dcdc dcdc基础知识资料

本文格式为Word版，下载可任意编辑——dcdcdcdc基础知识资料DC-DC基根基础知学识识1.1介绍电电源无源无四处不需不需几乎全体的几乎全体的电电子系子系统统都需要恒都需要恒压电压电源源或者恒流或者恒流电电源源什么是什么是DC-DC变换变换器？器？2电池电电源源负载负载DC-DC变换器太阳能电池工业电源微处理器放大器数据转换器另一级变换器电阻器另一个转换器DC-DC变换变换器是用于供给器是用于供给DC电电源的源的电电路路变换变换器的器的类类型型•线性型–从电源向负载连续输送功率–传输能量器件（如晶体管、场效应管）其负责调理从电源至负载的电流滚动）工作于线性区•开关电源型–以脉宽方波的形式从电源向负载输送功率–开关元器件周期性的开通和关断（根据操纵技术不同有定频,变频,混合型）3+–VrefVoutVinVinVout+-SwitchersLCL-CComponentsD2D变换变换器特性器特性•系统根本要求：输出电压、额定电流、输入电压范围•效率：

轻载，满载，甚至整个负载范围效率曲线•稳态特征：稳压精度•瞬态响应：

输入线调整率，负载调整率等•功率密度：

尺寸，布局•本金、温升…4线线性性稳压稳压器器5应用•要求极低纹波和噪声的射频或高精度模拟（测量非常小的电压）电路•VIN和VOUT的压差较小的应用或者压差大电流小•需要一个电压精度对比高的应用•要求针对负载的快速变化实现快速瞬态响应的FPGA或多内核处理器缺点•在VINVOUT的处境下效率偏低，因而需要使用一个较大的供电电源，效率=Vo/Vin•利用稳压器产生功率(VIN–VOUT)*IOUT通过稳压器耗散，通常需要一个散热器•VOUT将始终低于VIN优点•低输出纹波和噪声•面对大的负载变化，可在VOUT上实现快速瞬态响应•低本金（简朴，外部器件少，多用于小功率）•极少的外部组件使得线性稳压器易于设计•由于线性稳压器不工作在开关模式，不会有开和关的电压电流跳变，无噪声源，无需惦记EMI问题•易于实现短路养护Vref+-误差放大器栅极驱动能量传输元件+-负载5V3.3V电电感感储储能型开关能型开关电电源源6应用•要求高效率（输入功率与输出功率之差微小）的应用•具有极高环境温度的应用（例如：工业和汽车）•VIN高于、等于、小于VOUT负压出的应用（此拓扑正压出需隔离，或者由升压变换器变换为Vo负极加于输入的正极)•高功率密度场合•要求高输出功率的应用缺点•需要将电流周期性通过开关管，电压产生周期性的尖峰震荡，并且电流通过电感，因此会：

–产生电磁干扰(EMI，DM，CM，RFI）–导致输出对负载瞬变的响应速度减慢–产生较高的输出纹波和噪声•更多的外部组件和设计变量使开关电源难于设计优点•由于稳压是通过将能量转入电感器或从电感器转出来完成的（而不是通过稳压器来消耗功率），因此：

–可获得较高的效率–通过稳压器耗散的功率较低，故只需一个较小的散热器即可。

–开关电源拓扑允许VOUT高于、低于或等于VIN–高功率/cm2–可允许较宽的输入电压范围•可供给隔离（利用变压器转为反激变换器）•可供给多个输出（利用变压器多绕组输出）升降升降压压型型负压输负压输出出变换变换器器为为例例VINVOUT电电荷荷泵泵7应用•需要一个低输出电流的应用•具有中等的输入-输出电压差的应用•存在空间限制的应用缺点•将电容器接入电路及从电路接出会产生电磁干扰(EMI)•由于电荷泵的输出取决于电容器的充电和放电，因此其电流供给才能受到限制优点•中等效率•由于电荷泵将电容器两端的电压接入输出端及从输出端接出，因此：

–无需电感器–VOUT可高于、低于和等于VIN•较少的组件使电荷泵更易于设计Q1Q3Q2Q4CFLOAD+VINCoVo+-IoVCF+电电源源变换变换器比器对比较•变换器类型的选择取决于电源设计的优先考虑因素。

8线性稳压器开关稳压器电感性充电泵效率Vo/Vin一般偏低80至95%轻载效率低75至85%参考纹波分外低低中等EMI噪声分外低中等低PCB面积分外小最大中等本金最低最高中等总结总结•DC-DC变换器的类型•变换器的根本特性•变换器简朴对比9DC-DC基根基础知学识识1.2线性稳压器什么是什么是线线性性稳压稳压器？器？•线性稳压器是一种无需使用开关元件而能供给一个恒定电压输出的DC-DC转换器。

•线性稳压器因其低本金、低噪声及简朴易用等特性而在众多应用中得到了分外广泛的使用。

•但是，线性稳压器也存在着效率有限以及不能提升电压（使VoutVin）的缺点。

2缺点优优缺点缺点3优点•低效率，更加是当Vin-Vout电压差很大时•热问题–面对高功率和/或大压差电压，将会由于此类稳压器的固有损失而产生大量的热量•Vout务必低于Vin•低输出纹波和噪声，无EMI问题（由于没有开关切换操作）•低本金•简朴–所需的外部组件极少，易于配置和设计•面对大的负载阶跃，可在Vout上实现快速瞬态响应•易于实现短路养护线线性性稳压稳压器的工作原理是什么？器的工作原理是什么？•线性稳压器和输出阻抗一起形成了一个分压器网络。

