dc电源范文

dc电源篇1

关键词：电磁兼容、EMC，军用，车载，DC-DC，开关电源

随着民用汽车上成熟稳定的电子配置越来越多，功能越来越完善便捷，军用汽车也逐步加入了民车中时尚的电子元素，而作为军用汽车，由于其使用场合与民用汽车有很大差别，并且常会在车上外接一些特殊的军用设备，如军用电台等，因此，军用汽车上会装备一种DC-DC开关电源，为军用外接设备供电。

电磁兼容（EMC）指标是整车VTS指标中的重要组成部分，为保障整车通过EMC试验，车内各电子电器零部件均需满足相应的EMC性能。军车作为系统级产品，需通过GJB1389A中陆军地面系统所规定的EMC试验；而作为车辆来说，军车还需通过国家规定的相关法规要求。因此，作为军用车载电子电器零部件，既要满足GJB151B中陆军地面分系统所规定的EMC试验，同样也要达到整车厂关于汽车零部件的各项EMC指标。这就对军用车载电子产品的EMC性能提出了更高的要求。

军用车载DC-DC开关电源的EMC设计要综合考虑“军用”和“车载”两方面因素。既要满足汽车电磁兼容设计需求，又要满足军用分系统电磁兼容设计需求。因此，军用车载DC-DC开关电源的EMC设计面临着严峻的考验，在电路设计、PCB设计、元器件选型、机壳设计及线束设计等诸多方面均需要考虑EMC要求，并加入相应设计元素，以满足产品的EMC性能要求。

1 电路设计

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，S持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和 MOSFET构成。开关电源电路中产生干扰源的主要器件是开关管和变压器。开关电源的分布参数也是多数干扰的内在因素，开关电源和散热器之间的分布电容、变压器初次级之间的分布电容、原副边的漏感都是噪声源。

（1）EMI滤波器设计及仿真

DC-DC开关电源，为滤除差模噪声和共模噪声，实现电源和前级系统互不干扰，满足电磁兼容指标要求，一般设计输入母线端两级滤波电路，即入口EMI滤波器电路。滤波器中差模电容及差模电感的选择，需要同电源的工作频率和滤波器的截止频率来计算。下图为X型号DC-DC开关电源入口EMI滤波器的电路设计及仿真结果。

（2）RC吸收电路

根据对开关电源电磁兼容性的分析，干扰源主要由开关管的快速通断所产生的高电压和电流变化率所产生，因此需要考虑降低电路中的高di/dt、dv/dt，从而降低干扰源。在开关管两端并联RC吸收电路是较好的设计方案。通过电容和电阻缓冲吸收开关管通断过程中产生的反向尖峰电流和尖峰电压，从而减小高电压和电流变化率。

（3）箝位电路

在电路中容易产生瞬变电压的地方加入箝位电路设计，即加入TVS管设计，如开关管、整流二极管、脉宽调制电路输出端、变压器副边输出整流器等位置，即可有效吸收过高的瞬变电压，也可以保护器件不受损坏。

2 元器件设计

开关电源中的元器件在高频工作下都有高频寄生特性，会对其工作状态产生较大的影响。高频工作时电容有了电感特性、电感有了电容特性、电阻可能发生共振，当频率过高时各元件的频率特性都产生了相当大的变化。另外，在高频时，导线的寄生电感会使其变成一根发射线，成为开关电源中的辐射干扰源。因此，为了保证开关电源在高频工作时的稳定性，设计开关电源时要充分考虑元件在高频工作时的特性，选择使用高频特性比较好的元件。

下面简要介绍几种主要元器件的设计选择经验.

（1）电阻

由于表面贴装元件具有低寄生参数的特点，因此，参数允许的条件下尽量选用表面贴装电阻。对于有引脚的电阻，优先选择金属膜电阻，其次是线绕电阻。

（2）电容

铝电解电容和钽电解电容适用于低频终端，主要是存储器和低频滤波器领域。在中频范围内（从KHz到MHz），陶瓷电容比较适合，常用于去耦电路和高频滤波。因此设计中去耦电容选用陶瓷电容，而滤波器选用高频特性好的薄膜电容。

（3）电感

选用闭环电感，磁场被完全控制在磁心，因此在电路设计中这种类型的电感更理想。

（4）二极管

功率续流二极管选用正向压降小，反向恢复时间短的肖特基二极管。部分敏感部位选用TVS去除瞬时尖峰脉冲。

（5）集成电路

选用成熟的脉宽调制控制芯片，设计参考典型电路，增加去耦电容，设计过/欠压保护电路。

（6）变压器

变压器初、次级之间的分布电容可以传输共模干扰，变压器绕组的分布电容与高频变压器绕组的结构和制造工艺均有关系。另外变压器原副边的漏感也是噪声源，因此变压器的选择需选取漏感小的变压器。

3 印制板设计

在设计印制板的过程中，为减少因印制板线间干扰，一般遵循以下设计原则：

（1）信号线增大走线的间距以减少电容耦合的串扰；

（2）平行的布电源线和地线以使PCB电容达到最佳；

（3）将敏感的高频线布在远离高噪声电源线的地方；

（4）加宽电源线和地线以减少电源线和地线的阻抗，且地线要比电源线粗；

（5）功率电路与控制电路分开、易受干扰的遥测/遥控电路与高频器件远离；

（6）模块化电路布局，并尽量按电流走向进行整体布局；

（7）整体设计磁性元件（电感、变压器）的安装方向和距离，尽量减少磁场耦合；

（8）布线时尽量减小高频电流环路包围的面积和高dv/dt导体的面积

（9）内部地线设计方式，功率地与信号地分开，最终采用单点接地，并与机壳相连；

（10）PCB板空白区域敷铜填满。

4 外壳结构设计

开关电源外壳机箱最好采用金属材质，以达到屏蔽效果。机箱整体采用一体化设计；机箱盖板与机箱的搭接距离大于1mm，搭接电阻小于10mΩ；如机箱带散热孔，散热孔的直径需按照电源高发射量的频率进行计算，直径要小于辐射发射频谱的波长，以使外壳形成良好的屏蔽作用。

dc电源篇2

几种不同风格的收视一体机

1、7″带频谱收视一体机由WZQ828制作，其特点当然是频谱加接收机，内置3节18650锂电池，通过DC/DC电源板获取各种电压供显示屏、接收机及频谱仪，用频谱可快速寻星，进行粗调，然后用接收机观察信号品质进行细调，接收机选用了亚视达3169，显示屏选用7″的16:9 TFT，嵌入式结构，使加工安装既简单又美观，参见图1。

2、2.5″袖珍收视一体机由江苏小丁制作，其特点是小巧玲珑，携带尤其方便，放入衣服口袋即可，内置3节18650锂电池，通过DC/DC电源板获取各种电压供显示屏、接收机使用，充好电的电池可连续工作150分钟，非常节电，显示屏选用了高清高亮的TFT监视器，分辨率为882×228，点距0.056×0.168mm，多制式带功放（输出功率0.5W），如此小屏具有这么优良的性能，可谓屏中精品，显示的各项文字与数字虽很小，但清晰可见，该机的另一特点是将遥控器做在里面，使操作更方便，别看面板上的遥控器小，其实加工非常困难，需要将原遥控器主板裁成二节，再对应用导线连接而成，另外该收视一体机还具有电池电量指示，使用变色发光二极管来观察电池能量，还具有灯光照明功能，采用高亮发光二极管作为夜晚照明使用，在机壳上还做了个挂带，调星时可挂在天线旁边，或挂在颈上，不用手持了，更方便寻星，这些综合，在实际使用中确实带来许多方便与实用，参见图2。

