸管 IGCT 和 MOS 关断晶闸管之类的器件在控制门极前使用了 MOS栅，从而达到硬关断能力。 四 功28 / 45 率 MOSFET 又叫功率场效应管或者功率场控晶体管。 其特点是驱动功率小，速度高，安全工作区宽。但高压时，导通电阻与电压的平方成正比，因而提高耐压和降低高压阻抗困难。 适合低压 100V以下，是比较理想的器件。 目前的研制水平在 1000V/65A 左右。商业化的产品达到60V/200A/2MHz、 500V/50A/100KHz。是目前速度最快的功率器件。 五 IGBT 又叫绝缘栅双极型晶体管。 这种器件的特点是集 MOSFET 与 GTR 的优点于一身。输入阻抗高，速度快，热稳定性好。通态电压低，耐压高，电流大。 目前这种器件的两个方向：一是朝大功率，二是朝高速度发展。大功率 IGBT模块达到 1200-1800A/1800-3300V 的水平。速度在中等电压区域，可达到 150-180KHz。 29 / 45 它的电流密度比 MOSFET 大，芯片面积只有 MOSFET 的 40%。但速度比 MOSFET低。 尽管电力电子器件发展过程远比我们现在描述的复杂，但是MOSFET 和 IGBT，特别是 IGBT 已经成为现代功率电子器件的主流。因此，我 们下面的重点也是这两种器件。 第三节：功率场效应管 MOSFET 功率场效应管又叫功率场控晶体管。 一原理： 半导体结构分析略。本讲义附加了相关资料，供感兴趣的同事可以查阅。 实际上，功率场效应管也分结型、绝缘栅型。但通常指后者中的 MOS 管，即 MOSFET。 它又分为 N沟道、 P 沟道两种。器件符号如下： N 沟道 P沟道 图 1-3： MOSFET的图形符号 MOS器件的电极分别为栅极 G、漏极 D、源极 S。 和普通 MOS30 / 45 管一样，它也有： 耗尽型：栅极电压为零时，即存在导电沟道。无论 VGS正负都起控制作用。 增强型：需要正偏置栅极电压，才生成导电沟道。达到饱和前， VGS正偏越大， IDS 越大。 一般使用的功率 MOSFET 多数是 N 沟道增强型。而且不同于一般小功率 MOS管的横向导电结构，使用了 垂直导电结构，从而提高了耐压、电流能力，因此又叫 VMOSFET。 二特点： 这种器件的特点是输入绝缘电阻大，栅极电流基本为零。 驱动功率小，速度高，安全工作区宽。但高压时，导通电阻与电压的平方成正比，因而提高耐压和降低高压阻抗困难。 适合低压 100V以下，是比较理想的器件。 目前的研制水平在 1000V/65A 左右。 31 / 45 其速度可以达到几百 KHz，使用谐振技术可以达到兆级。 三参数与器件特性： 无载流子注入，速度取决于器件的电容充放电时间，与工作温度关 系不大，故热稳定性好。 转移特性： ID随 UGS变化的曲线，成为转移特性。从下图可以看到，随着 UGS的上升，跨导将越来越高。 IDUGS 图 1-4： MOSFET的转移特性 输出特性： 输出特性反应了漏极电流随 VDS变化的规律。 这个特性和 VGS又有关联。下图反映了这种规律。 图中，爬坡段是非饱和区，水平段为饱和区，靠近横轴附近为截止区，这点和 GTR 32 / 45 图 1-5： MOSFET的输出特性 VGS=0时的饱和电流称为饱和漏电流 IDSS。 通态电阻 Ron： 通态电阻是器件的一个重要参数，决定了电路输出电压幅度和损耗。 该参数随温度上升线性增加。而且 VGS 增加，通态电阻减小。 跨导： MOSFET 的增益特性称为跨导。定义为： Gfs=ID/VGS 显然，这个数值越大越好，它反映了管子的栅极控制能力。 栅极阈值电压 栅极阈值电压 VGS是指开始有规定的漏极电流时的最低栅极电压。它具有负温度系数，结温每增加 45 度，阈值电压下降 10%。 电容 MOSFET 的一个明显特点是三个极间存在比较明显的寄生电容，这些电容对开关速度有一定影响。偏置电压高时，电容效应也加大，因此对高压电子系统会有一定影响。 有些资料给出栅极电荷特性图，可以用于估算电容的影响。33 / 45 以栅源极为例，其特性如下： 可以看到：器件开通延迟时间内，电 荷积聚较慢。随着电压增加，电荷快速上升，对应着管子开通时间。最后，当电压增加到一定程度后，电荷增加再次变慢，此时管子已经导通。 综述 用于低功耗上，价格比 DCDC 便宜，因为 DCDC 的效率高，由于是开关型，要用外部电感电容充放电，带来的噪声比较大，DC-DC 转换器的优点是效率高、可以输出大电流、静态电流小，用电感转换效率更高，但电感带来的 EMI更大。 综述 . 