今天給大家分享的是DC-DC轉換電路設計十大原則。

一、DC/DC轉換電路設計第一原則

首先，我們應該了解 DC/DC 電源和 DC/DC 轉換電路的分類(lèi)。

DC/DC電源電路也稱(chēng)為 DC/DC 轉換電路，主要功能是進(jìn)行輸入/輸出電壓轉換。不同的應用領(lǐng)域有不同的規律，如PC，常用12V、5V、3.3v，模擬電路供電常用5V、15V，數字電路常用3.3v。目前的FPGA和DSP也使用 2V 以下的電壓，如1.8v、1.5v、1.2v等，在通信系統中也稱(chēng)為二次電源。

DC/DC 轉換電路主要分為以下三類(lèi)：

• (1) 穩壓二極管穩壓電路

• (2) 線(xiàn)性(模擬)穩壓 電路

• (3) 開(kāi)關(guān)式穩壓 電路

二、DC/DC轉換電路設計第二原則

齊納二極管是最簡(jiǎn)單的設計方案。該穩壓電路結構簡(jiǎn)單，但負載能力差，輸出功率小。選擇齊納二極管時(shí)，可按如下估算：

(1) Uz=Vout；

(2) Izmax=(1.5-3)ILmax

(3)輸入電壓=(2-3)輸出電壓

該電路結構簡(jiǎn)單，可以抑制輸入電壓的擾動(dòng)，但由于受穩壓器最大工作電流、輸出電壓的限制，不能同時(shí)調節，因此該電路適用于不需要輸出電壓的場(chǎng)合待調整，負載電流小，要求不高。

齊納二極管穩壓器電路圖

三、DC/DC轉換電路設計第三原則

穩壓電路的另一種形式 ，有些芯片對電源電壓要求較高，如AD DA芯片的參考電壓等，此時(shí)常用一些常用的電壓參考芯片如TL431、MC1403、REF02等。

TL431是最常用的基準源芯片，具有良好熱穩定性的三端可調分壓源。它的輸出電壓可以通過(guò)兩個(gè)電阻任意設置為 Vref(2.5v) 和 36V 之間的任何值。 其他幾種參考電壓源芯片電路類(lèi)似。

四、DC/DC轉換電路設計第四原則

串聯(lián)穩壓電源電路知識：串聯(lián)穩壓器是直流穩壓器的一種，實(shí)際上是三端穩壓器出現之前常見(jiàn)的直流供電方式。在三端穩壓器出現之前，串聯(lián)穩壓器通常有OP放大器和穩壓二極管組成檢錯電路。

五、DC/DC轉換電路設計第五原則

線(xiàn)性（模擬）集成穩壓電路的常用設計方案 。

線(xiàn)性穩壓電路設計主要基于三端集成穩壓器。三端穩壓器主要有兩種類(lèi)型：

第一類(lèi)輸出電壓是固定的，稱(chēng)為固定輸出三端穩壓器。三端穩壓器常見(jiàn)的產(chǎn)品有78系列（正電源）和79系列（負電源）。輸出電壓在具體型號中用最后兩位數字表示，分別為5V、6V、8V、9V、12V、15V、18V、24V等檔次。輸出電流以78（或79）后的字母區分，L表示0.1a，M表示0.5a，無(wú)字母表示1.5a。比如表78L05，5V就是0.1a。

另一種輸出電壓為可調線(xiàn)性穩壓器，稱(chēng)為可調輸出三端穩壓器。這種芯片代表的是LM317（正輸出）和LM337（負輸出）系列。最大輸入/輸出限制差為40V，輸出電壓為1.2v-35v（-1.2v --35V），輸出電流為0.5-1.5a，輸出端與調節端之間的電壓為1.25v，調節端靜態(tài)電流為50uA。

這兩種基本原理相同，都是采用串聯(lián)穩壓電路。在線(xiàn)性集成穩壓器中，由于三端穩壓器只有三個(gè)引出端，具有外圍元器件少、使用方便、性能穩定、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應用。

線(xiàn)性串聯(lián)穩壓器

六、DC/DC轉換電路設計第六原則

DC/DC開(kāi)關(guān)穩壓電路設計方案。上述DC/DC變換電路均屬于串聯(lián)反饋穩壓電路。

在這種工作方式下，集成穩壓器中的穩壓管工作在線(xiàn)性放大狀態(tài)。因此，當負載電流較大時(shí)，損耗比較大，即轉換效率不高。因此，采用集成穩壓器的電源電路的功率不是很大，一般只有2-3w。這種設計方案只適用于小功率供電電路。

采用開(kāi)關(guān)電源芯片設計的DC/DC轉換電路，轉換效率高，適用于較大的電源電路。目前已得到廣泛應用，分為非隔離開(kāi)關(guān)電源電路和隔離開(kāi)關(guān)電源電路。當然，開(kāi)關(guān)電源的基本拓撲有降壓、升壓、升降壓和反激、正、橋變等。

串聯(lián)反饋穩壓器

七、DC/DC轉換電路設計第七原則

非隔離DC/DC開(kāi)關(guān)及開(kāi)關(guān)IC芯片設計方案。DC/DC開(kāi)關(guān)集成電路芯片，這種芯片的使用方法在原理上與LM317類(lèi)似。這里以L(fǎng)4960為例。

