在DC/DC變換器設(shè)計(jì)中，對(duì)于兩路輸出功率不相等的模塊來(lái)說(shuō)，其設(shè)計(jì)主要有兩種方法：一是采用變壓器繞組，并利用耦合電感和低壓穩(wěn)壓電路進(jìn)行二次穩(wěn)壓方法。二是采用變壓器次級(jí)多繞組來(lái)分別輸出兩路相對(duì)獨(dú)立的電壓。其中方法一雖然可以提高電路的穩(wěn)定度，保證輸出電壓的精度，但是會(huì)增加電路的損耗，因?yàn)槎畏€(wěn)壓電路的輸入和輸出電壓差越小，穩(wěn)壓電路功耗就越小，而該項(xiàng)目?jī)陕份敵龉β氏嗖詈艽?分別為55W和2.5 W)，主路功率變化范圍也較大。而若采用方法二，又由于反饋只能控制一路電壓，所以只能有一路輸出電壓的精度得到保證，另一路電壓只能靠變壓器和濾波電感預(yù)穩(wěn)，而主路輸出功率變化較大又必然帶來(lái)輔路變壓器次級(jí)電壓的較大變化，因而無(wú)法保證輸出電壓的精度。為此，本設(shè)計(jì)采用兩路輸出來(lái)分別獨(dú)立地控制和反饋，這樣既可以精確控制輸出電壓，又可以減小因二次穩(wěn)壓帶來(lái)的損耗。

在電子設(shè)備中，電源模塊是核心組件，將輸入直流電壓轉(zhuǎn)為設(shè)備所需的各種直流電壓。DC-DC電源轉(zhuǎn)換器，特別是基于開(kāi)關(guān)方式的轉(zhuǎn)換器，因其高效、小體積和輕重量等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。但設(shè)計(jì)優(yōu)秀的DC-DC電源轉(zhuǎn)換器并不容易。布局、電磁兼容性、電流和散熱管理等方面均需深思熟慮和精細(xì)調(diào)整。

為優(yōu)化供電性能，開(kāi)關(guān)電源應(yīng)靠近芯片放置，避免輸出線過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致壓降。為降低電磁干擾，避免在開(kāi)關(guān)電源周?chē)贾妹舾性骷?。為增?qiáng)穩(wěn)定性和可靠性，需考慮布線策略、地線加粗、散熱地設(shè)計(jì)等因素。

一、DC-DC電源應(yīng)用介紹

1、DC-DC應(yīng)用類型簡(jiǎn)介

DC-DC電源是直流電壓轉(zhuǎn)換的核心設(shè)備，包括LDO等類型。其中，利用開(kāi)關(guān)方式實(shí)現(xiàn)的器件常被稱為DC-DC轉(zhuǎn)換器。這類電源具有功耗小、效率高、體積小、重量輕、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，并能抗干擾、寬范圍輸出，因此在電子領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。

2、DC-DC電源工作原理

DC-DC電源的工作原理涉及到電壓的轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)。這個(gè)過(guò)程主要是通過(guò)開(kāi)關(guān)電源的變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。DC-DC變換器在開(kāi)關(guān)電源中負(fù)責(zé)將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換為所需的輸出直流電壓。一般情況下，這個(gè)變換器的工作原理可以分為三個(gè)主要步驟：

1)濾波：當(dāng)市電經(jīng)過(guò)輸入開(kāi)關(guān)接通后，首先經(jīng)過(guò)整流電路變成脈動(dòng)直流電，再經(jīng)過(guò)濾波電路濾除紋波，變成平滑直流電，供給變換器進(jìn)行變換。

2)變換：DC-DC變換器將輸入電壓通過(guò)功率開(kāi)關(guān)管和儲(chǔ)能電感產(chǎn)生一定的脈沖功率，然后利用脈沖變壓器、整流濾波電路，得到相應(yīng)的輸出電壓。電壓的轉(zhuǎn)換通過(guò)PWM(脈寬調(diào)制)或PFM(頻率調(diào)制)控制開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)時(shí)序來(lái)實(shí)現(xiàn)。在開(kāi)關(guān)電源中，開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)速度非常快，一般在幾十微秒的時(shí)間內(nèi)完成開(kāi)關(guān)動(dòng)作，這個(gè)速度要比傳統(tǒng)線性電源的調(diào)整速度快很多。

3)調(diào)節(jié)：輸出電壓的穩(wěn)定是通過(guò)反饋環(huán)路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，通過(guò)取樣電阻取得的樣本信號(hào)就會(huì)升高，這個(gè)信號(hào)與基準(zhǔn)電壓比較后得出的誤差信號(hào)就會(huì)增大，然后通過(guò)PWM或PFM控制的方式減小開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，從而降低變換器輸出的平均功率，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。