1 一： DCDC 与 LDO 的区别 .34 / 45 . 2 1. 请问 LDO 和 DC-DC 器件的区别原理 . 2 .LDO 和 DCDC 原理的不同？ . 2 与 DC/DC 相比 : . 2 2. 为何 LDO 噪 音 小 ， 静 态 电 流小： . 3 对 DCDC 和 LDO 的选择 . 4 35 / 45 一： DCDC与 LDO的区别 .LDO 和 DCDC 原理的不同？ LDO 是一种线性稳压器。线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或 FET，从输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。 DC-DC 既可以降压也可以升压， Step-up 或 Boost 类型的为升压 DCDC， Bulk 或 Step-down 类 型的为降压 DCDC LDO 中文称为低压差线性稳压器。实际上是一种降压型DC/DC 转换器，是通过负反馈调节输出电流使输出电压保持不变。特点是功耗低，占用 PCB 面积小，输出电压纹波相对与下面说 DC/DC较小。 开关频率的提高， DC/DC 一般都广泛使用了软开关技术来降低功耗和纹波， 但控制上比 LDO 要复杂。而且 PCB 占用面积也比较大，因为外接的滤波电感是无法做的 MODULE 里面去的，必须另外加。而 LDO 输出不电感来起到稳定电流的作用。 LDO 就是简化了 DC/DC。其应用 主要是在低功耗的一些36 / 45 领域，如手机等。其输入电压范围也不宽，输出负载范围也要差些。 与 DC/DC 相比 : 首先从效率上说 ,DC/DC 的效率普遍要远高于 LDO,这是其工作原理决定的 . 其次 ,DC/DC 有 Boost,Buck,Boost/Buck.而LDO 只有降压型 . 再次 ,也是很重要的一点 ,DC/DC 因为其开关频率的原因导致其电源噪声很大 ,远比 LDO 大的多 ,大家可以关注 PSRR 这个参数 .所以当考虑到比较敏感的模拟电路时候 ,有可能就要牺牲效率为保证电源的纯净而选择 LDO. 还 有 ,通常 LDO 所需要的外围器件简单 ,占面积小 ,而 DC/DC 一般都会要求电感 ,二极管 ,大电 容 ,有的还会要 MOSFET,特别是 Boost 电路 ,需要考 虑电感的最大工 作电流 ,二极管的反向恢复时间 ,大电容的 ESR 等等 ,所以从外围器件的选择来说比 LDO 复杂 ,而且占面积也相应的会大很多 . 37 / 45 DCDC 的意思是直流变直流，只要符合这个定义都可以叫DCDC 转换器，包括 LDO。但是一般的说法是把直流变直流由开关方式实现的器件叫 DCDC。 LDO 是低压降的意思，这有一段说明：低压降线性稳压器的成本低，噪音低，静态电流小，这些是它的突出优点。它需要的外接元件也很少，通常 只需要一两 个旁路电容。新的 LDO 线性稳压器可达到以下指标：输出噪声 30V ， PSRR 为 60dB，静态电流 6A ，电压降只有 100mV。 LDO 线性稳压器的性 能之所以能够达到这个水平，主要原因在于其中的调整管是用 P 沟道 MOSFET 如果输入电压和输出电压很接近，最好是选用 LDO 稳压器，可达到很高的效率。所以，在把锂离子电池电压转换为 3V 输出电压的应用中大多选用 LDO 稳压器。虽说电池 的能量最後有百分之十是没有使用， LDO 稳压器仍然能够保证电池的工作时间较长，同时噪音较低。 如果输入电压和输出电压不是很接近，就要考虑用开关型的DCDC 了，应为从上面的原理可以知道， LDO 的输入电流基本上是等于输出电流的，如果压降太大，耗在 LDO 上能太大，效率不高。 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。随著 集成度的提高，许多新型 DC- DC 转换器38 / 45 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。 近几年来，随著半导体技术的发 展，表面贴装的电感器、电容器、以及高集成度的电源控制芯片的成本不断降低，体积越来越小。由於出现了导通电阻很小的 MOSFET 可以输出很大功率，因而 不需要外部的大功率 FET。例如对于 3V 的输入电压，利用芯片上的 NFET 可以得到 5V/2A 的输出。其次，对于中小功率的应用，可以使用成本低小型封 装。另外，如果开关频率提高到 1MHz，还能够降低成本、可以使用尺寸较小的电感器和电容器。