DC/DC变换器

1. DC/DC变换器

DC/DC转换器目录

一. 电荷泵
1. 工作原理2. 倍压模式如何产生3. 效率4. 电荷泵应用5. 电荷泵选用要点
二. 电感式DC/DC
1. 工作原理（BUCK）2. 整流二极管的选择3. 同步整流技术4. 电感器的选择5. 输入电容的选择6. 输出电容的选择7. BOOST 与 BUCK的拓扑结构一. 电荷泵 
1. 工作原理2. 倍压模式如何产生3. 效率4. 电荷泵应用5. 电荷泵选用要点
二. 电感式DC/DC 
1. 工作原理（BUCK）2. 整流二极管的选择3. 同步整流技术4. 电感器的选择5. 输入电容的选择6. 输出电容的选择7. BOOST 与 BUCK的拓扑结构
展开 　　DC/DC是开关电源芯片。 　　开关电源，指利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关（MOSFET等）进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容（感）里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。其输出的功率或电压的能力与占空比（由开关导通时间与整个开关的周期的比值）有关。开关电源可以用于升压和降压。 　　我们常用的DC-DC产品有两种。一种为电荷泵（Charge Pump），一种为电感储能DC-DC转换器。本文详细讲解了这两种DC/DC产品的相关知识。编辑本段一. 电荷泵
　　电荷泵为容性储能DC-DC产品，可以进行升压，也可以作为降压使用，还可以进行反压输出。电荷泵消除了电感器和变压器所带有的磁场和电磁干扰。
1. 工作原理
　　电荷泵是通过外部一个快速充电电容（Flying Capacitor），内部以一定的频率进行开关，对电容进行充电，并且和输入电压一起，进行升压（或者降压）转换。最后以恒压输出。 　　在芯片内部有负反馈电路，以保证输出电压的稳定，如上图Vout ，经R1,R2分压得到电压V2，与基准电压VREF做比较，经过误差放大器A，来控制充电电容的充电时间和充电电压，从而达到稳定值。 　　电荷泵可以依据电池电压输入不断改变其输出电压。例如，它在1.5X或1X的模式下都可以运行。当电池的输入电压较低时，电荷泵可以产生一个相当于输入电压的1.5倍的输出电压。而当电池的电压较高时，电荷泵则在1X模式下运行，此时负载电荷泵仅仅是将输入电压传输到负载中。这样就在输入电压较高的时候降低了输入电流和功率损耗。
2. 倍压模式如何产生
　　以1.5x mode为例讲解：电压转换分两个阶段完成。 　　第一阶段 　　在第一阶段， C1和C2串联。假设C1=C2，则电容充电直到电容电压等于输入电压的一半 　　VC1+-VC1-=VC2+-VC2-=VIN/2 　　第二阶段 　　在第二阶段，C1和C2并联，连接在VIN和VOUT之间。 　　VOUT=VIN+VIN/2=1.5VIN
3. 效率
　　电荷泵的效率是根据电荷泵的升压模式，输入电压和输出电压所决定，如果是以2倍压模式进行升压，那么它的效率为Vout/2Vin。输入电压越小，效率越高。
4. 电荷泵应用
　　在我们的设计中，电荷泵经常被用作白光LED驱动，一般在手机中应用于并联LCD背光驱动芯片。而串联背光驱动芯片则应选择电感式的DC/DC，因为它对电压要求较高。
5. 电荷泵选用要点
　　选用电荷泵时考虑以下几个要素： 　　· 转换效率要高 　　· 静态电流要小，可以更省电； 　　· 输入电压要低，尽可能利用电池的潜能； 　　· 噪音要小，对手机的整体电路无干扰； 　　· 功能集成度要高，提高单位面积的使用效率，使手机设计的更小巧； 　　· 足够的输出调整能力，电荷泵不会因工作在满负荷状态而发烫； 　　· 封装尺寸小是手持产品普遍要求； 　　· 按装成本低，包括周边电路少占PCB板面积小，走线少而简单； 　　· 具有关闭控制端，可在长时间待机状态下关闭电荷泵，使供电电流消耗近乎为0。编辑本段二. 电感式DC/DC
