dc电源范文

dc电源范文第1篇

关键词：线性稳压器；开关稳压器；电源

中图分类号：TP303+.3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）11-2656-04

Abstract： Analyzes the basic principles and characteristics of the DC-DC regulator， analyzes and compares the performance and structure of the principle of linear regulator and switching regulator， and provides a variety of important factors in the actual situation of the DC-DC design. Describes to the basic method of power chip selection， and provides a reference for the DC power circuit design.

Key words： linear regulator； switching regulator； power supply

电源的应用无处不在，所有的电子系统都需要恒压电源或者恒流电源的支持。输出直流称为直流电源，由前端直流转后端直流的称为DC-DC变换器，而直流转交流的变换器称为逆变器。所以，DC-DC变换器是用于提供DC电源的电路或模块。

1 DC-DC变换器的主要分类

1.1 线性型（Linear）

线性型变换器：可以从电源向负载连续输送功率的DC-DC变换器。线性型变换器通过在线性区域内运行的晶体管或场效应晶体管（Field Effect Transistor或FET），电路的输入电压中减去超额电压，调节从电源至负载的电流流动，从而产生经过调节的输出电压。

1.2 开关电源型（Switcher）

开关电源型变换器：以脉宽方波的形式从电源向负载输送功率。其特点是开关器件的周期性开通和关断（定频型、变频型、定变混合型）。将原直流电通过脉冲宽度调制PWM（Pulse Width Modulation）或脉冲频率调制PFM（Pulse Frequency Modulation）来控制有效的直流输出。PWM调制稳定电压的方式是，在开关频率不变化的前提下，依靠脉冲宽度的增大或缩小改变占空比例，进而调节电压达到稳定，它核心部件是脉宽调制器。在PFM调制方式运作的时候，脉冲宽度是固定的，开关频率的增加或减少控制了占空比，使得电压保持稳定，脉频调制器是它的核心部件[1]。

2 线性稳压器（Linear Regulator）

线性稳压器如78XX系列三端稳压器等，是一种无需使用开关元件而能提供恒定电压恒定电流输出的DC-DC转换器。

2.1 线性稳压器的工作原理

线性稳压器和输出阻抗形成了一个分压网络。线性稳压器等效于受控的可变电阻器，可根据输出负载自行调解以保持一个稳定的输出。输出电压通过连接到误差放大器反相输入端的分压电阻采样，误差放大器的同相输入端连接到一个参考电压Vref。误差放大器试图使其两端输入相等2.2 线性稳压器的类型

线性稳压器中的元件是双极型晶体管或场效应管MOSFET。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并拥有更好的瞬态响应。MOSFET低压差线性稳压器LDO（Low Dropout Regulator）能支持非常低的压降，低静态电流，改善噪声性能和低电源抑制。为使线性稳压器处在正常工作状态之下，Vin和Vout之间最小压差称为压降电压（Drop-out Voltage），不同的稳压器结构会产生不同的压降电压，这也是几种线性稳压器的最大区别。如LM340和LM317这些稳压器使用NPN达林顿管，称其为NPN 稳压器（NPN Regulator）。然而低压差（Low-dropout）稳压器（LDO）和准LDO稳压器（Quasi-LDO）为新型电源设计提供了更高性能[2]。

2.3 LDO的应用选择

开关稳压器是一种采用开关组件与能量存贮部件（电容器和感应器）一起输送功率的DC-DC转换器，它提高了电源转换效率和设计灵活性。开关稳压器主要分为以下两类：电感储能开关稳压器和无电感型开关稳压器（充电泵）。

3.1 电感储能开关稳压器的工作原理

电感用于储存能量及向负载释放储能，电感在开关管开通状态下从Vg获得能量。

4 DC-DC变换器的应用选择

5 结论

通过分析比较最常见的两类三种直流稳压电源，了解了直流稳压电源的结构及构成原理，提出了电源电路环路控制的设计方案，为直流稳压电路正确合理的设计提供了参考方案。根据不同的实际设计需要和参数选用不同类型直流稳压电源，有利于整个系统平稳安全的工作。

参考文献：

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[6] 李爱文，张承慧.现代逆变技术及其应用[M].北京：科学出版社，2000.

dc电源范文第2篇

本文主要采用了红外测量技术来测量整个电路中不同部件的温度变化情况，该方法不需要探测器接触到电路就能直接测出整个电路中各个部分的温度，这种不接触的形式不会对电路内部的温度产生影响，也能得到较为精确的测量结果，这也是该测试方法最具有竞争力的地方。由于在空气中的物体或多或少地都会向外部辐射一定的能量，这种能量往往以红外线的形式存在，因此用红外探测器很容易分辨出不同部分温度之间的差异，并且能够快速鉴别出物体表面的温度。

2有限元建模求解

为了得到较为准确的实验结果，笔者所在的研究团队采用了计算机技术来辅助测试，使用了包括ANSYS、EXCEL等在内的常用测试软件，并围绕核心的有限元法对电源进行了检测与测量,得到了线路中各个节点的温度，并且对其散热性能进行了系统性的分析。一般来说，一个电源模块内部往往包含有数量众多的电子元器件，并且相互之间的关系较为复杂，系统高度集成化，要对其进行建模需要消耗大量的时间与计算，往往得不偿失。在这样的条件下，笔者所在的研究团队适当简化了电源模块，将在红外检测中变化不大的元器件中直接省略，转而研究那些温度变化较大的元器件，并得到了较好的实验结果。

3优化设计

DC/DC电源在工作的过程中自然会产生大量的热量，为了减少发热对电路稳定顺利运行的影响，就需要采用一定的散热处理。散热一般从两个方向进行，其一为减少整体的发热量，其二为提升散热功率。在常用的散热手段中，最为经济的就是加装散热器了，但是这种操作受到很多因素的影响，不仅要控制整个系统的体积，还要考虑成本因素。因此在加装散热器得不偿失的时候，就要考虑提升系统内部的热传导效率了。

3.1对DC/DC电源进行热模拟

在本文设计的模拟实验当中选用的DC/DC电源为金属材质，金属材质传导热量的能力较强，并且电源采用的是真空封闭，因此散热能力较差，难以通过空气的对流来实现散热。除此之外，由于电源材料主要以辐射较低甚至是无辐射的材料制作而成，因此内部的热量主要以热传导的方式向外传递，传导的过程中要通过粘结层、基板以及外壳等部分，然后再在外壳表面对外辐射出热量。为了准确而又有效地展现内部热传导的实际情况，研究人员假设内部的热量并没有辐射的现象。

3.2如何优化电源的设计

本模拟所选用的电源主要以传导的方式来散热，所以选用材料的种类，以及材料自身热传导的优良性都是保证系统内部温度正常的因素。在功率器件VDMOS的核心部分，温度一般处于不断变化的过程中，笔者所在的研究团队分析了外壳、基板等部位采用材料的种类对温度变化的影响，发现电源外壳是直接决定散热能力的因素。由于外壳是电源内部热量与外部空气交换的关键部位，所以要保证电源外壳较高的热传导性能。一般来说，材质的导热系数越高，就能在单位时间内传导并散发出更多的热量，这也是选择散热能力高的材料时首先要考虑的因素。四种不同的材料分别受到芯片温度的影响，而随着温度的不断升高，外壳的导热率也随之增大，在短时间内传导走更多的热量，这也是高热导率的材料传热的原理。

