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基礎知識之DC/DC轉換器

作者:時間:2024-03-28來源:電子森林收藏

是一種將DC(直流)轉換為DC(直流)的元件,具體是指利用DC(直流)轉換電壓的元件。 IC等電子元件各自的工作電壓范圍不同,因此需要轉換為相應的電壓。 生成電壓低于初始電壓的轉換器被稱為“降壓轉換器”;生成電壓高于初始電壓的轉換器被稱為“升壓轉換器”。

本文引用地址:http://www.casasmaravilha.com/article/202403/456917.htm

是指將直流轉換為直流的裝置的名稱。 它常被稱為線性穩壓器或開關穩壓器等,以轉換方式的名稱命名。 

Alternating Current(交流)的首字母縮寫。 AC是大小和極性(方向)隨時間呈周期性變化的電流。 電流極性在1秒內的變化次數被稱為頻率,以Hz為單位表示。

Direct Current(直流)的首字母縮寫。 DC是極性(方向)不隨時間變化的電流。

①流動極性(方向)和大小皆不隨時間變化的電流通常被稱為DC。

②流動極性不隨時間變化,但大小隨時間變化的電流也是DC, 通常被稱為紋波電流 (Ripple current)。

插入插座進行工作的電氣產品需要使用將AC(交流)100V轉換為DC(直流)的“AC/DC轉換器”。 這是因為大部分半導體部件只能在DC下工作。 整機電路板上搭載的IC等具有各自固有的工作電壓范圍,電壓精度要求也不同。 通過電壓不穩的電源等供電會導致誤動作或特性劣化等異常。 因此,需使用“DC/DC轉換器”轉換為所需的電壓并實現穩定化。

通過DC/DC轉換器實現電壓穩定的裝置被稱為電壓穩壓器。

電源IC大致分為線性穩壓器和開關穩壓器兩種。 作為其各自的輸出形式,線性穩壓器僅可降壓輸出比輸入電壓低的電壓。 開關穩壓器則具有自由度,輸出形式包括以下4種:

  • 降壓輸出比輸入電壓低的電壓
  • 升壓輸出比輸入電壓高的電壓
  • 升降壓輸出恒定電壓,與輸入電壓的高低無關
  • 從正電壓反轉輸出負電壓

而且,開關穩壓器的整流方式有同步整流和非同步整流(二極管整流)。

【電源IC種類】

通過DC/DC轉換器實現電壓穩定的裝置被稱為電壓穩壓器。 按轉換方式,電壓穩壓器分為線性穩壓器和開關穩壓器2種類型。

因工作時輸入與輸出的關系呈線型,故被稱為“線性穩壓器”。 因輸入與輸出間串聯有控制元件,有時也被稱為“串聯穩壓器”。

通過控制元件降壓,因此輸入與輸出的電壓差(降壓程度)越大損耗就越大,效率也越低。 因此適用于小功率的電源。

優點

  • 電路簡單
  • 外接部件少
  • 噪音小

缺點

  • 效率低
  • 發熱大
  • 僅降壓型轉換器

接通開關元件(MOSFET),從輸入端向輸出端供電,直至輸出電壓達到所需電壓。 輸出電壓達到規定值后,開關元件即關閉,不再消耗輸入功率。 通過高速重復這一動作,將輸出電壓調節到規定值。

優點

  • 效率高
  • 發熱小
  • 可實現升壓/降壓/負電壓的轉換

缺點

  • 外置部件多
  • 設計困難
  • 噪音大

線性穩壓器基本上由VIN (輸入)、VO (輸出)、GND (接地)三個引腳構成。 在輸出可變的線性穩壓器上添加了用于反饋輸出電壓的FB(反饋引腳)。 簡單來說,電壓固定型是內置了電壓可變型的外接電阻的穩壓器。

線性穩壓器的內部電路概要如下圖所示。

其工作原理與反相放大電路相同,誤差放大器的非反相引腳(FB)電壓與基準電壓 (VREF) 相同,因此輸出電壓值(VO)由兩個電阻(R1和R2)的阻值比決定。

Vo=[ (R1+R2) / R2 ] x VREF

下圖的輸出晶體管為MOSFET,不過也有使用雙極晶體管的產品。

線性穩壓器按功能進行分類時,首先可分為正電壓用和負電壓用兩種。 根據使用電路不同,也有不需要正電源,而需要負電源的產品。 若只有正側電源,則不能處理接地電位以下的電壓,不能將晶體管的輸出引腳的電壓分配至負電平。將控制晶體管裝入負輸出線,從而產生負電壓。

【按功能分類】

其次,還可分為電壓固定型和電壓可變型兩種。固定型由輸入、輸出、GND三個引腳構成,內置有輸出電壓設定用電阻。 可變型為GND基準型時,添加反饋引腳變成四個引腳??勺冃椭幸灿袩oGND引腳的浮動工作型,這種情況為三個引腳。

電壓固定型和電壓可變型之后還可分為標準型和LDO兩種。 LDO是Low Dropout的縮寫,是降低了輸入輸出間電位差的線性穩壓器。標準型的輸入輸出間電位差最低也有約2V,而LDO可控制在1V以下。

何謂LDO?

LDO是Low Dropout的縮寫,是即使較低的輸入輸出間電位差也可進行工作的線性穩壓器。 有時也稱為低損耗型線性穩壓器或低飽和型線性穩壓器。 關于LDO的輸入輸出間電位差并無數值性的定義,一般是指穩壓器穩定工作時最低電位差可控制在1V以下的穩壓器。 例如,對于需要3.3V電源的IC,由于標準型不可制作5V到3.3V電源,因此,需要輸入輸出間電位差較低的LDO。 這樣,LDO在輸出與標準型穩壓器相同的電壓時,也可設定較低的輸入電壓。 通過低電位差工作,可使能量損耗較少,可進行抑制散熱等設計。

在線性穩壓器的內部,從VIN到VO間加入了晶體管,使此晶體管穩定工作所需的輸入輸出間最低電位差稱為壓降。 輸入輸出間電壓差低于壓降時,晶體管難以維持穩定的工作,輸出電壓會降低。 

這樣,為了使含有LDO的線性穩壓器工作,設定了所需的最低輸入電壓值,此時(VO + 壓降) 即為穩壓器的最低工作電壓值。 輸入電壓值 (VIN) 低于最低工作電壓時,輸出電壓不能穩定工作。



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