二、關(guān)鍵器件的選擇

1、輸出電感

電感儲(chǔ)存磁能，確保電流穩(wěn)定輸出。選擇電感時(shí)需權(quán)衡大小，大電感損耗小但響應(yīng)慢，小電感快速響應(yīng)但損耗大?？紤]飽和電流，保證濾波效果。

2、分壓電阻

分壓電阻形成分壓網(wǎng)絡(luò)，反饋輸出電壓給控制電路，精準(zhǔn)控制PWM占空比，穩(wěn)定輸出電壓值。選擇高精度電阻，確保電路精確性。

3、輸入電容

選擇輸入電容需考慮等效電感和自諧振頻率。大容值電容濾除低頻噪聲，小容值電容濾除高頻噪聲。組合并聯(lián)使用可實(shí)現(xiàn)優(yōu)異濾波效果，穩(wěn)定輸入電壓并濾除交流成分。

4、輸出電容

輸出電容濾除開(kāi)關(guān)紋波，確保輸出電流純凈。容值越大，阻抗越小，紋波更容易流過(guò)。選擇合適的輸出電容對(duì)電路穩(wěn)定工作至關(guān)重要。

在挑選這些核心組件時(shí)，我們需要綜合考慮各種因素以求達(dá)到最佳平衡。比如電感的選取就在效率和響應(yīng)速度之間尋找平衡;而分壓電阻則需要精確穩(wěn)定地反饋電壓;輸入輸出電容則需要根據(jù)不同的工作頻率噪聲特性來(lái)進(jìn)行挑選;最后的輸出電容更是要綜合考慮容值和ESR以最小化紋波。通過(guò)精心的挑選，我們可以使電路在高效、穩(wěn)定的狀態(tài)下工作，從而將電路的性能發(fā)揮到極致。

三、DC-DC電源布局布線建議

電源模塊布局布線可提前下載芯片的datasheet(數(shù)據(jù)表),按照推薦的布局和布線進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1、布局設(shè)計(jì)

1)芯片電源接近原則：對(duì)于為芯片提供電壓的開(kāi)關(guān)電源，應(yīng)確保它盡量靠近芯片放置。這樣可以避免低電壓輸出線過(guò)長(zhǎng)，從而減少壓降，確保供電性能不受影響。

2)避免電磁干擾：開(kāi)關(guān)電源在高電壓大電流的狀態(tài)下工作，可能會(huì)引發(fā)復(fù)雜的電磁兼容性問(wèn)題。因此，開(kāi)關(guān)電源周?chē)鷳?yīng)避免布置敏感元器件，以減少電磁干擾對(duì)元器件工作的影響。

3)以電源芯片為核心布局：在布局時(shí)，應(yīng)以開(kāi)關(guān)電源芯片為核心元器件進(jìn)行組織。電源濾波器的輸入及輸出端在布局時(shí)要確保足夠的距離，防止噪聲從輸入端耦合到輸出端。元器件應(yīng)整齊、緊湊地排列在PCB上，以減少和縮短各元器件間的引線和連接。

DC/DC 轉(zhuǎn)換電路主要分為以下三類：

(1) 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路

(2) 線性(模擬)穩(wěn)壓 電路

(3) 開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓 電路

齊納二極管是最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方案。該穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但負(fù)載能力差，輸出功率小。選擇齊納二極管時(shí)，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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以抑制輸入電壓的擾動(dòng)，但由于受穩(wěn)壓器最大工作電流、輸出電壓的限制，不能同時(shí)調(diào)節(jié)，因此該電路適用于不需要輸出電壓的場(chǎng)合待調(diào)整，負(fù)載電流小，要求不高。

穩(wěn)壓電路的另一種形式 ，有些芯片對(duì)電源電壓要求較高，如AD DA芯片的參考電壓等，此時(shí)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(zhǔn)源芯片，具有良好熱穩(wěn)定性的三端可調(diào)分壓源。它的輸出電壓可以通過(guò)兩個(gè)電阻任意設(shè)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。

串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路知識(shí)：串聯(lián)穩(wěn)壓器是直流穩(wěn)壓器的一種，實(shí)際上是三端穩(wěn)壓器出現(xiàn)之前常見(jiàn)的直流供電方式。在三端穩(wěn)壓器出現(xiàn)之前，串聯(lián)穩(wěn)壓器通常有OP放大器和穩(wěn)壓二極管組成檢錯(cuò)電路。

線性(模擬)集成穩(wěn)壓電路的常用設(shè)計(jì)方案 。

線性穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)主要基于三端集成穩(wěn)壓器。三端穩(wěn)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(wěn)壓器。三端穩(wěn)壓器常見(jiàn)的產(chǎn)品有78系列(正電源)和79系列(負(fù)電源)。輸出電壓在具體型號(hào)中用最后兩位數(shù)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(qū)分，L表示0.1a，M表示0.5a，無(wú)字母表示1.5a。比如表78L05，5V就是0.1a。