3、9″收视一体机采用了车载超薄显示屏，选用3mm有机塑料板自制机壳，机壳尺寸是按照实物制作，厚度只有34mm，可谓超薄，内置风扇，在夏天使用而机内温度过高时可开启风扇散热，除了寻星外，主要还可用来直接收看，参见图3。

4、8″带卡座收视一体机由松全制作，采用了带电视功能的显示屏，分辨率为800×600，选用3mm有机塑料板自制机壳，机壳尺寸是按照实物制作，排列紧凑，内置风扇，在夏天使用而机内温度过高时可开启风扇散热，接收机选用了CP7885卡机，CP7885具有存储各卫星及转发器参加功能，用于寻星时非常方便，CP7885还具有多系统解密功能，平时还可用于接收加密信号，参见图4。

5、7″带逆变电源的收视一体机，选用了16：9带电视功能的显示屏，分辨率很高，带清晰度调整及画面放大功能，多制式，有画面反转功能，选用了同洲3188C接收机，内置60W逆变电源（12V直流进220V交流出），当外置12V电池供电时，开启逆变电源，供电给同洲3188C接收机，同时内置了温控电路，当机内温度达到50℃时（可选择不同的温度进行控制）则自动启动风扇，进行散热。该机带温度与时钟显示，同洲3188C的面板控制板装在机壳前侧，也可使用这些按键进行操作，该机壳后背还装有撑脚支架，可改变屏的仰角角度，便于观察，参见图5。

6、8″收视一体机由甲子后生制作，采用8″液晶监视器，分辨率为800×600，画质细腻清晰，具有画面反转功能，多制式，除寻星外，平时可用来收看电视机，选用了科海接收机，内置二个开关电源（接收机与监视器），内置风扇，用二个温控开关电路分别能自动启动风扇及关闭整机电源，而其特点是在监视器外壳的边框上下了功夫，仍利用原机外壳，将边框加高，完美的加工工艺几乎看不出被加工过的机壳，使整机体积做得最小，参见图6。

7、最简单组合的收视一体机：8．5″收视一体机与5″收视一体机，采用了接收机与电视机直接固定连接，不需制作或购买外壳，从而使组合变得很简单，而且组合后的收视一体机既美观又使体积最小，其中8．5″收视一体机选用了SUPER-16：9 TFT -LCD液晶电视机，立体声音频、多制式、图像可翻转、带清晰度调整、带万年历与游戏功能，实测电流850mA，该机分辨率较低，但由于屏较大且亮度不错，故显示的菜单文字数据还是清晰可见，此机除寻星外，平时可用来收看电视，其特点是超薄，厚度只有26mm，算好尺寸后在机壳后盖上开孔，另用3mm厚塑料板做个小盒（尺寸为152x102mm厚度为18mm），胶合在机壳后盖上，使总厚度只有44mm，选用了同洲2830C接收机，内置3节18650锂电池，可连续工作90分钟，也可用1。2A-12V适配器用交流供电，参见图7。

5″收视一体机选用了MODEL：ST-500D TFT LCD液晶电视机，该机画质与亮度均不错，直接将同洲2830S接收机用螺丝固定在液晶电视机的后盖上，其音视频线及电源线的连接方法是将电视机及接收机的后盖上开个5mm小圆孔，就能穿导线了，外表还一点都看不到引线，外置12V电池供电或12V1。2A的适配器用交流供电，在电视机屏上贴上聚酯薄膜，一则可用来保护屏幕，二来可在室外使用时，会增加些亮度，使观察更清晰，其它液晶屏上也可采用此法，参见图8。

DIY-DC/DC板的制作

别小看接收机通用电源板，其中也有许多技术上的一些难题，要做到性价比俱佳也并不容易，笔者用过几种不同品牌的交直流两用接收机如“二菱“、”同洲”、“ 金宝” 、“PBI”等，因电源引起的问题还不少，尤其表现在“四切一”、“0与22K”、“C与Ku”、“H与V” 这些切换中总感觉不尽人意，当然DC转DC板的制作得益于12V直流供电的卫星电视接收机，经过许多烧友的实践与交流，不断摸索与改进，才逐步完成，因为均是在业余条件的限制下来DIY的，其中资深烧友丁国红先生设计制作的DC转DC通用型电源板就更趋实用，再经各烧友的建议与改进，使该DC转DC通用型电源板就更完美，兼用性更好，该DC通用型电源板以面广量大的雷霆/航科4X0系列接收机为主导来设计各路输出电压，并考虑到其它非特殊接收机的通用性，输入电压为12V电池或12V适配器，经升/降压DC集成电路转换成接收机所需的各路电压，此板共输出6路电压，其中2路3.3V在线路板上是并联的，供CPU、FLASHMEMORY、SDRAM等用；5V供前面板、音频DAC转换及调谐器等用；22V供外置高频头电源（13/18V切换）；12V供音频LPF运放及0/12V输出切换卫星用；32V供调谐器中变容二极管调谐频率用，如今许多免费机均采用了板载调谐器，不用变容二极管调谐了，此路输出电压可以不接，这6路输出电压中，3.3V电流最大也最讲究，因为供CPU的主电源，电压误差要严格控制在5% 以内，22V供LNB（13/18V切换），并且与0/22K切换等均有很大关系，故此2路用的电感、电容的配合应特别重视，我们在几种有代表性的接收机（4X0系列接收机、CP688X系列接收机、同洲3188系列接收机、百胜3800等接收机）上试用，工作稳定，性能优良，今介绍给各位共享。

此通用电源板有如下特点：

1、排版紧密，面积超小，80×45×21mm，占用空间很小，还带有4个桉装孔，方便固定，有利于组装收视一体机。

2、选用优质元器件，其中3.3V与5V滤波电解电容采用金字发烧级电容，降压电路选用优质的LM2575T五端稳压集成块，转换效率高，性能优良，工作稳定，22V与32V升压电路采用性价比较好的MC34063AL。

3、独立电源插座，适用大多数接收机的电源，可输出3.3V、5V、12V、22V及32V，可按各种常用接收机的电源插座自由变通连接，也可调整电阻更改输出电压，用于特殊电压的接收机，应用灵活方便。

4、DC/DC电源板自身功耗极低，空载时实测电流为20mA，由于在LM2575T五端稳压集成块上加了较大的散热片，工作时温升很低，即使在夏天使用，也可不加风扇进行散热，实际应用在雷霆XP-430接收机中连续工作4小时，用手摸DC板散热片上不是很烫手，DC板参见图9～图11。

5、此DC/DC电源板在切换DisEqC四切一、0/22K、Ku/C波段及H/V极化中，表现良好，切换反应快速，信号品质的显示与使用接收机的自身开关电源相比，达到一致。

图11中DC板配置2根电源插座，其中8针插座插入DC板，另一头可按接收机电源插座电压的排列进行压接（有些接收机主板上的3.3V与5V分多路到插座上，需注意线路板上有无连通，若没有连通，应在电源插头上再焊根头通上，如同洲3188C接收机主板电源插座上有2路5V输入，主板插座上并无连通，故应在DC/DC板5V输出线上再焊接一根线连通，又如百胜3800接收机，也是有2路5V输入，主板插座上也无连通，故也应在DC/DC板5V输出线上再焊接一根线连通），另一根2针的插座插入DC板，另一头为12V电源插座，可固定在接收机后面板或收视一体机机壳上，与12V电池连接，插座通常为内正外负。

