DC/DC轉換電路設計：10大原則總結

首先，我們應該了解 DC/DC 電源和 DC/DC 轉換電路的分類。

DC/DC電源電路也稱為 DC/DC 轉換電路，主要功能是進行輸入/輸出電壓轉換。不同的應用領域有不同的規律，如PC，常用12V、5V、3.3v，模擬電路供電常用5V、15V，數字電路常用3.3v。目前的FPGA和DSP也使用 2V 以下的電壓，如1.8v、1.5v、1.2v等，在通信系統中也稱為二次電源。

DC/DC 轉換電路主要分為以下三類：

(1) 穩壓二極管穩壓電路

(2) 線性(模擬)穩壓電路

(3) 開關式穩壓電路

二、DC/DC轉換電路設計第二原則

齊納二極管是最簡單的設計方案。該穩壓電路結構簡單，但負載能力差，輸出功率小。選擇齊納二極管時，可按如下估算：

(1) Uz=Vout;

(2) Izmax=(1.5-3)ILmax

(3)輸入電壓=(2-3)輸出電壓

該電路結構簡單，可以抑制輸入電壓的擾動，但由于受穩壓器最大工作電流、輸出電壓的限制，不能同時調節，因此該電路適用于不需要輸出電壓的場合待調整，負載電流小，要求不高。

齊納二極管穩壓器電路圖

三、DC/DC轉換電路設計第三原則

穩壓電路的另一種形式，有些芯片對電源電壓要求較高，如AD DA芯片的參考電壓等，此時常用一些常用的電壓參考芯片如TL431、MC1403、REF02等。

TL431是最常用的基準源芯片，具有良好熱穩定性的三端可調分壓源。它的輸出電壓可以通過兩個電阻任意設置為 Vref(2.5v) 和 36V 之間的任何值。其他幾種參考電壓源芯片電路類似。

四、DC/DC轉換電路設計第四原則

串聯穩壓電源電路知識：串聯穩壓器是直流穩壓器的一種，實際上是三端穩壓器出現之前常見的直流供電方式。在三端穩壓器出現之前，串聯穩壓器通常有OP放大器和穩壓二極管組成檢錯電路。

五、DC/DC轉換電路設計第五原則

線性(模擬)集成穩壓電路的常用設計方案。

線性穩壓電路設計主要基于三端集成穩壓器。三端穩壓器主要有兩種類型：

第一類輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩壓器。三端穩壓器常見的產品有78系列(正電源)和79系列(負電源)。輸出電壓在具體型號中用最后兩位數字表示，分別為5V、6V、8V、9V、12V、15V、18V、24V等檔次。輸出電流以78(或79)后的字母區分，L表示0.1a，M表示0.5a，無字母表示1.5a。比如表78L05，5V就是0.1a。

另一種輸出電壓為可調線性穩壓器，稱為可調輸出三端穩壓器。這種芯片代表的是LM317(正輸出)和LM337(負輸出)系列。最大輸入/輸出限制差為40V，輸出電壓為1.2v-35v(-1.2v --35V)，輸出電流為0.5-1.5a，輸出端與調節端之間的電壓為1.25v，調節端靜態電流為50uA。

這兩種基本原理相同，都是采用串聯穩壓電路。在線性集成穩壓器中，由于三端穩壓器只有三個引出端，具有外圍元器件少、使用方便、性能穩定、價格低廉等優點，因而得到廣泛應用。

線性串聯穩壓器

六、DC/DC轉換電路設計第六原則

DC/DC開關穩壓電路設計方案。上述DC/DC變換電路均屬于串聯反饋穩壓電路。

在這種工作方式下，集成穩壓器中的穩壓管工作在線性放大狀態。因此，當負載電流較大時，損耗比較大，即轉換效率不高。因此，采用集成穩壓器的電源電路的功率不是很大，一般只有2-3w。這種設計方案只適用于小功率供電電路。