4结论

在大量的实践基础上，本文结合了有关测量结果，采用了有限元法来分析了DC/DC电源的散热情况，模拟了一套有较强针对性的实验模型，对电源内部的热量分布以及实际散热效率进行了系统性的分析。还讨论了不同种类的材料散热能力的高低，得到了具有普遍性的实验结果。仔细分析实验结果我们可以发现，要想提升芯片的散热能力与散热效果，可以选用导热系数更大的材料，或是提升内部散热系统地总功率，以保证集成电路的长期稳定运行。

dc电源范文第3篇

板级电源设计的成熟度和可靠度直接影响着电子产品的稳定性。在设计复杂的板级DC/DC时，为了减小设计风险，提高设计成熟度，加快开发一次成功率，越来越多的方案引入了DC/DC电源模块。目前主流的DE/DC模块电源生产商主要分为DOSA联盟和POLA联盟两大阵营。

POLA模块是非开放标准的设计，所以要深入分析电路有一定难度。但是考虑到POLA模块电源的电路设计基本相同，所以笔者以PTH03030 POLA模块电路为例，对其电路设计进行了深度剖析。

PTH03030模块电源总体架构分析

PTH03030模块电源是一种非隔离的POLA电源，可输出30A电流，模块面积大约9cm2，采用PCB多层板设计，可以满足目前高密度板级电源的应用需求。例如多处理器、高速DSP系统等。

PTH03030模块采用高密度的双面-表贴设计，通过一个外接的电阻实现输出电压在0.8～2.5V之内可调，输出效率可以达到93％，工作温度范围为-40～+85℃。

PTH03030模块的产品外观如图1所示。

PTH03030模块的系统结构如图2所示。其中，自动电压跟踪模块能够跟踪电源电压的卜下电时序，实现输出电压时序控制；也可以实现成多个POLA模块的输㈩电压互相追踪，或者共同追踪外部电压的上下电时序。这个特点非常适合系统中需要多个电压供电且对于上电先后顺序有严格要求的板级电源设计方案。

ON/OFF使能模块用于控制模块电源的输出，在需要单独关闭部分板级电略功能的场合非常适用。

电压输出微调模块支持输出电压降检测和补偿调节。该模块还具有输出电压正偏或负偏的微调控制功能，可以使用在系统微调测试的场合。

PTH03030模块保护功能比较齐全，可以实现过温保护、过流保护、欠压锁定保护。

PWM BUCK控制模块设计分析

PTH03030H模块的降压PWM控制模块(U3)的局部电路如图3所示。

U3控制器内部主要有基准电源电路、软启动电路、30IkHz振荡电路、充电泵电路、过流检测电路等。

U3内部有0.8V的基准电源，用来和输出电压的反馈端于PWM_FB进行环路反馈比较。主流POLA模块电源的输出电压最低值是0.8V。

U3的软启动电路可控制上电速率，软启动延时时间大约为5～10ms，整个上电过程在15ms完成，典型软启动时间为6.5ms。在软启动功能运行时，TRACK管脚必须连接输入电源电压管脚，屏蔽POLA模块的自动电压跟踪功能。此时，模块电源的上电受内部的软启动上电模块控制。

U3内部的充电泵电路主要通过外接C20电容实现低输入电压的提升，满足内部部分电路高电压的要求。在3.3V输入的条件下，需要C20启动内部充电泵，在5V输入条件下，C20泵电容可以不接。

U3内置的过流检测电路可检测上臂MOSFET的导通电阻RDS(ON)上的电流。如果流过上臂MOSFE7的电路超过阈值，其管压降超过R12电路的压降，导致U]内部的过流比较器翻转，关断PWM输出，实现过流保护。

实际测试小，R12的电压设定在160mV左右，对应45A的过流保护阈值。如果需要实现不同的过流保护阈值，只需要更改R12的电阻值即可。

MOSFET功率模块分析

MOSFET功率模块的电路如图4所示。其中，Ul为MOSFET驱动IC，采用TI公司的TPS2834，可实现同步整流MOSFET并联对管的驱动。U1的第2管脚接PWM单路输入，经过内部的双路移相后，输出驱动后级同步整流上臂MOSFETQ2、Q3和下臂MOSFETQ1、Q4。

TPS2834的输出驱动特性比较优异，在输入3.3V，输出0.8V，满载30A负载电流时，MOSFET的驱动波形非常理想，无明显的振铃现象，TPS2834良好的MOSFET驱动特性保证了PTH03030可实现高达90％以上的转换效率。

DT管脚就是上下臂MOSFE了的死区控制管脚，连接到上下臂MOSFE了的中点，可防止出现上下臂MOSFET由于关断延时而瞬时直通造成的过流隐患。

升压模块分析

升压电路出U2及其电路组成(见图5)。U2是一款SOT-23封装的升压控制器，内置MOSFET，可极大地简化升压模块的电路，实现高密度的模块应用。

U2的开关频率最大可以达到1MHz，在输出相同电流的条件下，可以极大减小升压电感的体积和输出滤波电容的容量和个数。升压控制器内置过流保护功能，当升压输出电流达到400mA时，进入过流保护，使升压芯片不受进一步的损坏。

PTH03030模块的升压电压为6.5V，实际测试最高可以达到28V的升压出，升压后的电源提供整个模块的MOSFET驱动IC UI，电压跟踪比较运放的供电。

自动电压跟踪模块分析

PTH03030模块的一个主要特点就是支持自动电压跟踪控制，由施加参考电压在TRACK来实现。施加在TRACK脚上的电压和输出电压通过模块的低电压运算放大器进行实时误差比较放大，误差比较电压经下一级的电压缓冲后，直接控制PWM控制器的FB反馈电压。只要运放的输出响应足够快，就能保证PTH030]0的输出电压和TRA CK电压精密跟随上下电的电压输出时序。

自动电压跟踪功能典型应用电路如图6所示，2个模块的TRACK管脚一起连接到Q1的D级。系统上电时，控制电平为低电平，Q1关断，TRACK管脚电压上升，上下两块POLA模块的输出电压跟随了RACK脚电压同步上升，当模块达到各自的输出电压设定值时，电压自动跟踪完成，模块各自达到设定点，完成时序上电控制。当需要系统下电时，控制电平转为高电平，Ql导通，了RACK电压下降，模块输出跟踪下降。

的微调电压分压，可实现输出电压的正偏移输出，负偏电压微调输出同理。

保护功能模块分析

PTH03030模块的全局过温保护电路如图8所示。U4是一款SOT-23封装的温度传感器IC，通过和电路配合可以实现模块的过温保护输出微调模块分析

PT1103030模块的微调模块外部应用电路如图7所示。模块的微调输出电压正／负偏输出的控制脚分别是9和10脚，正偏微调电阻Ru，通过场效应管Q2接地，负偏微调电阻Rd通过场效应管Q1接地。当需要输出进入正偏模式时，只要在Q2的栅极施加高电平，使Q2导通，R回路导通，通过内部功能，防止模块电路出现异常过温烧的隐患。过温保护电路在模块温度超过OTP保护阈值时，会自动将INHIBIT使能管脚电压下拉，输出全局关断电压。