DC/DC板中应用了2个LM2575T稳压集成电路，该系列开关稳压集成电路是美国国家半导体公司生产的1A集成稳压电路，它内部集成了一个固定的52kHz振荡器，只须极少器件便可构成一种高效的稳压电路，可大大减小散热片的体积，而在大多数情况下不需散热片；内部有完善的基准电路，放大器、比较器及内部稳压等电路保护电路，包括电流限制及热关断电路等；芯片可提供外部控制引脚。是传统三端式稳压集成电路的理想替代产品。

设计注意事项(以LM2575T－5.0为例)：

1、电感的选择

根据输出的电压档次、最大输入电压Vin（MAX）、最大负载电流ILoad（MAX）等参数选择电感时可参照相应的电感曲线图来查找所需采用的电感值（曲线图可上网查找）。

2、输入输出电容的选择

输入电容应大于47μF，并要求尽量靠近电路，而输出电容推荐使用的电容量为100μF～ 470μF，其耐压值应大于额定输出的1.5～2倍。对于5V电压输出，推荐使用耐压值为16V的电容。

3、二极管的选择

二极管的额定电流值应大于最大负载电流的1.2倍，但考虑到负载短路的情况，二极管的额定电流值应大于LM2575的最大电流限制；另外二极管的反向电压应大于最大输入电压的1.25倍。

LM2575T系列开关稳压集成电路芯片的主要参数如下：

1、最大输出电流：1A；

2、最大输入电压：LM1575/LM2575为45V；LM2575HV为63V；

3、输出电压 ：3.3V、5V、12V、15V、ADJ(可调)；

4、振荡频率： 52kHz；

5、最大稳压误差：4％；

6、转换效率：75％～88％(不同的电压输出的效率不同)；

7、工作温度范围：LM1575 为－55℃～＋150℃；LM2575/LM2575HV 为－40℃～＋125℃。

各引脚功能：

1脚VIN：未稳压电压输入端；

2脚OUTPUT：开关电压输出，接电感及快恢复二极管；

3脚GND：公共地端；

4脚FEEDBACK： 反馈输入端；

5脚ON/OFF： 控制输入端，接公共端时，稳压电路工作；接高电平时，稳压电路停止。

LM2575T采用TO-220封装，典型应用图参见图12。

DC/DC板中的22V与32V升压电路是由2个MC34063AL集成块完成的，该集成块可以通过电路，完成极性反转、升压与降压，应用比较广泛，且通用廉价易购，极性反转效率最高65％，升压效率最高90％，降压效率最高80％，变换效率和工作频率滤波电容等成正比，工作频率从100Hz～100kHz可调。另外，当输出功率达不到要求的时候，可以通过外接扩功率管的方法扩大电流，双极型或MOS型扩流管均可。其内部图参见图13，内电路含有一个占空比周期控制振荡器、驱动器、温度补偿带隙基准源及大电流输出开关，其主要性能指标为：

1、输入电压：2.5～40V

2、输出电压：1.25～40V

3、最大输出电流：1.5A

4、最高工作频率：0.1～100kHz

5、功率：1.25W

6、工作温度：0～70℃ 。

DC/DC板的实际应用与测试

雷霆/航科4X0系列接收机主板电源插座上的电压排列有许多种，在使用DC板时，应特别注意，别忘了校对一下，如有不符可进行调整，常见的有5种引脚电压及标注，参见表1。

其它常见的几种接收机主板电源插座上的电压排列参见表2。

注：百胜3800收机主板上有二个电源插头，分别为6芯与5芯，其中3.3V有3路为并联连接，GND也有3路为并连连接，5V也有2路为分别连接。

经过实践DC/DC电源板应用在几种接收机来替代原机的开关电源板获得了成功，参见图14到图16。

DC/DC电源板几种转换用插头参见图17。

为测其性能，看看此DC/DC电源板的兼用性能及转换效率如何，特地选择了比较通用常见的五种品牌接收机：雷霆/航科4x0系列、CP788X系列、同洲3188系列、TX688X系列、百胜3800；信号源选择Ku波段中二个极化及C波段中二个极化的在线实际接收情况进行了如下几个对比：

1、五种品牌接收机的功耗对比

2、Ku波段中二个极化及C波段中二个极化的功耗对比

3、用DC/DC电源板与原机开关电源效率对比

在测试中分别选择了C波段105.5°E亚洲3S中 “V” 极化的天津台（4047V5950）与“H” 极化的四川台（4051H4420）；Ku波段选择了146°E马步海2号中“V”极化的三立台（12541V26000）与“H” 极化的东森综合台（12501H30000），这便于对比，因为不同的转发器，尽管其极化相同，但实测电流还是不全相同的，而且有的还相差较大，不同的高频头其实测电流也是不相同的，所以在测试中用同一个高频头及同一个转发器。

所测数据均用MF78指针式万用表，交流电压为225V，直流电压为11.5V。

具体对比数据参见表3，通过对比可见DC/DC电源板的兼用性能、“四切一”、“0与22K”、“C与Ku”、“H与V”，及电源转换效率均表现出色（实测中除百胜3800接收机外，其它接收机都经过四切一开关，0/22K是单独做的试验），DC/DC电源板的转换效率比原机的开关电源要高（百胜3800的原机开关电源在待机与Ku波段时，效率要胜过DC/DC电源板的转换效率），而且无功功耗也比原机的开关电源要小，当然若用来替代原机的开关电源板是亳无任何意义的，也不在乎省这么小小电费，众烧友如此热衷于DC/DC电源板的制作与关注，主要是用来组合寻星用的一体机，通常烧友都有几台接收机，而且习惯的常用于寻星的这台接收机，配个液晶屏，无须接入交流电源，就能寻星，尤其是换星调试更感方便快捷。

关于电池与充电器

DIY的DC/DC电源板当然离不开电池与充电器，目前最实用的是锂电池，其容量大、体积小、重量轻，远远胜过蓄电池、镍氢电池，是目前最理想的供电能源，锂电池价格也相应较高，一节三洋2.2Ah的锂电池要价40元左右，这往往使烧友望而却步，那么选购二手锂电池就较经济实惠得多，在二手电脑市场中可选购笔记本电脑上用的电池盒，这类电池盒中电池品牌大都是索尼、东芝、三洋、松下等，最好是在电子市场中淘拆旧的锂电池，因为每节都能测其电压，看其品牌及规格。

选购二手锂电池技巧：

1．尽量选同一品牌及同一型号规格的电池组，成色要新及年份要近，往往笔记本电脑用电池盒为六节一组合，三串二并的，也有少数为八节一组合，四串二并的，一般是保护电路坏或其中一节电池坏，其它几节仍能使用。

2．每节电池电压要测量，尽量选电压基本接近及选电压比较高的使用，对低于2V的锂电池不要选用。

3．尽量选容量比较大的，锂电池容量有1～2.6Ah，容量越大，使用时间就越长，充电时间越长说明电池内阻小，性能优良，那种几分钟就充好且瞬时又用完，这种电池内阻很大，已经寿终。

4．锂电池也是有寿命的，但充电次数应大于1000次，若有条件，不妨买前做个充放电时间测试，就可分析其电池的质量。

每节锂电池为3.6V，，通常三节串连后充好电可达12.6V，用在5″液晶屏与接收机上可连续工作60～120分钟（视液晶屏与接收机的功耗及电池新旧容量大小来定），若想连续使用时间长一些，可多并连一组或二组。