采用開關電源芯片設計的DC/DC轉換電路，轉換效率高，適用于較大的電源電路。目前已得到廣泛應用，分為非隔離開關電源電路和隔離開關電源電路。當然，開關電源的基本拓撲有降壓、升壓、升降壓和反激、正、橋變等。

串聯反饋穩壓器

七、DC/DC轉換電路設計第七原則

非隔離DC/DC開關及開關IC芯片設計方案。DC/DC開關集成電路芯片，這種芯片的使用方法在原理上與LM317類似。這里以L4960為例。

他們一般使用50Hz的電源變壓器進行AC-AC變換，然后將下移~220V開關電源集成轉換芯片，比如輸入電壓范圍為1.2~34V，DC-DC經L4960變換，然后在范圍以下輸出電壓可調至5V，增加至40V，最大輸出電流2.5A(也可接大功率開關管擴流)，并具有完善的保護功能，如過流保護、過熱保護等。

雖然 L4960 的使用方法與LM317類似，但開關電源L4960的效率與線性電源LM317的效率不同。L4960最大輸出功率可達100W(Pmax=40V*2.5A=100W)，但最多只消耗7W，所以散熱器體積小，制作容易。與L4960類似的還有L296，其基本參數與L4960相同，但最大輸出電流可達4A，保護功能更多，封裝形式不同。這種芯片比較多，比如LM2576系列、TPS54350、LTC3770等。一般廠家都會提供詳細的使用說明和典型電路供使用這些芯片時參考。

開關穩壓器

八、DC/DC轉換電路設計第八原則

隔離式DC/DC開關電源模塊電路設計方案，常用的隔離DC/DC變換主要分為三類：

1、反激變換

反激式轉換器示意圖

2、正向變換

正激變換器總圖

3、單端反激式

我們常用的單端反激式DC/DC轉換電路，這種隔離控制芯片型號也不少。控制芯片典型代表是UC3842系列。本控制器是一款高性能定頻電流控制器，主要用于隔離AC/DC和DC/DC轉換電路。

其主要應用原理是：電路由主電路、控制電路、啟動電路和反饋電路組成。主電路采用單端反激式拓撲結構，由升壓斬波電路和演化后的隔離變壓器組成。該電路結構簡單、效率高、輸入電壓范圍寬。控制電路是整個開關電源的核心。

本電路采用峰值電流二環控制，即在電壓閉環控制系統中加入峰值電流反饋控制。這種方案中變壓器和MOS管的功率可以很大。與以往的設計方案相比，電路結構復雜，元器件參數難以確定，開發成本較高。因此，當需要該方案時，可以優先選擇市場上價格相對便宜的DC/DC隔離模塊。

九、DC/DC轉換電路設計第九原則

DC/DC開關一體化電源模塊方案，許多微處理器和數字信號處理器 (DSP) 需要內核電源和輸入/輸出 (I/O) 電源，它們必須在啟動時進行排序。

設計人員必須考慮內核和 I/O 電壓源在上電和斷電操作期間的相對電壓和時序，以滿足制造商的性能規范。如果沒有正確的電源排序，可能會發生閉鎖或過度電流消耗，這可能會導致微處理器、可編程邏輯設備 (PLD)、現場可編程門陣列 (FPGA) 或支持設備的 I/O 端口出現 I/O 端口或存儲器，例如由于數據轉換器被損壞。

為了確保在內核電壓正確偏移之前不驅動 I/O 負載，需要內核電源和 I/O 電源跟蹤。

現在有專業的電源模塊公司定制一些特殊的開關電源模塊，主要針對DC/DC電源模塊，體積小，功率密度高，轉換效率高，發熱少，平均無故障工作時間長，可靠性好，除了常規的電性能指標外，成本更低，性能更高。

這些模塊結合了實現插件解決方案所需的大部分或全部組件，最多可替換 40 個不同的組件。這簡化了集成并加快了設計速度，同時減少了電路板空間的電源管理部分。除了常規的電性能指標外，成本更低，性能更高。