他們一般使用50Hz的電源變壓器進(jìn)行AC-AC變換，然后將下移~220V開(kāi)關(guān)電源集成轉換芯片，比如輸入電壓范圍為1.2~34V，DC-DC經(jīng)L4960變換，然后在范圍以下輸出電壓可調至5V，增加至40V，最大輸出電流2.5A（也可接大功率開(kāi)關(guān)管擴流），并具有完善的保護功能，如過(guò)流保護、過(guò)熱保護等。

雖然 L4960 的使用方法與LM317類(lèi)似，但開(kāi)關(guān)電源L4960的效率與線(xiàn)性電源LM317的效率不同。L4960最大輸出功率可達100W（Pmax=40V*2.5A=100W），但最多只消耗7W，所以散熱器體積小，制作容易。與L4960類(lèi)似的還有L296，其基本參數與L4960相同，但最大輸出電流可達4A，保護功能更多，封裝形式不同。這種芯片比較多，比如LM2576系列、TPS54350、LTC3770等。一般廠(chǎng)家都會(huì )提供詳細的使用說(shuō)明和典型電路供使用這些芯片時(shí)參考。

開(kāi)關(guān)穩壓器

八、DC/DC轉換電路設計第八原則

隔離式DC/DC開(kāi)關(guān)電源模塊電路設計方案，常用的隔離DC/DC變換主要分為三類(lèi)：

1、反激變換

反激式轉換器示意圖

2、正向變換

正激變換器總圖

3、單端反激式

我們常用的單端反激式DC/DC轉換電路，這種隔離控制芯片型號也不少?？刂菩酒湫痛硎荱C3842系列。本控制器是一款高性能定頻電流控制器，主要用于隔離AC/DC和DC/DC轉換電路。

其主要應用原理是：電路由主電路、控制電路、啟動(dòng)電路和反饋電路組成。主電路采用單端反激式拓撲結構，由升壓斬波電路和演化后的隔離變壓器組成。該電路結構簡(jiǎn)單、效率高、輸入電壓范圍寬?？刂齐娐肥钦麄€(gè)開(kāi)關(guān)電源的核心。

本電路采用峰值電流二環(huán)控制，即 在電壓閉環(huán)控制系統中加入峰值電流反饋控制。這種方案中變壓器和MOS管的功率可以很大。與以往的設計方案相比，電路結構復雜，元器件參數難以確定，開(kāi)發(fā)成本較高。因此，當需要該方案時(shí)，可以?xún)?yōu)先選擇市場(chǎng)上價(jià)格相對便宜的DC/DC隔離模塊。

九、DC/DC轉換電路設計第九原則

DC/DC開(kāi)關(guān)一體化電源模塊方案，許多微處理器和數字信號處理器 (DSP) 需要內核電源和輸入/輸出 (I/O) 電源，它們必須在啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行排序。

設計人員必須考慮內核和 I/O 電壓源在上電和斷電操作期間的相對電壓和時(shí)序，以滿(mǎn)足制造商的性能規范。如果沒(méi)有正確的電源排序，可能會(huì )發(fā)生閉鎖或過(guò)度電流消耗，這可能會(huì )導致微處理器、可編程邏輯設備 (PLD)、現場(chǎng)可編程門(mén)陣列 (FPGA) 或支持設備的 I/O 端口出現 I/O 端口或存儲器，例如由于數據轉換器被損壞。

為了確保在內核電壓正確偏移之前不驅動(dòng) I/O 負載，需要內核電源和 I/O 電源跟蹤。

現在有專(zhuān)業(yè)的電源模塊公司定制一些特殊的開(kāi)關(guān)電源模塊，主要針對DC/DC電源模塊，體積小，功率密度高，轉換效率高，發(fā)熱少，平均無(wú)故障工作時(shí)間長(cháng)，可靠性好，除了常規的電性能指標外，成本更低，性能更高。

這些模塊結合了實(shí)現插件解決方案所需的大部分或全部組件，最多可替換 40 個(gè)不同的組件。這簡(jiǎn)化了集成并加快了設計速度，同時(shí)減少了電路板空間的電源管理部分。除了常規的電性能指標外，成本更低，性能更高。

簡(jiǎn)化的 PAL 設備

最傳統和常見(jiàn)的非隔離式 DC/DC 電源模塊仍然是單列直插式 (SiP) 封裝。這些開(kāi)放框架解決方案確實(shí)在降低設計復雜性方面取得了進(jìn)展。然而，最簡(jiǎn)單的方法是在印刷電路板上使用標準封裝元件。

十、DC/DC轉換電路設計第十原則

選擇 DC/DC 電源轉換方案的注意事項。這里需要注意三點(diǎn)：

1、穩壓電路不能用于供電，只能給沒(méi)有電源要求的芯片供電。

2、采用線(xiàn)性方式的線(xiàn)性穩壓電路結構簡(jiǎn)單，但轉換效率低，只能用于小功率穩壓電源。

3、轉換效率高的開(kāi)關(guān)式穩壓電路可以應用于大功率場(chǎng)合，但其局限是電路結構相對復雜(尤其是大功率電路)，不利于小型化。

基于以上十項原則，我們在設計過(guò)程中就可以根據實(shí)際需要選擇合適的設計方案。