组合寻星一体机，若有空间，尽量将电池也放进去，这样使用会更方便，固定电池很简单，用薄金属条两头开3mm孔固定电池，也可用热熔胶固定电池，若电池放在机外，可做个外壳，也可将电池用热塑套管包封，也可利用笔记本电池组的外壳，最简单是用电工胶布捆扎，在电池组插头引线中最好串个2A保险丝，以防负载短路或插头中焊线脱落引成短路而损坏电池，损失就大了，这四种方法参见图18到21。

严格来讲，电池组应加保护电路，使每节电池不会过充过放，且使充放工作中更稳定，笔者试用了几组自已挑选后组合的电池组，为省去购保护电路的费用而没加入保护电路，但在充电器上加入了恒流与恒压的保护电路，经多次充放电试验，没影响到电池组性能指标的变化，电子市场能买到充电器，通常只有恒压的，但充好电后，发光管会变色提示，及时取出电池，也就不会过充了。

dc电源篇3

1、AC是交流电源的意思，DC是直流电源的意思。

2、AC交流电流全称AlternatingCurrent，是指电流方向随时间作周期性变化的为交流电，在一个周期内的运行平均值为零。

3、DC直流电全称DirectCurrent，又称“恒流电”，恒定电流是直流电的一种，是大小和方向都不变的直流电。输送相同功率时，直流输电所用线材仅为交流输电的2/3～1/2。

（来源：文章屋网 ）

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工程师应当遵循自上而下的设计方法，通过准确的电源需求和预算分析得出所要用到的电源拓扑结构。然后，对每个稳压器、元件布置的规范和关于印刷电路板（PCB）的布线约束条件进行详细设计。一般情况下，设计人员常常在没有得到完整信息的情况下过早埋头进行设计，花费了大量时间却设计出尺寸过大、成本过高或无法完全满足应用要求的电源产品。

需求分析

首先，根据用电器件的技术规范和使用条件，需要确定系统所需要的电源轨（电压），以及针对最坏情况和额定情况所需的每路电源轨的电流消耗值（包括连续电流和瞬态电流）。通常的做法是检测验电路板上的每个有源元件，并编辑一个电子表格来罗列每个电源轨以及该电源轨所需电流负载值。另外，还必须详细说明每路电源轨的以下内容：

直流电压的电压值和精度（标准情况下为±5%，有些集成电路要求±1%～±3%）。 输入和输出电压相差很大时效率非常低。在一些情况下，最佳选择是使用开关式降压、升压或降压-升压型转换器进行预稳压，随后再使用针对每个功率轨的单独LDO。现今的集成电路常常需要大量延伸到电路板上每个芯片的数字电压电源。小型LDO可让设计人员将这些降压稳压器分布在电路板上并将其置于负载点。这有助于消除电流瞬变期间的潜在压降（这会导致集成电路不稳定行为），并允许在这些非常密集的印刷电路板上使用较小的走线迹线。

图1显示了用于从一个9～24V输入产生+5V、+3.3V和+1.8V数字电压轨，外加一个模拟+3.3V电源的示例电源拓扑。

在所示拓扑中，为了产生一个干净的3.3V电源，从+5V电压轨通过LDO产生，那么就有0.17W功率作为热浪费掉了，但这可以保护它不受由3.3V主电源上的数字器件所产生的任何噪声的干扰。而使用一个无源的LC滤波器来从3.3V数字电源产生3.3V模拟电源可以提高效率，但也会增加噪声传导到灵敏模拟电路的风险。

详细设计

为了优化电源的使用和最小化热耗散，开关稳压器对除了大多数噪声敏感型应用以外的所有应用是必需的。幸运的是，市场上有大量各种各样相对较小、低成本和高性能的开关稳压器可供选用。工作频率为1MHz或更高、带有集成FET的小型开关稳压器芯片配合陶瓷电容器、小型磁性元件和铁氧体磁珠使用时对低功耗器件特别有用。稳压器芯片也有多输出版本，它们可以帮助降低静态功耗和电路板空间。更高的开关频率意味着可以使用更小、更便宜的磁性元件，并可利用小的电容器和铁氧体磁珠实现输出滤波。

在某些情况下，大电容值（>1uF）的陶瓷电容器不能用在开关电源的输出上，因为由于其极低等效串联电阻（ESR）或因为需要更高的电容它们会使转换器而变得不稳定。在此情况下，铝电解、聚合体或钽点解电容器是常见的选择。后二者由于尺寸小、纹波电流承受高和低的ESR而交前者性能更加优秀，但价格也更贵。钽电容器的规定电压应当至少高2～3倍并首选防电涌等级足够的产品，因为它们比陶瓷或铝电解类型的电容器对过电压更加敏感一些。

元件布局和布线

在电源预算、拓扑建立和详细设计完成后，接下来需要注意的就是印刷电路板的元件布局和布线。每个项目都有各自的参数需要考虑，一般情况如下：

开关电源的位置应尽可能远离其他元件，特别是灵敏模拟电路。

开关FET、续流二极管、输入和输出电容器、电感器以及大电流或开关通路中的其他元件应邻近布置在一起并进行最短长度的手动布线。

使用表层铺铜或部分平面铺铜来连接上述元件。使用多个大电流过孔将这些元件的焊盘连接到平面。

补偿网络中的电阻器和电容器应邻近布置在一起并远离开关元件。

模拟反馈信号的线路应最短并布置在远离在开关元件的细迹线上，最好由一个平面屏蔽。

遵循这些指导方针可帮助设计人员开发具有最佳尺寸、成本和性能指标的稳定电源。

众多模块提供替代选择

最近还出现了针对电源的另一个选择：负载点DC-DC电源模块，它包含用于提供即插即用解决方案所需的大多数或所有元件。这一集成可简化和加快设计，同时减少电源管理占位面积，并有效遵循上面介绍的基本设计指导方针。

这些模块中的最新产品是全封闭式DC/DCPOL数字电源模块，它通过PMBus和封闭式模块封装提供了数字电源解决方案具有的所有优点。由内置数字控制器支持的PMBus可用于配置各种参数，以适应具体应用要求。可以对各种参数进行监测并将其存储在板载非易失存储器中，而且和现今的大多数先进模块一样，几乎所有分立元件都是集成的。优点包括缩短上市时间、最小化物料用量和提高长期可靠性。全封闭式封装在封装的底部上有多个大的热焊盘，用来增强散热性能，还有围绕封装的边缘的外置引脚布置，用以方便焊接检查。由于能够工作于3.3V、5V、12V偏压轨和通过单个电阻设置提供 0.54～4V输出电压以及最大17A的输出电流，全封闭式数字模块的功能多样性足以满足相当广泛的应用要求。

全封闭式数字电源模块的另一个重要优点是由封装热效能改进带来的卓越功率密度。封装的功率密度和热阻率是携手并行的，特别是在考虑高功率解决方案（大于25W）时。在半导体行业，有关改进密度/集成度的竞赛从未停止。关键原因是系统功能不断加强（这需要使用更多元件）而尺寸不断被减小，以保持竞争力。所以元件/解决方案尺寸是该趋势的一个重要部分，这意味着，客户可在印刷电路板上布置更多内容或更高/更大功率处理器。一个例子是服务器应用或自动测试设备。