过温保护不采用芯片内置的过温保护电路，主要是考虑到POLA模块上的多种控制芯片的过温保护阈值存在离散性。而通过OTP电路实现全局过温联动，确实是不错的专业设计考虑。

dc电源范文第4篇

DC-DC转换器的MCM模块早在5、6年前就作为电源电路小型化和简单化的杀手，应用于服务器和通信产品中。现在它虽然出现在PS3等高端产品上，但是将来不仅会向中端产品延伸，而且还会广泛应用于其他领域。最早于2008年，市场上将会推出采用DC―DC转换器MCM模块的笔记本电脑。

目前，有几家半导体厂商根据不同用途正在开发用于DC-DC转换器的MCM模块。其中包括面向多相电源产品的、供给电流超过100A的MCM模块，以及类似于ASIc或FPGA封装的POL转换器MCM模块。

元器件数量减少，体积变小

用于DC-DC转换器的MCM模块把高端功率MOSFET和低端功率MOSFET以及功率MOSFET的门驱动芯片集成在一个封装内。只要外接电容器、电感器和PWM控制器等元件后，就可形成一个DC-De转换器。目前，半导体厂商们正致力于在上述基础上加入PWM控制器和电感器。

DC-DC转换器的MCM模块价格在300日元左有(约合20元人民币)，分立元件产品只需150日元(约合10元人民币)，但是，它能迅速普及主要有以下4大理由：元器件数量相对减少；封装面积减少；电路设计和散热设计相对简单；在控制芯片尺寸的基础上比较容易实现大电流化。例如，元器件数量可减少50％左右。一个输出只有几十w的DC-DC转换器，如果以分立元件实现，则需要20个30个元件。如果采用凌力尔特公司的DC-DC转换器MCM，仅需几个元件即可。控制1MHz开共频率时的损耗

与分立方案相比，MCM模块可降低50％的封装面积。以东芝的6通道多相电源为例，采用DC-DC转换器的MCM模块之后，尺寸可控制在90mm×50mm之内。

采用MCM技术后，在减小封装面积的同时，还可提高开关频率。例如，以分立元件实现10A输出的DC DC转换器，其开关频率在200kHz-400kHz之间，采用MCM技术后nJ达到1MHz。这样，输出电容器和电感器的体积可以相应缩小。

在1MHz开关频率、12V输入电压、1.3V输出电压、无空调的条件下，将瑞萨R2J20601HP DC DC转换器MCM模块和其他分立元件方案进行比较可以看到，由于开关频率大幅提高，电源转换效率相应提高了6％。一般来说，开关频率提高后，开关损耗也会随之加大，电源转换效率也无法得到提高。但是，DC-DC转换器的MCM模块在1MHz的开关频率下不会有任何损耗。

电源转换效率提高，主要是因为在对功率MOSFET特性、开关控制做了优化处理，并且通过缩短布线降低了阻抗。例如，分立元件方案在实现DC DC转换器时有50ns的死区时问，而采用MCM技术的DC-DC转换器只有几ns。

上述几个优点大大减轻了电路设计的负担。而且由于电源转换效率有所提高，使得DC-DC转换器的散热设计容易很多。

大电流化场合是MCM发挥的舞台

模块小型化和人电流化对于多相电源、POL转换器很有必要。要增加CPU和FPGA等的供给电流，必须加大DC-DC转换器的输出。如果以分立元件实现，肯定会增加元器件的数量或者封装面积。

就服务器而言，英特尔的双核处理器Core 2 Duo或四核处理器Core 2 Extreme需要120A-1 30A的驱动电流。一般来说，以4个30A输出的多相DC-DC转换器就可实现驱动。如果采用分立元件方案实现，则单相需要2个高端和2个低端功率MOSFET，共计4个。4相总共需要16个功率MOSFET。虽然这个数量在目前来说还能封装在土板上，但是今后必然要加以改善。因为随着技术的不断进步，CPU的运算性能不断提高，功耗电会随之增大，而且将来可能会同时使用多个CPU。这样，相数量的增加势必要提升DC―DC转换器的输出，元器件的数量势必会急剧增加。

大电流化是笔记本电脑急需实现的。目前，笔记本电脑CPU的功耗为40A-50A左右。一般来说，需要2个20A的两相DC-DC转换器．功率MOSFET至少需要8个。但是今后笔记本电脑趋向于采用台式电脑的高性能CPU，需要能提供100A以上电流的DC-DC转换器，电源小型化问题必须解决。

通信产品和人型服务器等使用的POL转换器也在向大电流化方向发展。最新的FPGA最大功耗已达到40A-50A，POL转换器的输出也要提高。如果以分立元件方案实现，封装面积较大，POL转换器无法配置在FPGA旁边。如果采用MCM技术，则上述问题迎刃而解。

多相还是POL取决于是否内置PWM

DC-DC转换器的MCM模块按用途可以分为用于多相电源的产品和用转换器的产品。用于多相电源的产品需要几个MCM模块同时工作，并外接PWM控制器。而用于POL转换器的产品可单独工作，且PWM控制器以内置。

多相电源的模块包括基于英特尔DrMOS标准(集成了驱动器和MOSFET的系统级封装)的MCM和非基于英特尔标准的MCM。前者需要满足DrMOS标准的下列要求：开关频率在500kHz以上；压范围在0.5V-1.5V；输出电流在25A以上；封装尺寸为8mm×8mm。

此外，封装内的高端/低端MOSFET和门驱动电路都在最小尺寸范围内。后者除上述要求外，还采用了电感器和抗EMI电容器。封装方面，前者采用QFN，后者采用LGA。

DrMOS的方便性

飞兆、恩智浦(NxP)、瑞萨和东芝等公司的MCM产品都符合DrMOS封装标准。但各大半导体厂商还希望通过加大输出电流、提高MCM可靠性等方面增加产品的含金量。

瑞萨的R2J20602NP输出电流达到40A。如果用于120A的Dc-Dc转换器，只需三相即可，而其他产品则需要四相，实现了减少元器件数量的目的。R2320602NP的电源转换效率也经过了调整，35A输出情况下的电源转换效率约为82％，与上一代产晶相比提高了5％。布线并没有采用引线键合技术，而是采用了被称为“铜线夹(cu clip)”的无线铜板技术。采用 该技术后，既大幅降低了阻抗，又控制了开关损耗。

东芝非常强调产品的可靠性。该公司的功率MOSFET在铜制的引线框上。这种方法与采用利比，不太容易发生由温度过高或过低引起的芯片脱落现象。该公司的试验结果表明，新技术使产品的耐久性提高了5倍以上。

内置电感器

非基于DrMOS封装标准的多相电源MCM产：品有IR公司的iP2003A、凌力尔特的LTM4600、LTM4602等。iP2003A的最大输出电流可达40A，用于100A以上的产品时，可以起到减少相数的作用。虽然比基于DrMOS标准的产品稍大，但是它的电感器是内置的。输出电流方面，LTM4600为10A，LTM4602为6A，主要应用于电流为50A以内的FPGA或DSP。

重视低电流

预计在2007年中，业内将推出而向笔记本电脑的DC－DC转换器MCM模块。瑞萨和东芝正在研发这种模块，东芝已于2007年春开始向部分客户提供样片。

据这两家公司介绍，面向笔记本电脑的DC-DC转换器MCM模块针对高端，低端功率MOSFET进行了改良，提高了10A以下输出时的电源转换效率。由于以前的DC DC转换器MCM模块大都应用于使用交流电源的电器，而笔记本电脑需要电池驱动，需要几十100A电流的情况比较少，往往10A以下就可以完成操作。因此，控制10A以下的电源损耗对电池驱动的笔记本电脑来说十分重要。

