幾款電源電路模塊設計詳解—電路圖天天讀（266）

　　一、電源降壓控制電路模塊設計

　　電子電 路通常都工作在正穩壓輸出電壓下，而這些電壓一般都是由降壓穩壓器來(lái)提供的。如果同時(shí)還需要負輸出電壓，那么在降壓-升壓拓撲中就可以配置相同的降壓控制 器。負輸出電壓降壓-升壓有時(shí)稱(chēng)之為負反向，其工作占空比為 50%，可提供相當于輸入電壓但極性相反的輸出電壓。其可以隨著(zhù)輸入電壓的波動(dòng)調節占空比，以―降壓或―升壓輸出電壓來(lái)維持穩壓。

　　圖1顯示了一款精簡(jiǎn)型降壓-升壓電路，以及電感上出現的開(kāi)關(guān)電壓。這樣一來(lái)該電路與標準降壓轉換器的相似性就會(huì )頓時(shí)明朗起來(lái)。實(shí)際上，除了輸出電壓和接地相反以外，它和降壓轉換器完全一樣。這種布局也可用于同步降壓轉換器。這就是與降壓或同步降壓轉換器端相類(lèi)似的地方，因為該電路的運行與降壓轉換器不同。

　　FET 開(kāi)關(guān)時(shí)出現在電感上的電壓不同于降壓轉換器的電壓。正如在降壓轉換器中一樣，平衡伏特-微秒 （V-μs） 乘積以防止電感飽和是非常必要的。當 FET 為開(kāi)啟時(shí)（如圖1 所示的 ton 間隔），全部輸入電壓被施加至電感。這種電感―點(diǎn)‖側上的正電壓會(huì )引起電流斜坡上升，這就帶來(lái)電感的開(kāi)啟時(shí)間 V-μs 乘積。FET 關(guān)閉 （toff） 期間，電感的電壓極性必須倒轉以維持電流，從而拉動(dòng)點(diǎn)側為負極。電感電流斜坡下降，并流經(jīng)負載和輸出電容，再經(jīng)二極管返 回。電感關(guān)閉時(shí)V-μs 乘積必須等于開(kāi)啟時(shí) V-μs 乘積。由于 Vin 和 Vout 不變，因此很容易便可得出占空比 （D） 的表達式：D=Vout/（Vout “ Vin）。這種控制電路通過(guò)計算出正確的占空比來(lái)維持輸出電壓穩壓。上述表達式和圖 1 所示波形均假設運行在連續導電模式下。

　　降壓-升壓電感必須工作在比輸出負載電流更高的電流下。只是輸入電流與輸出電流相加。對于和輸入電壓大小相等的負輸出電壓（D = 0.5）而言，平均電感電流為輸出的2倍。有趣的是，連接輸入電容返回端的方法有兩種，其會(huì )影響輸出電容的rms電流。

　　典型的電容布局是在+Vin和Gnd之間，與之相反。利用這種輸入電容配置可降低輸出電容的rms 電流。然而，由于輸入電容連接至 ”Vout，因此 “Vout 上便形成了一個(gè)電容性分壓器。這就在控制器開(kāi)始起作用以前，在開(kāi)啟時(shí)間的輸出上形成一個(gè)正峰值。為了最小化這種影響，最佳的方法通常是使用一個(gè)比輸出電容 要小得多的輸入電容，請參見(jiàn)圖 2 所示的電路。輸入電容的電流在提供 dc 輸出電流和吸收平均輸入電流之間相互交替。rms電流電平在最高輸入電流的低輸入電壓時(shí)最差。因此，選擇電容器時(shí)要多加注意，不要讓其 ESR 過(guò)高。陶瓷或聚合物電容器通常是這種拓撲較為合適的選擇。