热阻率越低，潜在功率密度就越高――一些封闭式模块解决方案由于其封装热阻率而存在提高功率等级的困难。同样，解决方案的热效率越高，用户就越不需要担心解决方案约束条件（如确保一定的气流量或添加散热片）或在设计时受这些约束条件的掣肘。

增强型封闭式QFN封装（在封装的底上带有大的热盘并使用热增强型的封装材料）可提供最佳散热性能。

封装热阻率分别是θJ-A=11.5C/W和θJ-C=2.2C/W证明其极低的热阻值。因此，更高功率的解决方案可采用更小体积的设计。因为封装背面的θJ-C值如此之低，所以大多数热量都通过封装的底部消散了。与开放式（openframed）模块相比，在多数工作条件下，这种封装满负载工作在工业环境温度范围内都可以无须散热气流。模块封装的热性能比传统的开放式模块或分立电源解决方案对达到更高功率密度有更大的影响，并使封闭式模块成为代替二者的不二选择。

所有元件都是全封闭的，所以这种模块的电气隔离性能优异，焊点抗损坏性更强，可减小特定应用中的压力造成封装破裂的机会，并可改进可制造性，因为整体式封装相对于非平面的开放架构模块更适合于传统的“贴装”（pick-and-place）设备生产。

作为最新DC/DC封闭式电源模块的一个例子，ZL9101MIRZ提供了下一代封装工艺与易于使用的数字电源管理功能的独特组合，通过最小化外置元件数量，使可靠性高于传统开放式模块或分立解决方案，以及缩短设计周期时间或上市时间来简化潜在的复杂POL电源设计。它使用图形用户界面PowerNavigator通过PMBus标准协议来简化和优化配置与监测。

全封闭式模块的功率密度可能比一般模块高34倍。例如，将ZL9101MIRZ和市场上的同等开放式模块进行对比，ZL9101M的功率密度为38W/cm3，在30W同等输出功率等级下比后者的8.6W/cm3高出3倍。同样，二者的占位面积（2.2cm2对3cm2）也存在30%的显著差异，这在电路板空间紧张时是很重要的。

全封闭式数字电源模块是下一代封装工艺与易于管理的数字电源的有利结合，通过最小化外置元件的数量，高于传统开放式模块或分立解决方案可靠性，以及缩短设计周期时间来简化POL电源设计。DC/DC非隔离式电源模块以坚固、标准型封装和合理的成本提供了全范围的电流和电压。它们是下一代通信系统和工业产品的理想设计之选。

美光与尔必达合并可能震动DRAM市场

据IHSiSuppli公司的DRAM市场研究简报，美国美光与日本尔必达如果合并，可能导致DRAM产业格局发生剧烈变化。

目前关于二者将走向合并的传言甚嚣尘上。如果合并，则所形成的新企业将在全球DRAM市场排名第二，合计晶圆月产能(WSPM)将达37.4万片。它将占全球DRAM产能的28%，仅次于目前排名第一的的韩国三星电子。目前三星的晶圆月产能是43.3万片，占全球产能的33%，如图4所示。尔必达和美光的各自排名通常是第三和第四。

dc电源篇5

【关键词】超级电容器 电池 双向DC/DC变换器 复合电源

超级电容器是一种新型电荷储能元件，是基于电容器储能的原理实现超级电容器的充放电过程，它具有良好的低温特性和高倍率充放电性能。-40℃时超级电容器的电特性与常温时基本一致，保证了低温状态下的优异性能。超级电容器与蓄电池构成的复合电源系统，能够使系统的短时功率高倍率输出，也能保持持久的动力性能。选用双向升降压DC/DC变换器实现电池在低于或高于超级电容器电压时确保电池的充放电正常；双向DC/DC变换器使超级电容器与电池的功率在系统对外充放电时处于最佳状态。

一、超级电容器接直流母线

通过DC/DC变换器将蓄电池与超级电容器（直流母线）相连。此电路的优点是：直流母线上的大部分高倍率充放电电流直接流入/流出超级电容器。DC/DC变换器仅仅控制很小的蓄电池充放电电流。所以DC/DC变换器的容量就能大大减小，有益于降低成本，提高可靠性。另外，因超级电容器能够吸收直流母线上的短时高倍率充放电电流，同时也对DC/DC变换器快速型的要求大大降低，降低了DC/DC变换器性能指标的要求，降低研究风险。

超级电容器与直流母线连接复合电源示意图如图3。

图3 超级电容器与直流母线连接复合电源

二、双向升降压型变换电路

由于超级电容器的电压可能高于或者低于蓄电池电压，DC/DC变换器应该是升/降压型变换器，又因蓄电池需要充放电，所以DC/DC变换器应该是双向变换器电路如图4。

图4 双向可升降压变换器电路拓扑

控制方式采用电流型控制方式，以确保流入/流出蓄电池的电流基本上为恒流值。当输出电压小于输入电压时，选用降压型变换器控制；输出电压大于输入电压时，采用升压型控制；输出电压接近输入电压时采用反激式变换器的控制方案。

本实验的直流母线的电流为50A，蓄电池的电流为10A，变换器的电流也为10A， DC/DC变换器额定电流为20A。

（一）系统主要技术指标

直流母线电压：252～410V；电池电压：252～400V；

最大充放电电流：±50A；最终成果：±150A

DC/DC变换器：250～400V，±20A，带有过电压、过电流、过热保护；最终成果：±50A，带有过电流、过电压、过热保护。

超级电容器组：44F/400V（160只3500F/2.5V超级电容器串联）。

蓄电池组：按实际应用需求设置。

（二）测试结果

本实验测试结果如下：复合电源直流母线放电电流50A（峰值）；放电周期3.75s，脉冲宽度0.75s，间歇3s；蓄电池放电电流10A（持续）。

复合电源直流母线电流波形如图7，DC/DC变换器蓄电池侧电流波形如图8，直流母线电压波形如图9。

图7 直流母线电流波形

图8 DC/DC变换器蓄电池侧电流波形

图9 直流母线电压波形

从上述测试结果可以看到，当复合电源以占空比0.2条件下放电时，复合电源能立即响应直流母线的负载变化，此时蓄电池则持续放电，电流为复合电源输出电流峰值的1/5。

在复合电源放电时，直流母线电压随放复合电源输出电压上升。在这种循环充放电状态下，虽然直流母线电压稍有变化，但复合电源的电压范围上下极限（352V～410V）远大于其直流母线电压，所以此系统完全可以满足性能需求。

参考文献：

[1]陈永真，宁武，孟丽囡，张志伟，超级电容器改善汽车启动性能，今日电子，2004年5期

[2]陈永真，宁武，孟丽囡，单管变换器及其应用，机械工业出版社，2006年4月

[3]王志功，集成电路设计，电子工业出版社，2009年06月.