东芝计划针对笔记本电脑开发两款产品。一款是接近TBT004EL的产品，最大输出为40A。主要面向CPU驱动。另一款是输出仅为20A的产品，主要应用于作为笔记本电脑的辅助电源向图形处理芯片和存储器模块提供电源。

面向个性化的PoL

面向POL转换器的MCM有很多不同的种类。其中输出电流最大的是瑞萨科技的RZl20701NP，达到35A。该产品不仅集成了PWM控制电路，而且封装尺寸和基于DrMOS标准的产品相同。

凌力尔特公司的LTM4601、LTM4603均集成了电感器，前者的最大输出为12A，后者为6A。该公司计划近期推出输出电流在4A以下的小尺寸产品。

dc电源范文第5篇

【关键词】STM32 DC-DC电源 Sepic变换电路

1 Sepic变换电路原理

Sepic变换电路是6中基本的DC-DC开关电源拓扑结构之一，其特点为：既可以升压，也可以降压，输入电压与输出电压同极性。

如图1，左端为输入电压Vin，右端为输出平均电压Vout。在一个周期内，当开关V闭合，电源为电感L1充电，同时耦合电容C1经开关V为电感L2充电，续流二极管D1截止，此时，输出端滤波电容C2维持负载两端的电压；当开关V断开，电感L2经续流二极管为负载供电，同时，电感L1释放能量为耦合电容C1充电，在同一个时刻电容C1、续流二极管D1为负载供电，在断开情况下流过续流二极管D1的电流iD为电感L1、电感L2流过电流之和。输出平均电压Vout可由下列关系式得到：

式中，ton为开关每次接通的时间，toff为开关每次关断的时间。由上式可以看出，只要控制好一个周期内开通与关断的时间，就可以设置该电源为升压型或降压型。

开关电源的核心是对开关的开通和关断时间的控制，一般选用全控型器件作为开关器件如绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等。续流二极管采用肖特基二极管可以降低导通压降，提高转换效率。在开关周期T恒定，通过改变脉冲宽度ton来改变占空比，这种方式称为脉冲宽度调制（PWM），用来实现对电压幅值频率的控制。

2 基于STM32的PID控制原理

本文选用STM32f103为例进行讲解。使用stm32单片机作为核心，采用闭环反馈控制，控制系统如图2。

该控制系统的传递函数为：

设定值与输出控制值之间的关系：

（3）式中，e（t）=R（t）-Uout（t），Kp为比例系数，TI为积分时间常数，TD为微分时间常数当输出值与设定值不同时，PID调节器就会快速稳定响应（比例控制能够提高系统的动态响应速度，迅速反应误差从而减小误差；积分控制的作用消除静差；微分控制用来减小超调量，克服震荡，使得系统稳定性提高），通过定时器输出不同占空比的PWN波来精准控制IGBT的开通与关断从而控制输出电压。需要注意的是，由于stm32最大出3.3V电压，不能直接驱动IGBT的导通与关断，因此需要在stm32单片机与IGBT之间添加驱动电路。

整个电路的逻辑框图如图3所示。

3 仿真结果

本设计采用了Multisim 14.0进行系统仿真，设计输入为10V，输出可调范围为3V至40V。输出波形如下：

由4、5图可以看出，在输入10V的情况下，通过改变PWM的占空比，可以在2V至40V之间进行自由快速切换。

在输出端加入LDO线性稳压装置，采用分立元件，可以有效降低纹波，提高整个电路的稳定性。

4 结语

在电子技术快速发展的今天，电子产品正朝着小型化，智能化的方向发展。本设计正是着眼于电子产品发展趋势，通过主流的STM32单片机，实现了对直流电源快速精准的控制并且实现了小型化，智能化，为电子产品内部节省了宝贵的空间，降低了功耗，符合国家节能减排，绿色发展的理念。

参考文献

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作者单位

dc电源范文第6篇

关键词： 智慧电源； 模块电源； 并联系统； 实时局域网

中图分类号： TN86?34； TM46 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）02?0149?05

Abstract： In order to solve the cooperative work problem of the multiple modular power supplies， the concept and architecture of the intelligent power supply are proposed. The intelligent power supply includes three key technologies of the modular power supply， real?time local area network and intelligent control. The three technologies are analyzed. On the basis of the architecture of the intelligent power supply， a parallel operation system composed of three DC?DC circuits was designed and tested. The control of current sharing and efficiency optimization was realized with the system. The theoretical analysis and experiment results verify that the intelligent power supply is an effective， general thought and method to solve the cooperative work problem of the multiple modular power supplies.

Keywords： intelligent power supply； modular power supply； parallel system； real?time local area network

0 引 言

传统的电源（本文电源一词指广义的开关电源）是集中的、定制的模式，即负载有多大功率，配套的电源就设计多大的功率，这种模式有如下弊端：定制的模式不利于生产的组织、管理；集中的电源一旦出现故障，整个系统就会失效。为了克服这些弊端，分布式的模块电源应运而生。模块电源由多个标准的电源模块经过并联或串联后一起协同工作，给负载供电，电源的总功率会留有一定的冗余，如果某个模块出现故障，系统会自动关闭故障模块，并不影响整个系统的工作。与传统的集中式电源相比，分布式模块电源具有上述显著的优点，因此近年来得到重视和推广。但是，模块电源在使用时需要解决好各个电源模块如何协同工作的题，这其中的研究热点包括：并联时，如何解决好负载电流在各个模块之间的分配、如何提高整体效率及可靠性等问题。对于这些问题，前人已经做了很多研究，取得了不少成果。文献[1]研究了DC?DC并联均流的模拟控制方式，提出了减小模拟系统控制误差的方法。文献[2?3]研究了DC?DC并联均流的数字控制方法，采用电压外环、电流内环的数字双环控制，加平均电流调节取得了较好的均流效果。文献[4?5]提出了按照各个并联电路的效率确定电流分配系数，并提出了建立效率模型和进行在线参数估计等方法，这些方法在进行电流分配的同时，提高了整体效率。文献[6]研究了DC?DC并联系统在模块热切换时过电流的抑制策略，这进一步提高了系统可靠性。以上文献成果各有其闪光点，但是这些成果往往是就事论事，本文试图从智慧电源这个更广阔的角度来看待模块电源并联时电流分配、效率优化等问题。本文以DC?DC模块电源并联运行的电流分配、效率优化问题为例，提出了智慧电源的概念、组成架构，并设计了一套基于智慧电源架构的DC?DC模块电源并联运行系统，成功进行了电流分配、效率优化等管理。