　　必須要選擇一個(gè)能夠以最小輸入電壓減去二極管壓降上電的控制器，而且在運行期間還必須能夠承受得住 Vin 加 Vout 的電壓。FET 和二極管還必須具有適用于這一電壓范圍的額定值。通過(guò)連接輸出接地的反饋電阻器可實(shí)現對輸出電壓的調節，這是由于控制器以負輸出電壓為參考電壓。只需精心選取少量組件的值，并稍稍改動(dòng)電路，降壓控制器便可在負輸出降壓-升壓拓撲中起到雙重作用。

　　二、LMZ14203H 電源模塊應用電路

　　此篇主要介紹了LMZ14203H特性、應用范圍、參考設計電路以及電路分析，幫助大家縮短設計時(shí)間。

　　LMZ14203H特性：集成屏蔽電感器、簡(jiǎn)單的印刷電路板布線(xiàn)、使用外部的軟啟動(dòng)電容器和高精度使能端，可以實(shí)現靈活的啟動(dòng)時(shí)序控制、針對浪涌電流提供保護、輸入欠壓鎖定和輸出短路故障提供保護、結溫范圍-40°C至125°C、采用整塊的裸露焊盤(pán)和標準引腳，更易于裝配和制造、低輸出電壓紋波

　　LMZ14203H典型應用范圍包括：中間總線(xiàn)轉換到12V和24V電壓軌；應用于時(shí)間受限項目；應用于空間受限/高溫場(chǎng)合；應用于負輸出電壓場(chǎng)合

　　LMZ14203H內部結構框圖：

　　圖3為L(cháng)MZ14203H 內部結構框圖

　　LMZ14203H參考設計電路：

　　圖4 為L(cháng)MZ14203H參考應用電路

　　三、穩壓電源的設計方案

　　可知DC-DC變換的種類(lèi)分為：隔離和非隔離。輸入輸出隔離雖然安全系數比較高，可是隔離變壓器會(huì )有漏磁和損耗等不利的缺點(diǎn)，從而會(huì )造成效率降低，根據本研究的要求，并沒(méi)有要求輸入輸出隔離，所以最終決定選擇的是非隔離方式，幾種方案如下：

　　3.1 串聯(lián)開(kāi)關(guān)電路

　　占空比為D的PWM波控制開(kāi)關(guān)管Q1，從而達到這樣的一個(gè)效果，交替導通或截止，再經(jīng)L和C濾波器在負載R上得到穩定直流輸出電壓Uo。本電路屬于降壓型電路，題目要求的30--36V 的輸出電壓是實(shí)現不了的。

　　3.2 并聯(lián)開(kāi)關(guān)電路

　　串聯(lián)開(kāi)關(guān)電路與并聯(lián)開(kāi)關(guān)電路原理很相似，但是此電路為升壓型電路，在開(kāi)關(guān)導通的時(shí)候，電感開(kāi)始儲能，在截止的時(shí)候，電感能量開(kāi)始輸出。所以電感繞制只要是合理，就能達到題目要求的30-36V，并且輸出電壓Uo呈現連續平滑的特性。（圖5）

　　圖5

　　3.3 串并聯(lián)開(kāi)關(guān)電路

　　下 面是串并聯(lián)開(kāi)關(guān)電路形式，也稱(chēng)為升降壓式開(kāi)關(guān)電路，反轉式開(kāi)關(guān)電路。無(wú)論在開(kāi)關(guān)管VT1之前的脈動(dòng)直流電壓，高于或低于輸出端的穩定電壓，此電路均能實(shí)現 功能。實(shí)際上，本電路是在串聯(lián)開(kāi)關(guān)電路是通過(guò)在后加入一個(gè)并聯(lián)開(kāi)關(guān)電路。用電感的儲能特性來(lái)實(shí)現升降壓，電路控制式比較復雜的。

　　考慮到本設計是只需要升壓的，所以選擇方案二。（圖6）

　　圖6

　　編輯點(diǎn)評：本文介紹了幾款電源模塊的設計解析，電路是具有過(guò)流保護功能。本設計是將220V 市電經(jīng)過(guò)降壓整流濾波，從而得到比較穩定的直流電壓。
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