常用DCDC电源电路方案设计

1、.常用DC /DC电源电路设计方案分析1、 DC/DC电源电路简介DC/DC电源电路又称为DC/DC转换电路，其主要功能就是进行输入输出电压转换。一般我们把输入电源电压在72V以内的电压变换过程称为DC/DC转换。常见的电源主要分为车载与通讯系列和通用工业与消费系列，前者的使用的电压一般为48V、36V、24V等，后者使用的电源电压一般在24V以下。不同应用领域规律不同，如PC中常用的是12V、5V、3.3V，模拟电路电源常用5V 15V，数字电路常用3.3V等。结合到本公司产品，这里主要总结24V以下的DC/DC电源电路常用的设计方案。2、 DC/DC转换电路分类DC/DC转换电路主要分为以

2、下三大类：（1） 稳压管稳压电路。（2） 线性 (模拟）稳压电路。（3） 开关型稳压电路 3、 稳压管稳压电路设计方案 稳压管稳压电路电路结构简单，但是带负载能力差，输出功率小，一般只为芯片提供基准电压，不做电源使用。比较常用的是并联型稳压电路，其电路简图如图(1)所示， 选择稳压管时一般可按下述式子估算：(1) Uz=Vout; (2)Izmax=(1.5-3)ILmax (3)Vin=(2-3)Vout这种电路结构简单，可以抑制输入电压的扰动，但由于受到稳压管最大工作电流限制，同时输出电压又不能任意调节，因此该电路适应于输出电压不需调节，负载电流小，要求不高的场合，该电路常用作对供电电压要

3、求不高的芯片供电。有些芯片对供电电压要求比较高，例如AD DA芯片的基准电压等，这时候可以采用常用的一些电压基准芯片如MC1403 ,REF02,TL431等。这里主要介绍TL431、REF02的应用方案。3.1 TL431常用电路设计方案TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2，参考电压源误差1%,输出电流为1.0-100mA。最常用的电路应用如下图3-1所示，TL431的内部含有一个2.5V的基准电压，所以当在REF端引入输出反馈时，器件可以通过从阴极到阳极

4、很宽范围的分流，控制输出电压。如图3-1所示的电路，当R1和R2的阻值确定时，两者对Vo的分压引入反馈，若V o增大，反馈量增大，TL431的分流也就增加，从而又导致Vo下降。显然，这个深度的负反馈电路必然在VI等于基准电压处稳定，此时Vo=(1+R1/R2)Vref。选择不同的R1和R2的值可以得到从2.5V到36V范围内的任意电压输出，特别地，当R1=R2时，Vo=5V。 图3-1 并联稳压器电路图 图3-2 大电流并联稳压器电路图 TL431最大输出电流为100mA,在需要更大的电流时可以在图3-1基础上加一个三极管进行扩流，如图3-2所示。使用上述设计方案时，需要注意的是，在选择电阻时

5、必须保证TL431工作的必要条件，就是通过阴极的电流要大于1 mA ；电阻R1、R2必须选择低温漂高精度的精密电阻，这样才能保证输出电压的精度。将R1换为电位器时，通过调节R1的大小，可以实现输出电压连续可调，调节范围为2.5V-36V。3.2 REF02常用电路设计方案REF02是高精度的基准电压芯片。输入电压为+8V到+40V，输出电压为+5V，输出电压误差达到正负0.2%。常用的电路方案如下图3-3所示。在很多时候不仅需要正基准电压，还会用到负基准电压，因此在图3-3的基础上设计出能够同时出正负基准的一个电路，如图3-4所示。主要是将REF02输出的+5V基准通过反相比例放大电路输出一个

6、-5V的基准电压。为了保证-5V基准电压的准确性，两个10K电阻需用高精度低温漂的精密电阻。 图3-3 REF02输出稳压电路 图3-4 REF输出正负基准电压电路 图3-3、3-4的电路方案除了REF02之外，很多电压基准芯片都可以用到，使用时可根据需要选择合适的基准电压芯片。4、 线性（模拟）稳压电路常用设计方案 线性稳压电路设计方案主要以三端集成稳压器为主。三端稳压器，主要有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳压器，其基本原理相同，均采用串联型稳压电路。在线性集成稳压器中，由于三端稳压器只有三个引出端子，具有外接元件少，使用方便，

7、性能稳定，价格低廉等优点，因而得到广泛应用。4.1 固定输出三端稳压器 三端稳压器的通用产品有78系列（正电源）和79系列（负电源），输出电压由具体型号中的后面两个数字代表，有5V，6V，8V，9V，12V，15V，18V，24V等档次。输出电流以78（或79）后面加字母来区分。L表示0.1A,M表示0.5A，无字母表示1.5A，如78L05表求5V 0.1A。典型应用电路如下： 图4-1 典型应用电路 图4-2提高输出电压的电路 图4-3 双电源电路 在使用上述方案时需要注意，输入电压与输出电压至少应由3V的压差，使稳压器中的调整管工作在放大区。同时输入输出压差过大，会增加稳压器的功耗。具体