有些新器件还增加许多新功能，如软启动、限流、 PFM 或者 PWM 方式选择等。 对 DCDC和 LDO的选择 总的来说，升压是一定要选 DCDC 的，降压，是选择 DCDC 还是 LDO，要在成本，效率，噪声和性能上比较。一般要求效率的时候使用 DC-DC,但 DC-DC 引起的干扰也比较大像音频， RF 等对纹波敏感的地方就要用 LDODC-DC 产品包括了LDO， ChargePumptching Regulator 等一系列产品。 DC-DC 只不过是这类产品的一个总括。 LDO 是阻电源产品，通过内部MOSFET 的开关，只能进行降压输出，输出电 压一定比输入39 / 45 电压要低。 LDO 的 dropout voltage 取决于内部 MOS 管的Rds(on)和输出电流的乘积。 LDO 的效率一般为输出电压 /输入电压。也就是，如果说输出电压 V，输入电压为 V 时，理论上它的效率只有 50%。在手机或便携式应用中，如果在对效率要求不高，或者输出电流不大的情况下，使用 LDO。如果说对效率要求较高，以及对输 出电流要求比较大时，请选用合适的 DC-DC 产品。 在这里我介绍另外两种 DC-DC 产品。一种为电荷泵，一种为电感储能 DC-DC 转换器。电荷泵为容性储能 DC-DC 产品，可以进行升压，也可以作为降压使用，还可以进行反压输出。它是通过外部一 个快速充电电容，内部以一定的频率进开关，对电容进行充电，并且和输入电压一起，进行升压转换。最后以恒压输出。但是，电荷泵的效率 是根据电荷泵的升压模式，输入电压和输出电压所决定，如果是以 2 倍压模式进行升压，那么它的效率为 Vout/2Vin。输入电压越小，效率越高。电感储能式转换器也可以进行升压或者降压变换，以及升降压，反 压等。它是通过电感不断的储能 /放电，最后达到稳定电压 /电流输出的转换器。因为芯片的开关 频率以及电感值的选择范围比较大，以及输出电压 /电流可调。它的效率公式为 VoutIout/VinIin 。在实际应用中，效率最高的 DC-DC 产品 为电感储能式转换器，高达 96%以上。40 / 45 但是，电感的储能 /放电对电路 EMI 等造成的影响很大，所以，选择合适的电感和合适的布线对于电路的性能是至关重要 的。如 果输出电压低最好不要用 ldo，会因为工作效率低，可能导致散热不好，器件发烫。用 dcdc 可能会引入开关噪声，所以布线时一定要注意。另，价格上，使用 dcdc 大概是 ldo 的两三倍，差不多要 3 毛美金左右一个。 LDO 一般用在可以输入与输出压差比较小的场合，也就是一个效率的问题，而手机上主芯片所用的 CORE，和 VDIGITAL，常用的都是 DC/DC，基于功耗考虑， 1。 2 毫安电流对于待机时间长短也影响及其大， 而且 DC/DC 所选配套外围电路元件较多，考虑因数较的多，例如线圈的最大电流大小， DCR，尺寸大小等 LDO、线性电源，效率较低，受发热，体积的限制功率一般不是很大，但电源输出纹波小没有高频噪声。 DC/DC 就是直流变换器。一般只能作成开关电源，即可降压也可升压，原副边是隔离的，效率要高于 LDO。其基本的电路有 BUCK， BOOST， CUK。其扩展的拓扑有反激，正激，半桥，全桥等。 LDO 难点更在于静态功耗做到很低。 DCDC 的难点在于效率如何更有效的提高。 LDO 是线性稳压器件 .只能用做降压 .能量消耗是以电阻上的热能散发的 .如果输入输出电压差别不大 .还是推荐用 ldo 的 .DC-Dc 可以升压也可以降压 .转换效率比较高 .41 / 45 成本也贵点 .抗干扰能力强 .缺点就是噪声比较大 .适合大电流输出 . 常见的入摄像头散光灯的驱动 毕 业 设 计 总 结 学生专业：自动化 学生班级：自动化 09-2 学生姓名： 学生学号： 2016021870 指导教师： 毕业设计总结 从 2016年 11月开始，经过了两个月的奋战，我的毕业设计终于圆满完成。我认为有必要写一下这两个月毕业设计总结，这对我自己来说，即是一个总结，也是一个提醒。因为毕业论文的完成，既为大学四年划上了一个完美的句号，也为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫 42 / 45 在大学的学习过程中，毕业设计是一个重要的环节，是我们步入社会参与实际项目的规划建设的一次极好的演示。也是四年大学学习的总结和提高自身能力的好机会。和做科研开发工作一样，要有严谨求实的科学态度。毕业设计有一定的学术价值和实用价值，能反映出作者所具有的专业基础知识和分析解决