作者简介：

dc电源篇6

关键词：电动汽车；双向DC-DC变换器；动力驱动系统

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.09.180

1 课题背景和意义

当前技术条件下，电动汽车使用的大功率直流变换器大都有功率损耗大，能量转换率低等缺陷。且很多设计方案大都忽略燃料电池等电源软输出的特性。因此，设计出符合其特性条件的大功率直流变换器，不仅可以使燃料电池的输出特性得到改善，还可以使燃料电池得到很好的保护，延长其使用寿命。

双向DC-DC变换器是电动汽车动力驱动系统的核心组成部件，也是构成能量双向流动、有效管理能量以及提高动力性能的关节所在。

2 电动汽车双向直流传动系统

2.1 双向DC-DC变换器的控制方式

电动汽车的电机是经典的有源型负载，因为有较宽的转速调节范围，在行车时又要经常的进行加减速，而且在其工作中，蓄电池电压的变化范围非常大。若想在一定负载范围内使蓄电池组的电压稳定在一较高的值上，可使用DC/DC（Direct Current-Direct Current）变换器来实现，同时还可以很大程度上提高电机的驱动性能。

2.2 双向DC-DC变换器的应用特点

当使用双向DC-DC变换器来直接驱动电动机旋转时，因为电动机电流纹波与加在输入电压的瞬时值和反电动势间的电压差值成正比，则调节逆变器的直流侧输入电压可通过双向DC-DC变换器调控电动机的转速来实现，进而减小其电流纹波。其次，蓄电池组或另加的大容量电容器可以通过双向DC-DC变换器控制反向制动电流来补充电能，而使电动汽车的接车效率得以提高。

3 系统工作模式分析

双向DC-DC变换器可使能量双向流动，需能量双向流动时能使系统的体重和成本大幅降低，在航空电源系统和电动汽车驱动及蓄电池充放电维护等很多方面都得到了普遍的应用。

3.1 燃料电池动力系统工作模式分析

双半桥双向变换器在隔离变压器的两侧分别是一对称半桥。两半桥之间的移相控制变换器中的功率传输即可，不需额外的辅助开关或无源谐振装置，其中所有的开关都可工作在零电压开通状态，且开关电压应力较低。此外电路中不存在大型延时器，变换器动态响应也很快，因此多用作燃料电池的辅助结构。此变换器可使功率双向流动，与其优势在于：组件少；较大的负载范围内实现软开关不需要辅助器件和谐振电路；能很轻松地进行控制；能轻易分配每一个输入端的功率。

3.2 双向DC-DC变换器工作模式分析

要求可通过双向DC-DC变换器来实现：在蓄电池开始工作给电时，系统中的双向DC-DC变换器正向升压，当系统的输入电压出入不够稳定的情况时，可以把输出主线的电压处在一个高压的状态下，这时系统会立即开启能量电池，这样就会使电动机的工作性能得到非常大的提升，非常实用。反之，减速、刹车的时候，系统中的双向DC-DC变换器反向降压充电，把电动机制动时产生的附加能量回收给蓄电池组或电容补充消耗的电能。

将蓄电池、燃料电池（主电源装置）有效地与负载结合起来，这并不是非常简单的事，需要有一种双端口双向DC-DC变换器，蓄电池和逆变器接口电路选用双端口双半桥DC-DC变换器。

以汽车行车的各种形态为基础，采用蓄电池、燃料电池的电动汽车驱动系统有三种不同的状态模式：

模式1：开启和加速的时候，负载的功率要求燃料电池和储能电容等一起供电才可以，单独靠燃料电池输出是不行的；模式2：行车速度稳定时，燃料电池在为牵引电机供电的基础上，还要给蓄电池充电，使其达到最优状态，以免加速时不能有效的工作，有时还需要回收附加能量；模式3：减速的时候，电池不输出电能功率，电动机反向工作在发电的形态，蓄电池吸收附加能量进行补充电能。

在模式1中，蓄电池放电，变换器升压，向高压侧充入能量，使其上升保持在期望值；模式3 时，变换器减压，回收制动过程中的附加能量来补充电能；模式2里，变换器处在中间状态。通过设计合理的变换器调控方法，可以实现对附加能量的高效回收和功率的良好分配，调整电能流动方向则以负载状况的差异为基础来进行，进而明确变换器进行的状态。

4 双半桥双向DC-DC拓扑结构

4.1 主功率的拓扑结构

双向DC-DC变换器也有正激式、反激式、推挽式、桥式、电流馈式及其它一些混合式的隔离型变换结构。在DC-DC变换器中，由正反单管等构成的电路多普遍应用在功率不大的地方，半桥变换器多应用于中、大功率中。隔离型的DC-DC变换器当中，正激式的变压器的磁化情况是单方向的，进而降低了其利用率。

电压电流应力较小的半桥DC-DC变换器，其功率变压器的磁化是双方向的，则就大功率输出方面实现起来也就容易许多。这类变换器有电压型和电流型两种。电压型DC-DC全桥变换器电路结构简单、容易控制，类似于Buck型；电感在输入电源侧的电流型则与Boost型相似，适用于功率因数校正的大功率电路。

4.2 控制方案

桥电路用了移相软开关之后，可实现功率管的ZVS方案，保持开关频率的稳定持续。但在另一方面，谐振电感会丢掉副边一定的占空比值，也会造成环流损耗。对于副边占空比丢失，可用可饱和电感代替谐振电感；也可用降低谐振电感的方式来解决。而对于环流，可用零电压零电流开关来处理解决，就是用左侧负责零电压开关，右侧负责零电流开关，但若想阻断变压器圆边电流的反向通路，需将阻断二极管、阻断电容器等串接到变换器主电路中。因为元件并非是理想的，变换器运行过程中其会产生通态损耗，在输入低电压大电流时，经济成本非常大。综合考虑后，决定方案为零电压开关结合PWM加移相控制。

参考文献：

[1]R，瞿文龙，刘圆圆.一种隔离型双向软开关DC/DC变换器[J]，清华大学学报，2006：46（10）：15-19.

[2]唐杰.数字相移控制隔离Buck-Boost型双向DC-DC变换器的研究：[硕士学位论文][D].合肥：合肥工业大学，2008：76-93.

dc电源篇7

这款600mA ADP2108 DC／DC转换器为设计人员提供了更多的灵活性，以满足严格的系统功耗和PCB尺寸预算，且不增加电池容量。

ADP2108的输入电压可低至2.3V，能提供优异的转换效率、瞬态响应和保护功能。在轻负载条件下，ADP2108可切换至低静态电流省电模式，以进一步节省电池耗电量。ADP2108器件只需要三个小巧的外部0603尺寸元件。加上大干93％的转换效率，使得设计人员能够在更小的空间内支持更大的负载。

ADI

电话：800-810-1742

高功率密度1／8砖隔离型数字DC／DC转换器BMR454

BMR454的参数可通过PMBus监测，还可以精心调整出无数个组合。其功率密度大干1 8W／cm2，引脚与更高功率的BMR453兼容。该模块在输入电压为53V，输出电压为12V，负载电流为20A时，效率为95％。由于其平坦功率曲线，该模块还具有从轻负载到满负载条件下的高效率。由于安全和可靠性，BMR4541500输入到输出的隔离电压为1500VDC。

上海爱立信一新泰电子有限公司

电话：021-5990-3258-26028

／powermodules

功率转换模块ISL8201M

ISL8201M是高效，低噪声、高度集成的DC／DC电源解决方案，采用热增强的QFN封装，包括一个开关频率为600kHz的高性能PWM控制器、功率MOSFET、一个电感器，以及完整DC／DC电源方案所需的全部无源器件。

ISL8201M可输出10A(峰值为17A)的电流，转换效率高达95％，在没有散热片或气流的条件下仍可以满足电源散热标准。其他特性包括内部补偿、内部软启动、自动恢复过流保护、一个使能选项，以及预偏置输出启动功能。其采用了15mm×15mm×3.5mm的小型QFN封装。

Inlersil

电话：021-6335-1198

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1／16砖DC／DC隔离模块KNW系列

KNW系列是隔离式DC／Dc转换器，工作在36～75V的电压范围内，能提供一个精确的稳压输出。这个输出同输入完全隔离，允许多种极性配置和接地。该模块效率极高，在3.3V／20A下为91％。其既可以采用表面安装，又能采用打孔形式。其他特性：最大输出电流为20A，输出电压可调范围-20％～+10‰输出电压关断时无反转电流；过温、过压、过流保护；工作温度范围是－40～+85℃。

