常用DCDC电源电路方案设计

1、WORD格式Z 专业资料整理常用 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 5V15V，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

2、、DC/DC转换电路分类DC/DC转换电路主要分为以下三大类： ( 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示，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) 所选择稳压管时一般可按下述式子估算：(1)Uz=Vout;(2)Izmax=(1.5-3)L Imax(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

3、载电流小，要求 不高的场合，该电路常用作对供电电压要求不高的芯片供电。有些芯片对供电电压要求比较高，例如ADDA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 0.3 的

4、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 Vo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

5、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，在选择电阻时必须保证 TL431 工作的必要条件， 就是通过阴极的电流要大于 1mA；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

6、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 -5V 的基准电10K电阻需用高精度低温漂的精密电阻压。为了保证 -5V 基准电压的准确性，两个图 3-3REF02 输出稳压电路图 3-4REF 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

7、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，性能稳定，价格低廉等优点，因 而得到广泛应用。3.2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。表求 5V0.1A 。典型应用电路如下：L 表示 0.1A,M 表示

8、 0.5A ，无字母表示 1.5A ，如78L05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。

9、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。3.3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 LM33（7 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 0.5-1.5A ，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：D1D2二极管保护 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

10、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 4-5LM317 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。3.4 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0.4 基于 LM2575实现非隔离式 DCDC变换的方案LM2575是美国国家半

11、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： 3.3V5V12VADJ（可调），稳压误差 4%，转换效率 75%-88%，震荡频率 54KHZ， 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 5-3-12V 稳压电压电路图 5-31.2-55V 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

12、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 3.5倍。3.6 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

13、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 TL431 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 1V时，输出端将 关闭；当 3 脚上的电压高于 1V 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/D