1 智慧电源概念

时下有“智慧地球”、“智慧城市”、“互联网+”等热门概念，上述概念的思路是把传统的产品、行业与网络通信技术、智能控制技术相结合，从而催生出新产品、新业态。尽管前面所述的几个概念很热门，但是“智慧电源”的概念很少有文献提到，与智慧电源相近的一个概念“智能电源”被提到的也不多。文献[7]提出物联网智慧电源的概念，提出采用GPRS技术将电源连接到互联网，实现对电源的远程监控。文献[8]提出用物联网对实验台电源实现联网，设计出一套智慧实验室电源管理系统。文献[9]设计了智能多通道DC?DC供电系统，能根据负载的变化，自动切换电源通道。这些文献提到的智慧电源、智能电源的概念与本文所提智慧电源的概念有较大的差异，因此，为了避免混淆，先定义、阐述一下本文智慧电源的概念。本文所述智慧电源指的是将分布式模块电源与实时局域网技术、智能控制技术相结合而形成的一种全新的电源产品。智慧电源属于模块电源技术、实时局域网技术和智能控制技术这三大技术的交叉领域，其关系如图1所示。

dc电源范文第7篇

特定应用拓扑DC/DC控制器的推出，MOSFET开关、VDS额定值和RDS(ON)的改进，以及PulserEngineering、Coilcraft、Tokin等公司提供的现售平面电源变压器和电感器，为设计师提供了不同的隔离式DC/DC转换器开发途径。人们常常需要自制隔离式DC/DC转换器，需要完全控制所用组件，以在产品的整个寿命周期内保证质量和设计完整性。其它原因还包括需要标准产品不提供的附加功能，或需要特殊的外形尺寸，以及降低成本。

隔离式正激转换器

高密度隔离式DC/DC转换器最流行的拓扑之一是正激转换器，这种转换器可以提供高达500W的功率，在有些情况下还能提供更高的功率。凌力尔特公司提供单开关和关正激式控制器，这些控制器用主端和副端电路实现同步MOSFET的控制、定时和驱动。这些控制器电路具有同步整流和多项(PolyPhase)交错功率级。不过，正激转换器现在也能提供同样的功能。LTC3706副端同步控制器及其伴随器件主端智能驱动器LTC3725可以用来开发具有降压型转换器性能的隔离式正激转换器。

1/8砖演示电路DC1031A-B在副端采用了LTC3706控制器，在主端采用了自启动LTC3725智能驱动器。输出电压开始上升时，副端控制器LTC3706通过T1、D1和Q2迅速加电。然后LTC3706通过信号变压器T2向主端驱动器LTC3725发送PWM栅极编码脉冲，以承担控制输出电压的任务。接着，LTC3725作为一个简单的驱动器工作，通过T，接收输入信号和偏置电源信号。图1还给出了这个3.3V输出电路的效率曲线。输出电压范围为0.6V-52V，视输出电压的不同，在固定工作频率时可以达到95％以上的效率，频率可在100kHz-500kHz范围内选择。

实现高密度隔离式DC/DC正激转换器的另一种方法是采用LTl952-1主端控制器和LTC3900副端同步检波器控制器。这个电路可以用或不用实现输出电压反馈的光耦合器，不用光耦合器的电路如图2所示，这个电路是个非常有用的总线转换器，就中间总线转换而言，可以接受±5％的总体输出电压调节。下游存在负载点(POL)稳压器，而且负载点稳压器通常有2：1的输入电压范围，因此，未经严格调节的总线转换器不会出现调节问题，允许通过去掉光耦合器和有关驱动器来简化电路，这样还可以提高总体效率。输出电压反馈来自T1变压器额外的初级绕组。这个电路的效率高达95％，图2所示为不同输出电压时的情况。用光耦合器闭合反馈环路的直接输出电压检测也可以纳入，而且可以获得好于±0.5％的总体调节。这个单开关正激转换器以高达500kHz的开关频率工作，在高达500W的功率级时，可以产生1.23V-52V的输出电压。

隔离式同步和非同步反激转换器

设计隔离式DC/DC转换器的一个最简单且公认的方法是采用反激拓扑。这种拓扑通常用于高达80W的功率级，仅需要一个磁性组件，即电源变压器，无需输出电感器，因此，简化了设计并降低了成本。

图3所示电路是DCll00A演示板，该电路将18V-72V的输入转换成隔离式3.3V/3A输出，效率为82％，占板面积为1.6英寸×0.55英寸。这个设计采用了LTC3803电流模式反激PWM控制器和LT4430光耦合器驱动器，这两个器件都采用纤巧的6引脚ThinSOT封装。LTC3803以固定的200kHz或300kHz频率工作，具有非常低的启动电流，仅为40μA。低启动电流的好处是，能够用阻值高的输入电阻和电容值低的电容器实现电源快速启动，而且电路尺寸较

小，功耗较低。一旦该器件进入工作状态，就可以通过肖特基二极管和串联电阻，用一个单独的初级变压器绕组供电，以进一步提高效率。就非隔离式设计而言，输出电压通过相同的二极管和电阻电路，可以用来为LTC3803供电。

LTC3803的过流保护门限电压固定为10mV，这允许该器件使用低值、低功率电流检测电阻(就10W输出和48V输入电压设计而言，典型值为68mΩ、1/4W)，从而进一步降低了功耗。LTC3803可以调节低至0.8V的输出电压，具有内部软启动功能，可降低浪涌电流，降低输出电压过冲。恒定频率工作，一直保持至轻负载，从而在宽负载电流范围内产生较少的低频噪声。基于LTC3803的电源具有可调斜率补偿，以最低的输出电容实现快速瞬态响应。

LT4430是光耦合器驱动器，在士0.75％容限时具有精确的0.6V电压基准，还含有高带宽(9MHz)误差放大器。这个器件将这3种功能组合到一个封装中，简化了设计。LT4430具有3V-20V的宽输入电源电压范围，光耦合器驱动器提供高达10mA的电流，并具有短路保护能力。

反激控制器LTC3805与LTC3803相比，具有更多功能，如工作频率可编程、.同步至外部时钟、可调软启动和可编程接通电压。用户在标称输入电压为48V的应用中使用这个器件时，也许想对器件编程，以在较高的电压而不是9V(在欠压闭锁时通常是这样)上接通。编程是通过RUN引脚上的分压器实现的。LTC3805也是电流模式PWM控制器，启动时仅需要40gA电流。

对较高效率(高达90％)的隔离式反激转换器的需求日益增加。传统上，在隔离式反激电源中同时实现简单性和高效率一直很难。实现高效率常常需要使用先进的副端同步整流电路，这种电路一度只用于较高功率的应用。这会增加器件数以及同步驱动器、基准电压和通常用来保持隔离的光耦合电路的设计复杂性。LT3825和

LT3837通过提供精确的同步整流定时、去除反馈环路中的光耦合器并保持卓越的调节和环路响应，简化了低输出电压、中功率反激电源并提高了这类电源的性能。图4是原理图，以高达90％的效率将48V的标称输入转换成3.3V/12A输出。这个解决方案还适用于9V-36V的输入电压范围。

结语

dc电源范文第8篇

跨多种应用领域的系统设计人员具有类似的需求以及对倾向于采用 dc/dc 电源模块的要求。最经常提到是对更薄厚度、更小面积、更高效率及更大功率密度 [1] 等特性的需求。新一代 dc/dc 电源模块应运而生，正开始步入市场以满足上述要求。这些双输出和三输出隔离式模块运行于标准的 -48V 局端电源中，可提供 3W～100W 的功率。它们包括输出电压最低达 1.0V 的模块及最高输出电流达 30A 的模块。

尺寸

系统设计人员为在更小空间中实现更高性能的信号处理电路，所面临的竞争挑战日益激烈。先进的 DSP 与 ASIC 有助于提供此功能，但需要更多电压较低的电源轨，并需具备高精度排序与调节。通过减少实施电力系统所需的整体模块数，最新的多输出电源模块满足了这一要求。