凌骥电子(上海)有限公司

电话：021-54279977

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Dc／Dc微型模块稳压器LTM4606／LTM46 12

LTM4606和LTM4612通过衰减辐射能量和传导宽带谐波能量来提供低噪声电源。LTM46065[1LTM4612内置于一个15mm×15mm×2.8mm LGA(焊盘栅格阵列)封装之中，重量不到2岛LTM4606采用一个4.5～28V的工作输入电源，可调节一个从0.6～5V的输出电压，并能向负载输送高达6A的电流。LTM4612采用一个5～36V的工作输入电源，可调节一个从3.3～15V的输出电压，且能向负载输送高达5A的电流。这两款器件均针对-40～+125℃的E级和Ⅰ级工作温度范围以及更宽的－55～+125℃(内部温度)MP等级工作温度范围进行了特性规范。　Linear Technology

电话：00852-2428-0303

Email：.cn

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DC／DC充电器MAx8903A

MAX8903A采用高开关频率(典型值为4MHz)，可以采用独立的输入分别接收UsB和交流适配器电源，也可以采用一个输入端接收上述两路电源输入。

转换器的DC输入具有4.1－16V的较宽输入范围，可直接从USB、交流适配器和汽车充电器输入充电；专用的USB输入工作于4.1～6.6V电压。DC输入的限流值最高可调节至2A，DC和USB输入均支持100mA、500mA和USB挂起模式。充电电流最高可调节至2A，支持较宽范围的电池容量。MAX8903A的其他功能包括热调节、过压保护、充电状态和故障输出、电源就绪检测、电池热敏电阻检测以及充电定时器。

Maxim

电话：010－6211－5199

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同步降压DC／DC转换控制器NCP 1034

NCP1034直流输入电压达100V，可驱动外置N沟道MOSFET对管，最高可编程开关频率为500kHz。内置1.25V精准参考电压实现低电压输出应用。

性能特点：输入电压范围达100V，宽输入范围适合采用+48V或+60V或+100V电源；

使用达500kHz的可编程开关频率，能采用外部频率源来设定开关频率，或将同步信号输出至多个NCP1034控制器，具备2A的输出驱动能力；使用内部微调的1.25V参考电压精确地对输出电压稳压{宽温度范围下的1.25V±1.5％反馈电压l用户可编程欠压锁定和断续(hiccup)限流功能。

ON Semiconductor

电话：021-5131－7168

集成型驱动器HMOSFET R2J20651 NP

R2120651NP多芯片模块在单QFN封装内整合了高端MOSFET、低端MOSFET和MOSFET驱动器，可以利用内置式驱动器优化功率MOSFET的开／关时序。

性能特点：符合Intel 6×6 DrMOS技术规范；内置式功率MOSFET适于输入电压为5V／12V的应用；与功率MOSFET匹配的内置式驱动器电路；内置式三态输入功能，支持大量PWM控制器；能够实现3.3V~N5V PWM信号；V1N工作电压范围；16V(最大值)；能够实现高频操作(1MHz以上)；平均输出电流大(35A，最大值)t可控驱动器：远程开／关；用于实现DCM操作的低端MOSFET禁用功能，内置式热报警；用于实现自举的内置式肖特基二极管，QFN40(6mm×6mm×0.95mm)封装；终端无铅／无卤素。

瑞萨香港有限公司

电话：00852-2265 6688

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功率MOSFET STL150N3LLH6

该系列首批采用新工艺的产品包括STL150N3LLH6和STD150N3LLH6。STL150N3LLH6采用5mm×6mmPowerFLAT封装，STD150N3LLH6采用DPAK封装，导通电阻RDS(ON)为2.4mΩ。

30V表面贴装功率晶体管采用STripFET Ⅵ DeepGATE制造工艺，单元密度提高，比上一代产品改进大约20个百分点，开关稳压器和DC／DC转换器内因此可以使用小尺寸的贴装功率封装。

该功率晶体管提供各种工业标准封装，包括SO-8、DPAK、5mm×6mmPowerFLAT、3.3mm×3.3mmPowerFLAT、PolarPAK、通孔IPAK和SOT23-6L，兼容现有的焊盘／引脚布局，同时还能提高能效和功率密度。

电话：010-5984-6288

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降压型DC／DC转换器TPS54620

TPS54620作为一款完整的6A电源解决方案，其面积还不足195mm2。1.6MHz单片DC／DC转换器支持4.5～17V输入电压，从而可管理无线基站或高密度服务器等空间有限的5V与l2V负载点设计工艺。

性能特点；SWIFT器件支持6A连续、8A峰值负载电流以及1.6～17V的功率级输入电压，1.6MHz同步转换器不仅集成两个高效MOSFET(26mΩ与19mΩ)，而且还采用小型散热增强型3.5mm×3.5mm单片式QFN封装；主时钟同步交换频率可消除敏感型数据采集电路中的拍频噪声；包括功率良好(PG)、启用以及跟踪引脚，可满足排序需求。