8、参数按照数据手册。在三端稳压器的输入输出端接一个二极管，用来防止输入端短路时,输出端存储的电荷通过稳压器,而损坏器件。 除上述典型应用方案外，固定输出三端稳压器与集成运放可以设计出输出可调的稳压电路，电路方案如图4-4所示： 图4-4 输出可调的稳压电路图中集成运放作为电压跟随器，运放供电借助三端稳压器输入电压。当电位器滑动至最上端时，输出电压为最大值。当电位器滑动至最下端时，输出电压为最小值。4.2 可调输出三端稳压器可调输出三端稳压器常用的是LM317(正输出）和LM337（负输出）系列。其最大输入输出极限差值在40V，输出电压为1.2V-35V(-1.2V-35V)连续可调，输出电流为0

9、.5-1.5A，输出端与调整端之间电压在1.25V，调整端静态电流为50uA。其典型应用方案如图4-5所示：D1 D2二极管保护LM317为保护二极管。R2两端并联的C2可以大幅提高抵抗谐波的能力。上面所述的几种DCDC转换电路都属于串联反馈式稳压电路，在此种工作模式中集成稳压器中调整管工作在线性放大状态，因此当负载电流大时，损耗比较大，即转换效率不高。因此使用集成稳压器的电源电路功率都不会很大，一般只有2-3W，这种设计方案仅适合于小功率电源电路。图4-5 LM317可调稳压电路5、 开关型稳压电路设计方案 采用开关电源芯片设计的DCDC转换电路转化效率高，适用于较大功率电源电路。目前得到了

10、广泛的应用，常用的分为非隔离式的开关电源与隔离式的开关电源电路。 5.1 非隔离式DCDC转换电路设计方案 非隔离式的开关电源电路主要分类如下图所示： 图5-1 非隔离式开关电源电路分类5.1.1 基于LM2575实现非隔离式DCDC变换的方案 LM2575是美国国家半导体公司生产的1A集成稳压电路，内部集成了一个稳压电路，只需极少的外围器件便可构成高效的稳压电路，可大大减小散热器面积，大部分情况下不需使用散热片。LM25755主要指标如下：最大输出电流1A，最大输入电压45V（60V），输出电压：3.3V 5V 12V ADJ（可调），稳压误差4%，转换效率75%-88%，震荡频率54KHZ

11、，工作温度-55-+150。常用的设计方案如下图5-1、5-2、5-3所示： 图5-2 5V稳压电源电路 图5-3 -12V稳压电压电路 图5-3 1.2-55V可调稳压电源电路 再用上述方案时需要注意几点： （1)在图5-3中，输出电压计算公式为： (2)电感的选择可以按照下面公式进行选择： 在选择电感时，可在电感器尺寸大小与系统性能之间做一个折中，可靠近这个数值选择一个合适的电感。 (3)输出电容选择地ESR的电容降低输出纹波电压，可使用固态胆电容或多层陶瓷电容。可以按照下面公式进行选择： (4) 二极管选择 二极管额定电流应大于LM2575的最大电流限制，反向电压应大于最大输入电压的1.

12、2倍。 5.2 隔离式DCDC转换电路设计方案常用的隔离DC/DC转换主要分为三大类： 图5-4 常见隔离式开关电源分类这里主要介绍一种常用的单端反激式DC/DC变换电路，控制芯片采用常用的UC3842或UC3843。UC3842是高性能固定频率电流的控制器，主要用于隔离AC/DC、DC/DC转换电路。其主要应用原理如下： 电路由主电路、控制电路、启动电路和反馈电路4 部分组成。主电路采用单端反激式拓扑，它是升降压斩波电路演变后加隔离变压器构成的，该电路具有结构简单， 效率高， 输入电压范围宽等优点。 控制电路是整个开关电源的核心，控制的好坏直接决定了电源整体性能。这个电路采用峰值电流型双环控

13、制，即在电压闭环控制系统中加入峰值电流反馈控制。电路电流环控制采用UC3842 内部电流环，电压外环采用T L431 和光耦PC817 构成的外部误差放大器，误差电压直接送到UC3842 的1 脚。误差电压与电流比较器的同相输入端3 脚经采样电阻采集到初级侧电流进行比较，从而调节输出端脉冲宽度。2 脚接地。R4, C5 是UC3842 的定时元件， 决定UC3842 的工作频率，.当UC3842 的1 脚电压低于1 V 时，输出端将关闭；当3 脚上的电压高于1 V 时，电流限幅电路将开始工作，UC3842 的输出脉冲中断。开关管上波形出现打嗝现象，从而可以实现过压、欠压、限流等保护功能。 此方案选择合适的变压器及MOS管可以把功率做的很大，与前面几种设计方案相比电路结构复杂，元器件参数确定比较困难，开发成本较高，因此需要此方案时可以优先选择市面上比较廉价的DC/DC隔离模块。6、 总结