描述模块效率面积（平方英寸） 成本(1千/年) 多个单输出隔离式模块33W效率 单输出3.3V/9A89.0%3.742.38美元 20W 单输出 2.5V/8A75.0%3.0638.52美元 总计：77.6%9.82119.42美元 单个三输出隔离式模块25A 三输出3.3/2.5/1.8V87.0%5.4196.64美元

多输出电源模块提供了可节省板级空间的独特设计选择。分布式电源架构正逐渐渗透电信与数据通信市场。就需要超过三种不同电压的应用而言，设计人员可使用多输出模块提供电源总线隔离，并可为各种负载点模块供电。这种配置使设计人员不必再担心使用所有单输出模块所需的板级空间。

电气性能

排序

最新的 DSP、ASIC、FPGA 及微处理器需要多个低电压，并可能要求复杂多变的加电／断电排序。由于产品上市时间的限制，众多更高级产品（其中电源模块仅是该产品的一个组件）的设计没有时间或板级空间来构建外置排序电路。而且，即便不受时间与板级空间的限制，他们也必须考虑组件成本的增加。比较简单的解决方案就是选择采用可利用新型内部排序多输出电源模块的系统电源架构。

例如，诸如德州仪器 (TI) PT4850 系列的三输出模块的加电特性就能够满足微处理器及 DSP 芯片组的要求。该模块运行于标准的 -48V 输入电压下，其额定组合输出电流可达 25A。输出电压选项包括一个用于 DSP 或 ASIC 内核的低电压输出，以及两个用于I/O和其他功能的额外电源电压。

PT4850提供了最佳的加电顺序，可监视输出电压，并可在短路等错误情况出现时提供所有电压轨道的有序关闭。所有三个输出均在内部进行排序以便同时加电启动。

在加电启动时，Vo1起初升至约0.8V，随后Vo2 与 Vo3 快速增加至与 Vo1 相同的电压数。所有三个输出而后一起增加，直至每个均达到其各自电压为止。该模块一般在 150ms 内产生完全自动调整的输出。在关闭时，由于整流器活动开关的放电效果，所有输出快速下降。放电时间一般为100µs，但根据外部负载电容而有所差异。

效率

在低功率应用中，即便最小的 dc/dc 电源模块可能也会有数百毫瓦的静态损失。这解些损失主要由耗费功率的组件造成的，如整流器、交换晶体管及变压器。如果使用一个部件来提供原本需要二至三个独立分组部件所做的工作，那么就可以减少耗费功率的组件总数量。如表1所示，这提高了 9.4% 的效率。

一些最新的多输出模块可在全额定负载电流中以 90% 的效率运行。这样的高效率恰恰是由那些使用 MOSFET 同步整流器的拓扑实现的。该整流器消耗的电量比上一代 dc/dc 电源模块中使用的肖特基二极管耗电要少。

互稳压

最新的多输出电源模块采用先进的电路，消灭了互稳压问题，提高了输出电压的波纹和瞬态相应。根据以前的经验，在模块的任何一个输出上增加输出电流均会导致其他输出上的电压改变。TI 的 PT4850 与 PT4820 系列三输出模块则解决了这一问题。新一代电源模块在隔离阻障的输出端上就每个输出都采用稳压控制电路。通过专有磁耦合设计，控制信号可在模块初级端与二级端之间进行传递。图5显示了输出一 (≤5mV) 在输出二负载增加情况下的变化。

瞬态与波纹

PT4820 与 PT4850 系列具有出色的瞬态响应和输出电压波纹性能等特点。该模块的三逻辑电压输出是独立调节的，这有助于可与单输出电源模块相媲美的瞬态响应 (≤200µSec) 和输出电压波纹 (≤20mV)。

成本

多输出电源组件不再需要两个或更多单输出器件，这就减少了成本。表1显示了电源相同的一个25A三输出模块与三个单输出模块的对比。

在分布式电源应用中，设计人员通过利用单个多输出模块和非隔离式负载点模块（图2）替代了高成本的单输出砖，从而实现了成本节约。也可以实现，由于多输出模块在更少组件情况下也可得以实施，因此进一步节约了成本（和板级空间）。例如，在某些应用中，多输出模块仅要求一个热插拔控制器和输入去耦电容器。相反，这些组件在电源系统中则必须与每个单输出砖结合使用。

产品上市时间是一种间接成本，利用多输出电源模块可减少该成本。这种成本节约主要是由于 OEM 厂商减少了设计、测试和制造等资源。

故障管理

设计人员必须确定其电源系统如何对故障情况进行响应。当今的多输出电源模块结合了先进的故障管理功能。这些功能包括过压、过流和短路保护，有助于防止损坏设计者的电路。

输出过电压保护利用的是可不断检测输出过电压情况的电路系统。当电压超过预设级别 (preset level) 时，电路系统将关闭或箝住电源输出，并使模块进入锁定状态。为了恢复正常操作，一些模块必须主动重启。这可通过立刻消除转换器的输入电源得到实现。为了实现故障自动保护运行和冗余，过电压保护电路系统是独立于模块的内部反馈回路的。

过电流保护可防止负载错误。在某些设计中，一旦来自模块的负载电流达到电流限制阈值，如果负载再尝试吸收更多电流的话，那么就会导致模块稳压输出电压的下降。该模块不会因为持续施于任何输出的负载错误而损坏。

当模块各输出的组合电流超过电流限制阈值时（如任何输出引脚上发生短路），短路保护将关闭模块。该关闭将迫使所有输出的输出电压同时降至零。关闭之后，模块将在固定间隔时间中通过执行软启动加电定期尝试恢复。如果负载故障仍然存在，那么模块将持续经历连续的过电流错误、关闭和重启。

灵活性

电压和电流输出以及封装设计的灵活性是多输出电源模块的一个关键特性。某些制造商可提供24V（18V至36V）与48V（36V至72V）两种输入。其采用完全隔离输出的通用架构可使系统设计人员在双或三输出电路中使用模块，而不会造成过多最低负载要求或

互稳压降级的情况。 由于芯片供应商开发器件的操作电压不一定符合以前的迭代法，因此电压和电流输出方面的灵活性正变得日趋重要。众多的多输出模块都以独立调节和可调的输出电压来解决此问题。为了获得独特的电压，某些模块上的输出可从外部电压进行远程编程。此外，诸如Tyco公司的CC025等三输出系列模块还可以通过使用连接到调整引脚 (trim pin) 的外部电阻来允许输出电压设定点调整。

封装灵活性简化了主板设计人员的工作。许多现有的多输出模块都使用业界标准的砖形封装 (brick type packaging) 和面积规格，这确保了引脚兼容性和辅助货源。TI 的Excalibur™ 系列等创新型模块均采用具有表面安装、垂直通孔和平行通孔封装风格的镀锡薄板铜盒。

多输出电源模块的商业可用性为设计人员提供了极佳的灵活性。表2显示了一些制造多输出模块的业界领先供应商。这些模块存储于领先的分销商处，可为设计资格认证和最后时刻的更改提供极快的可用性。

表2、多输出模块制造商

制造商产品类型Artesyn 科技公司15W至60W双、三输出Astec20W至150W双输出爱立信30W至110W双、三输出APower-One2.5W至195W双、三、四输出SynQor40W至60W双输出德州仪器3W至75W双、三、四输出Tyco Power Systems25W至50W双、三输出