电话：800-820-8682

dc电源篇8

    1.1便携式电源原理粗电指电能质量较差一次交流电,实际应用多数需将其转换为精电即直流电。根据输出,电源可分为4类:整流AC-DC、逆变DC-AC、变频AC-AC和直流变换DC-DC。电源组成原理不同可分为LDO线性直流稳压电源和开关电源,开关电源分为隔离型开关电源和非隔离型开关电源[1]。LDO线性直流稳压电源,纹波小、功耗高、效率低30%~40%,不适合高效便携式电子设备;隔离式开关采用变压器调节输出电压,安全、高效,效率能达到80%,但技术难度大,成本高,体积大,用于较大电子设备;现代便携式电子设备一般采用锂电池供电,电源电路采用DC-DC直流变换,将电池输出直流电压转换成系统需要的各种直流电压,转换效率高、静态电流小,是现代便携式电子设备常用的电源转换电路[2,3]。DC-DC变换是将固定的直流电压变换成系统所需的直流电压输出,经直流斩波,将输入电压斩成脉冲方波,由储能元件实现升压或降压,整流、滤波后输出高效率、高精度、高稳定度二次直流电压[4]。DC-DC变换电路控制方式分为硬开关技术和软开关技术,硬开关包括PWM脉冲宽度调制和PFM脉冲频率调制,PWM调制方式不改变开关周期,改变开关占空比控制输出电压幅度;PFM调制方式是占空比不变,调制信号频率随输入信号幅值变化;软开关谐振变流器是利用LC串并联谐振网络实现开关零电压导通ZVS和零电流关断ZCS,实现开关开通和关断功耗为零,减小变换器开关损耗。DC-DC直流变换器电路形式主要有:Buck降压斩波器,Boost升压斩波器,Buck-Boost降压或升压斩波器等,根据便携式设备要求选择不同的电路形式[5]。1.2便携式电源节能技术现代便携式设备电源技术成熟,便携式设备连续工作时间、待机时间、使用寿命成为各大厂商竞争焦点,增加便携式设备连续工作时间和待机时间最直接的方法增加锂电池容量,提高电源转换效率,降低系统功耗。根据摩尔定律,集成电路内部器件集成度每18个月翻一翻,CPU数据吞吐量增大处理速度提高,系统功耗不断增加,锂电池发展速度远跟不上集成电路发展速度,电池发展相对滞后已经成为制约便携式电子设备发展的一个瓶颈[6]。提高便携式设备电源转换效率主要方法有提高电源整流器件效率,降低电源内部静态电流。传统PWM控制DC-DC变流器,系统平均功耗Pav=CO×V2DD×f,CO负载等效电容,VDD电源电压,f开关频率,看出DC-DC变换器功耗与开关频率成正比,与电源电压平方成正比,降低变换器开关工作频率能有效降低开关动作次数降低功耗,代价是降低CPU数据处理速度,电源装置中无源器件体积增大静态功耗增大,;当前处理器主频不断提高数据处理速度不断加快,降低系统功耗只有降低电源电压[7]。DC-DC直流变换器主要损耗为整流二极管和续流二极管,即使采用快恢复二极管FRD、超快恢复二极管SRD和肖特基二极管SBD,在二极管上产生较大压降,降低电源效率,传统二极体整流电路已无法满足现代便携式电子设备,当前便携式设备电源基本采用同步整流技术,用通态电阻极低功率MOSFET,代替整流二极管,降低整流二极管导通压降,同步整流技术要求栅极电压与被整流电压相位保持同步,有效降低整流损耗,提高电源效率[8,9]。便携式设备电源智能管理技术,指按时间顺序对设备电压和电流智能化管理,根据用户使用情况不同实时控制模块输出电压,有效分配电源功率,降低电源模块静态电流,降低空闲设备能耗,最大限度减小损耗提高系统效率。硬件管理指硬件电路选择静态电流小的COMS器件,降低静态功耗;软件管理指使用便携式电源管理器对电源动态管理,降低空闲设备功耗。现代智能手机功能十分完善,使用不同功能供电不同,例如接打电话、发短信、听音乐、无线上网、看电影,需要不同供电,采用电源智能管理技术能有效降低系统功耗,提高便携式设备电源效率[10-11]。便携式设备电源采用系统整流模块休眠技术提高电源效率,整流模块休眠技术根据输出电流大小实时动态控制电源系统各套整流模块,及时关闭不需要的整流模块,降低系统负载损耗和空载损耗同时保证输出,整流模块休眠技术根据实际需要,采用软件设置休眠时间和休眠次序。整流模块休眠技术要求电源系统至少要有两套以上整流模块,提高电源效率同时也增加了硬件开销,提高便携式设备的实际成本[12]。

    2现代便携式设备电源应用

    2.1MC34063原理MC34063输入电压范围宽,静态电流低,输出驱动电流大,振荡频率高是一款典型的双极性现代便携式设备DC-DC电源控制器,输入电压3.0~40V,输出电压1.25~40V,最大输出电流1.5A,开关管集电极与发射极最大电压40V,开关振荡频率100Hz~100kHz,可实现电源升压、降压、反向等变换,效率高达80%以上[13],MC34063内部模块原理及引脚功能如图1所示。MC34063内部包含1.25V带隙参考电源、电压比较器、振荡器、逻辑控制器和开关管。MC34063DC-DC变换器第5脚输入电压与1.25V带隙参考电压比较,比较后结果输入逻辑控制器与振荡器输出振荡方波相与,相与后逻辑电平输入RS触发器控制开关管T1和T2;振荡器内部包含恒流源,第3脚外接定时电容调整振荡频率,外接电容充电,振荡器与比较器同时输出高电平,RS触发器置1开关管导通。电流IS检测端实时检测7脚电阻RSC电压,电流检测端电压超过300mV,振荡器外接电容CT快速充放电,控制开关管占空比,稳定输出电压,MC34063应用电气参数如表1所示,应用条件不同电气参数适当调整[14]。2.2降压电路及参数计算用MC34063DC-DC变换器设计一个输入电压+5V输出电压+3.3V纹波小于10mV降压直流电源,输出电流IO(max)=500mA原理如图2,降压电路电流流经检测电阻R1、开关管T1与T2、电感L1、电容C1、续流二极管D1、负载RL,通过比较器反向输入端第5脚外接电阻R2与R3监视输出电压Vout=1.25×(1+R2R3)。DC-DC变换器处于TON状态,RS触发器S端输入高电平,开关管T1与T2导通,电流经开关管集电极到发射极,第2脚外接储能元件电感L1充磁电容C1充电,电感L1达到最大峰值电流IPK停止充磁,续流二极管D1反向截止;DC-DC变换器处于TOFF状态,RS触发器S端输入低电平,开关管T1与T2截止,第2脚外接储能元件电感L1和电容C1放电为负载提供电流,续流二极管D1导通,由于电感电流不能突变,输出电流方向不变,只要开关频率与储能元件充放速度足够快负载可以得到连续的直流电压,实现降压[15]。根据运放“虚短”和“虚段”,集成电路内部比较器第5脚输入电流为零,取R3=1.2kΩ,输出电压Vout=1.25×(1+R2R3),得R2=2kΩ,通过输出回路电阻R2与R3电流I=VOUTR2+R3=1mA,电阻R2功率P=U2×I=2mW,电阻R2与R3选择0.125W;续流二极管D1选择肖特基二极管1N5819,最大反向浪涌电压VRRM=40V,最大正向浪涌电流IFSM=25A,二极管均方根电压VRMS=28V,平均整流电流I(AV)=1A,正向压降VF=0.6V。设MC34063开关振荡频率f=20kHz,周期T=50μs,由参数手册得TONTOFF=VOUT+VFVIN(MAX)-VSAT-VOUT=3.3+0.65-1-3.3=3.90.7,TON≈40μs,TOFF=7μs,振荡电容CT=4×10-5×TON=4×10-5×40×10-6=1600pF,开关管电流IPK=2IOUT=1A,第7脚电流检测引脚限流电阻RSC=VIPKIPK=300mV1A=0.3Ω功率0.25W,电感L1为VIN(MAX)-VSATIPK×TON=5-0.61×50uS=220uH,输出电容CO实际应用选择100μF耐压10V电解电容[16]。2.3升压电路及参数计算用MC34063DC-DC变换器设计一个输入电压+3.3V输出电压+5V纹波小于10mV升压电源,输出电流IO(max)=500mA原理如图3,升压电路电流流经检测电阻R5、开关管T1与T2、电感L2,续流二极管D2,负载RL,比较器反向输入端监视输出电压,Vout=1.25×(1+R5R6),R6取1.2kΩ,R5为3.6kΩ,功率0.25W。当DC-DC变换器管T1与T2处于TON状态,DC-DC变换器形成2个回路,即电感回路和电容回路。回路1:由电容C6、负载RL构成,电容C6放电,保持电源输出电压和电流幅度稳定、方向不变,续流二极管反向截止,由电容提供能量;回路2:由电感L2、开关管T1与T2构成,电感L2将电源电能转变为磁能存储,充电电流由0到IPK;当开关管T1与T2处于TOFF电感中磁能转换为电能输出提升输出电压,实现升压[17]。

    3性能参数测试

    MC34063DC-DC变换器电路测试仪器有优利德(UNI-T)四位半数字万用表UT56,泰克(Tektronix)100MHz数字存储示波器TDS2014C,负载电阻采用10Ω额定功率5W水泥电阻,经实际测试电源性能参数如表2所示。由MC34063DC-DC构成的便携式设备电源变换器输出稳定可靠,纹波小,线性调整率和负载调整率优良,效率高,自适应性强,完全能满足便携式设备实际使用要求。

    4结束语