•线性稳压器的作用就像受控的可变电阻器，其可根据输出负载自我调理以保持一个稳定的输出。

4-+压压降降电压电压•压降电压–为使线性稳压器处在稳压器的指定工作范围之内，VIN与VOUT之间可采纳的最小压差。

5线线性性稳压稳压器的器的类类型型•线性稳压器中的元件可以是双极型晶体管或MOSFET。不同的配置将产生不同的压降电压•双极型线性稳压器具有较高的压降电压，并能支持较高的输入电压且拥有更好的瞬态响应。

•MOSFETLDO能支持分外低的压降、低静态电流、改善的噪声性能和低电源抑制。

6有关有关LDO压压降的更多信息降的更多信息•在LDO数据表中，只规定了最大输出电流条件下的压降。在其他的工作条件下，压降可以通过计算求出。

•LDO中使用的FET工作于线性区。FET在饱和线上具有最小的电阻。LDO不能在饱和线的左侧区域中工作。

7其他的重要其他的重要规规格格•静态电流–由稳压器所消耗且不流向输出负载的电流。

–该规格指标对于需要始终保持运行的应用（如基带、实时时钟等）很重要。

•电源抑制比(PSRR)–已调输出电压纹波与输入电压纹波之比。

–该规格指标对于具有高噪声限制要求的应用（如低噪声放大器、音频、RF和无线等）很重要•基带噪声–某个特定频率范围内的总噪声能量–该规格指标对于具有高噪声限制要求的应用（如PLL、TCXO、RF和无线等）很重要8LDO的的选择选择9应应用用低低Iq低低压压降降高高PSRR低噪声低噪声高高电电流流注解释释LNA、PLL是是定义了系统噪声底层值。需要低噪声的LDO基带–数字是始终保持接通基带–模拟是是是始终保持接通。需要抑制输入纹波和低压降TCXO是是在中频(IF)片面使用，用于在系统中实现低噪声实时时钟是始终保持接通音频是是是高PSRR（在20Hz至200kHz频率范围内）总结总结•线性稳压器介绍•线性稳压器的类型•LDO的压降•LDO选择过程中的考虑因素10DC-DC基根基础知学识识1.3开关稳压器什么是开关什么是开关稳压稳压器？器？•开关稳压器是一种采用开关组件输送功率的DC-DC转换器。

•它可供给高电源转换效率和设计生动性2VinVout+-SwitchersLCL-CComponents缺点优优缺点缺点3优点•开关操作会产生较高的输出纹波和噪声•缓慢的瞬态响应•高繁杂性（由于涉及更多的外部组件和设计变量）•高效率•优良的热性能•高功率密度•允许宽输入电压范围•Vout可以低于或高于Vin•可利用变压器供给隔离•可利用变压器供给多个输出开关开关稳压稳压器的工作原理是什么？器的工作原理是什么？•电感负责储存能量及向输出负载释放能量；

电感根据开关管的开通从输入端获得能量。

•降压型转换器实例：

–当切换至位置1时，电感器将储存能量；

当切换至位置2时，电感器将释放能量–电感器上的平均电压为零：D(Vin-Vo)-D’Vo=0=Vout=D*Vin4D=占空比（开关处于为L充电之位置的时间百分比）D’=1-D根本拓扑根本拓扑•三种根本的直流开关变换器拓扑：降压、升压和升降压5VINVOUTVINVOUTVINVOUT降压升压降压-升压Vout=D*VinVout=Vin/(1-D)Vout=-DVin/(1-D)同步与非同步同步与非同步6非同步降非同步降压压同步降同步降压压非同步非同步1.在输出电流变化的处境下，二极管压降相对较恒定（VfvsIf）2.效率偏低3.本金较低4.对比适合较高的输出电压同步同步1.MOSFET具有较低的压降2.更高效3.需要额外的操纵电路确保死区和下管驱动信号4.本金较高Q1LC0D1Q1LC0Q2隔离式与非隔离式隔离式与非隔离式7•隔离式变换器在输入和输出之间没有电流回路，原副边不同地。

•变压器通过磁场将能量从初级耦合至次级•隔离式变换器通常在需要供给初级至次级不同地，高稳当性、防雷、耐高压等，如隔离的医疗电源•并非标准负载点电源（POL）解决方案所常用具有功率因数校正具有功率因数校正(PFC)功能的初功能的初级侧级侧开关模式开关模式电电源源AC输入变压器耦合横跨隔离边界的信号反应回路通常需要一个光耦合器做隔离操纵器与操纵器与稳压稳压器器•操纵器操纵器–分立式MOSFET–负责供给操纵功率级所需的“智能”–设计更加精细繁杂–可全面操纵FET选择、开关频率、过流、补偿、软起动–可通过优化设计调整使电源得志您的特殊需求•全集成型全集成型稳压稳压器器–集成型开关–“即插即用型”设计–输出滤波器组件的选择范围受限–对于功能性的操纵受限•片面集成型片面集成型稳压稳压器器–可供给全部或片面特性集，内部或外部补偿–内部功率FET、外部同步FET或箝位二极管–对于频率、过流、软起动等功能的操纵受限–可供给较宽的输出滤波器组件选择范围8总结总结•开关稳压器介绍•开关稳压器的工作原理•开关稳压器的类型