可靠性

具有高度可靠性的电源系统设计是系统设计人员始终都要面对的挑战。从内在来说，使用单个多输出模块的电源系统的可靠性要高于所有单输出模块。例如，一个三输出模块可提供1,108,303小时的额定MTBF（902.3 FIT）。与此相对照，提供相同输出电压和电流的三个单输出模块则达到了984,736 MTBF (1015.5 FIT) 的额定MTBF。多输出模块之所以具有更高的可靠性，是因为其架构中使用的总体组件数量更少。

结论

随着产业潮流要求设计人员使用体积更小、效率更高的电源供应，电源模块制造商推出了可简化系统设计及操作的多输出dc/dc电源模块，以响应上述潮流。最新的多输出模块能够通过为混合逻辑应用（诸如DSP、ASIC和微处理器等）提供稳压低电压输出而使设计人员受益。与前代产品相比，上述模块显著提高了给定面积上的功能。在某些情况下，该小型架构所占空间仅为单输出电源模块的55%。减少模块数量也可以降低成本，同时提高效率和可靠性。内置的操作和保护特性免除了开发外部电路系统的任务和费用，从而不仅节省了板级空间，而且还大大加快了产品的上面进程。

参考书目

dc电源范文第9篇

系统DC电源输出响应速度

许多设备在多种不同的DC偏置电压上进行测试，以在指定工作范围内保证正确的性能。多次改变偏置电压可能会累积几秒的时间，占测试时间的很大比重。

在把电源输出电压设置变成新值时需要几个步骤，如图1所示。这些步骤所需的时间都有限。

在电源收到一条命令时，电源会处理命令．这就是其命令处理时间。然后电源输出会作出响应，变成新的设置。在一定的稳定频段中到达最终值所需的时间是其输出响应时间。

各种系统电源之间的差异可能会非常大。表1比较了许多系统DC电源与安捷伦N6750A系列DC电源模块典型的命令处理和输出响应时间，后者是为吞吐量优化的。该模块属于N6700模块化电源系统系列，如图2所示。拥有快速输出响应可以把每次电压设置变动时间降低几百微秒。

降压编程器加快输出响应时间

在两个方向上迅速改变电压对高吞吐量测试非常关键，因此有必要提一下降压编程输出响应时间，许多电源依赖DUT的实际负荷，来降低电压。在负荷低的情况下，如果没有降压编程器，某些电源可能需要一秒的时间才能达到最终值。为高吞吐量优化的电源采用内置降压编程器。降压编程器是一条负荷电路，它迅速放电电源和DUT电容，快速进行降压编程，而与DUT负荷无关。

响应速度对测试吞吐量的影响：

汽车ECU实例

汽车电子控制单元([CU)在测试过程中可能会有最多20种偏置电压设置，如图3所示。使用为吞吐量优化的电源可以节约几秒的测试时间，对测试时间为20秒的ECU，吞吐量可以提高20％。基于明显的原因，这种改进得到了汽车电子行业的广泛欢迎系统DC电源测量速度

几乎在测试过程中一直要进行DC偏置电流测量，以确定缺陷。使用系统DC电源的内置电流回读功能、而不是外置仪表，在速度和性能方面都是明智之选。当前的系统DC电源提供了广泛的电流测量功能，适合大多数应用。值得一提的是其测量速度。通常情况下，多项偏置电流测量是在测试过程中在设备上进行的，这会累积起来，给吞吐量产生更大的影响。此外，测量精度和速度是相互矛盾的，进一步使事情复杂化。有3个步骤会影响测量时间：

1．电源收到并处理测量命令。

2．电源采集实际测量数量。

3．采集的值返回电源。

大多数通用系统DC电源采用一条传统回读电路，如图4所示。对这种传统方法，命令处理时间一般是主导因素，累加测量时延会高达100毫秒。快速ADC测量采集和返回单个读数的时间很小，通常不超过2毫秒。整个测量时间通常作为一个基准处理。

这种基本方法对许多情况(如果不是所有情况的话)在精度和吞吐量之间实现了合理的平衡。对高波峰因数电流信号，如数字手机的脉冲式耗电量，测量可重复性误差或”抖动”会影响这种平衡。对多次测量进行平均在一定程度上有所帮助，但会增加大量的测试时间。

程控积分提供了快速准确的测量结果

为吞吐量优化的系统DC电源的测量命令处理时间要低得多。许多电源还有程控测量积分时间，代替固定的ADC和低通滤波器，如图4所示．以增强性能。与传统方法一样，它可以设置成快速测量采集时间。也可以使用程控积分，抵消信号中的周期噪声和AC成分，大幅度改善测量性能，但其代价是时间会大大提高。人们熟悉的实例是在电源线周期上求积分(1 PLC，16．7或20毫秒)．以抵消AC线路噪声。安捷伦已经在许多系统电源产品中采用不同的方法，包括N6760A系列DC电源模块。它们采用程控取样周期和数字信号处理，进行快速精确的测量。在测量采集积分时间能够编程时，必需在总测量时间基准中单独考虑测量采集积分时间。

测量速度对测试吞吐量的影响

表2比较了传统系统DC电源有代表性的测量命令处理和采集时间与为吞吐量优化的电源系统的时间，在本例中是安捷伦N6760A系列DC电源模块。

从传统系统DC电源切换到为测量吞吐量优化的电源可以把测量时间从大约100毫秒降低到最低只有几毫秒。对ECU之类的测试设备，通常会进行多项耗电量测量。可以简便地节约另外0．5－1秒的时间，有效改善了测试吞吐量。半导体设备测试则要更加严格。由于测试时间只有几秒或更低，因

此即使100毫秒长的测量也没有空间。

在使用多个输出时实现更高的吞吐量

系统DC电源中设计的功能和程序命令对测试时间的影响可能要超过出响应和测量速度的影响。一个实例是使用多个DC输出．为拥有多个偏置输入的设备供电．或并行测试多台设备，如图5所示。最经常的情况是需要单独发送和处理每个DC电源输出变化或测量读回操作，甚至对多个输出系统DC电源也是如此。能够在多个输出中同时执行类似操作会明显改善测试吞吐量。在并行设备测试中．其较顺序测试各台设备可能要改善几倍。在测试时间只有几秒长，并且已经通过传统方式优化时，这为大幅度改善吞吐量提供了有效的备选方案。N6700模块化电源系统提供了一个通道列表命令集，在多个输出模块上同时支持类似操作，以实现更大的测试吞吐量。

结语

系统DC电源是既供电又测量的部分仪器之一，其对测试吞吐量的影响要超过通常的预期水平。必须认真考察和基准测试供电和测量速度属性，以评估其测试吞吐量的影响。切换到为吞吐量优化的系统DC电源可以把测试时间降低几

秒的时间．同时提供快速准确的测量功能。

除速度基准外，同时操作多个输出等功能可以明显提高吞吐量，传统手段的作用甚微。对并行设备测试，同时操作可以明显把吞吐量改善几倍。

dc电源范文第10篇

【关键词】抗干扰;电源芯片;智能;误差放大

Abstract：In recent years，with the rapid development of new energy technology，develop a high efficiency and energy saving，service life long power chips become a hot spot.AC/DC switching power supply converter source with its advantage of price and volume efficiency，has been widely applied in the field of small power sources.Based on the working principle of AC/DC switching power supply converter，found that the error amp had a great influence on the precision of the power chip，and accordingly puts forward a kind of combined error amplifier，would reduce the output voltage of the light load to full load to 40 mv.And put forward the intelligent resistance peak circuit，reduced the LEB end and the switch is off，the time lag of safety performance improvement.This chip test，finally found the ESD resistance up to 10 kv，chip performance is stable.Hope for the future power supply chip design to provide the reference.

Keyword：anti-interference;power chips;intelligent;error amplifier

引言

AC/DC开关电源转换器以其价格、效率、体积等优势在小功率电源领域得到了广泛应用，电脑、显示器、路由器、移动设备都离不开AC/DC开关电源[1]。经过数十年的发展，开关电源的功率、工作频率等都大幅提升，但是由于电源中的电流和电压不能突变，交替过程中会产生功率损耗。研究表明，此损耗与频率成线性关系，因此电源工作频率越高，损耗也就更大。

近些年来，随着新能源技术的飞速发展，研发一种高效节能、使用年限长的电源芯片势在必行[2]。从需求来看，电源发展趋于智能化、集成化、数字化、微型化、高频化等方向[3]。本文基于AC/DC开关电源转换器的工作原理，设计了一种PFM型恒流恒压模式抗干扰AC/DC适配器。设计中发现误差放大器对整个电源芯片的精度影响很大，据此提出一种组合式的误差放大器，设置两条不同增益的误差放大电流，分别为40倍和400倍，将轻载到满载的电压输出降低到40mV。减少了LEB结束与开关断开的时间差，使安全性能提高。经过试验测量，发现本电源芯片抗ESD能力达到10kV，性能稳定。

1.AD/DC开关电源工作原理

AC/DC开关电源输入信号为低频交流电压，输出信号为直流电压和电流，中间的转换过程通过整流电路和滤波器完成。由于开关电源极易受到干扰，一般都是隔离放置。电路内部还需要升压装置，故器件本身体积较大。

其工作原理是[4]：交流信号首先经过桥式整流器和PFC功率校正器，在经过EMI滤波器变成类直流信号，随后经过升压装置进行耦合传输，开关导管完成信号输出。开关电源一次传递的能量由PFM控制开关的占空比确定，在输出端完成整流后实现AC/DC转换。其电路结构示意图如图1所示。

图1 AC/DC开关电源电路结构

上述系统一般通过光耦合将输出的电压信号反馈给电源芯片，图1中的电压信号以原边反馈形式输出。电源芯片负责求出参考电压信号与反馈电源信号的误差，并通过误差放大器将其放大。此误差为控制系统工作频率和脉冲宽度的信号，直接决定占空比和传递能量的大小。

根据本文的相关要求，初步设置电流误差不超过10%，电压误差不超过5%，输出恒压电压的波动值小于0.2V，电源转换效率不低于70%，电磁干扰裕量设置为6dB，抗ESD能力达到8kV以上。选用PFM型恒流恒压模式抗干扰AC/DC适配器，芯片内部系统框架如图2所示。

图2 电源芯片内部系统框架

2.芯片重要模块电路研究

芯片中至关重要的模块就是带隙基准电压源，其作为整个电路原始电压参考值，影响着整个系统的性能[5]。带隙基准电压源电路稳定后才能提供参考电压Vref，此电路的电压由VCC提供，变化范围在9V～18V，工作环境欠佳。本文对其进行改进，将VCC的电压降低到 6V，在通过高压管给芯片带隙基准电压源供电，这样可以使电压源较为稳定。改进之后，芯片核心电路不在需要高压管，会节省其体积并降低制造成本。

低压线性差稳压源可以给芯片内部电路供电，并供给一些偏置装置。一般情况下，低压线性差稳压源的供电能力要不低于2mA，此为电路的满载电流。电流过低，低压线性差稳压源的电压将会降低，导致电路无法工作。

误差放大器可以提高输出电压精度，其系统电路如图3所示。

图3 误差放大器电路

传统放大器的输出电压为：

其中，VH为误差放大器的正端电位，V;Vref为误差放大器的负端电位，V;gm为跨导，S;RO为上电阻，Ω;VDC是DC端的电位，V。

为了增大芯片的控制范围，将输出电压的范围设置为1V～5V，重载时的输出电压取1V，轻载时取5V。将其进行折算，得到的输出电压偏差为：

其中，R1为下电阻，Ω;NS、Naus为电感，如图3所示。

说明传统芯片轻载与满载变化过程会出现0.2V的电压差。为了克服这个问题，提出一种复合放大电路，其包含快、慢两条增益电路。在负载迅速变化时，快速通路作用;当系统接近稳定时，慢速通路作用。这样两个增益通路共同作用实现了电源芯片的高精度输出，从而保证了系统的稳定性。改进的误差放大器电路如图4所示。

图4 改进的误差放大器电路图

3.芯片系统测试

对AC/DC开关电源转换器芯片各个部分进行设计之后，最终得到的电源芯片含有5个pin脚，其典型应用电路连接如图5所示。

图5 电源芯片典型应用电路连接

由图5可以看出，整个芯片所需要的电量都是由电容C提供。OUT是输出脚，可以控制开关管的连接与断开。对芯片系统进行测试，结果见表1。

表1 芯片系统板端实验数据

90V 264V

I（mA） U（V） 纹波（mV） I（mA） U（V） 纹波（mV）

0 4.85 44 0 4.85 47

100 4.9 68 100 4.91 69

200 4.95 73 200 4.96 77

300 5 82 300 5.02 88

400 5.04 92 400 5.03 93

500 5.09 94 500 5.09 101

600 5.15 99 600 5.13 110

700 5.19 119 700 5.19 118

800 5.24 120 800 5.24 130

900 5.28 130 900 5.29 138

1000 5.32 150 1000 5.33 141

1025 5.32 152 1025 5.35 156

1050 5.17 160 1050 5.06 150

1091 4.75 158 1075 4.75 148

1105 2.5 148 1086 2.5 155

为了满足不同国家的需求，芯片系统电压选择了90V和264V两种初始条件。从表1中的数据分析，线损补偿大约为10%，基本接近设计目标9%。整个系统补偿过程为类似线性补偿，最大波纹出现在电流为1050mA时，为160mV，小于200mV的设计值。系统的转换效率约为74%，达到高效的要求。电源芯片抗干扰裕量为7.6dB，大于设计值6dB。气隙放电模式的系统能抵抗10KV的ESD干扰。经测试，本芯片系统满足各项设计指标。

4.结语

随着新能源技术的飞速发展，研发一种高效节能、寿命长的电源芯片势在必行。本文基于AC/DC开关电源转换器的工作原理，设计了一种PFM型恒流恒压模式抗干扰AC/DC适配器。讨论了带隙基准电压源、低压线性差稳压源、误差放大器等字模块。设计中发现误差放大器对整个电源芯片的精度影响很大，据此提出一种组合式的误差放大器，设置两条不同增益的误差放大电流，分别为40倍和400倍，将轻载到满载的电压输出降低到40mV。减少了LEB结束与开关断开的时间差，使安全性能提高。经过试验测量，发现本电源芯片抗ESD能力达到10kV，最大波纹为160mV，电源芯片抗干扰裕量为7.6dB，且性能稳定。希望为今后AC/DC开关电源转换器的设计制造提供帮助。

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