　　它是通过电感不断的储能/放电，最后达到稳定电压/电流输出的转换器。根据输出电压与输出电压的高低比较，可以分为boost（输出电压远高于输入电压）和buck（输出电压低于输入电压）。它们的拓扑结构不同。 　　Boost一般用于lcd串联背光驱动以及oled驱动，一般使用得输出电压在十几伏。 　　Buck 用于多媒体协处理器的核电压。
1. 工作原理（BUCK）
　　上图降压转换器最基本的电路：是利用MOSFET开关闭合时在电感器中储能，并产生电流。当开关断开时，贮存的电感器能量通过二极管输出给负载。 输出电压值与占空比（开关开启时间与整个开关周期之间的比 ）有关。
2. 整流二极管的选择
　　该二极管必须具有与输出电压相等或更大的反向额定电压。其平均额定电流必须比所期望的最大负载电流大得多。其正向电压降必须很低，以避免二极管导通时有过大的损耗。此外，因为MOSFET工作于高频开关模式，所以需要二极管具有从导通状态到非导通状态时，很快恢复。反应速度越快，DC/DC的效率越高。 　　肖特基二极管(而非传统的超快速二极管)具有更低的正向电压降和极佳的反向恢复特性。
3. 同步整流技术
　　同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。它能大大提高DC/DC变换器的效率。功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。用功率MOSFET做整流器时，要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称之为同步整流。 　　当输出电压降低时，二极管的正向电压的影响很重要，它将降低转换器的效率。物理特性的极限使二极管的正向电压降难以降低到0.3V以下。相反，可以通过加大硅片的尺寸或并行连接分离器件来降低MOSFET的导通电阻RDS(ON)。因此，在给定的电流下，使用一个MOSFET来替代二极管可以获得比二极管小很多的电压降。 　　在同步降压转换器中，通过用两个低端的MOSFET来替换肖特基二极管可以提高效率（图1b）。这两个MOSFET必须以互补的模式驱动，在它们的导通间隙之间有一个很小的死区时间（dead time），以避免同时导通。同步FET工作在第三象限，因为电流从源极流到漏极。
4. 电感器的选择
　　随着开关的打开和闭合，升压电感器会经历电流纹波。一般建议纹波电流应低于平均电感电流的20%。电感过大将要求使用大得多的电感器，而电感太小将引起更大的开关电流，特别在输出电容器中，而这又要求更大的电容器。 　　电感值的选择取决于期望的纹波电流。如等式1所示，较高的VIN或VOUT也会增加纹波电流。电感器当然必须能够在不造成磁芯饱和(意味着电感损失)情况下处理峰值开关电流。 　　由公式可以得出： 　　（1） 开关频率越高，所需的电感值就可以减小； 　　（2） 电感值增大，可以降低纹波电流和磁芯磁滞损耗。但电感值的增大，电感尺寸也相应的增大，电流变化速度也减慢。 　　为了避免电感饱和，电感的额定电流值应该是转换器最大输出电流值与电感纹波电流之和。 　　电感的直流电阻(RDC)，取决于所采用的材料或贴片电感器的构造类型，在室温条件下通过简单的电阻测量即可获得。RDC的大小直接影响线圈的温度上升。因此，应当避免长时间超过电流额定值。 　　线圈的总耗损包括RDC中的耗损和下列与频率相关联的耗损分量：磁芯材料损耗(磁滞损耗、涡流损耗)；趋肤效应造成的导体中的其他耗损(高频电流位移)；相邻绕组的磁场损耗(邻近效应)；辐射损耗。 　　将上述所有耗损分量组合在一起构成串联耗损电阻(Rs)。耗损电阻主要用于定义电感器的品质。然而，我们无法用数学方法确定Rs，一般采用阻抗分析仪在整个频率范围内对电感器进行测量。 　　电感线圈电抗(XL)与总电阻(Rs)之比称为品质因素Q，参见公式(2)。品质因素被定义为电感器的品质参数。损耗越高，电感器作为储能元件的品质就越低。 　　品质—频率图可以帮助选择针对特定应用的最佳电感器结构。如测量结果图2所示，可以将损耗最低(Q值最高)的工作范围定义为一直延伸到品质拐点。如果在更高的频率使用电感器，损耗会剧增(Q降低)。 　　良好设计的电感器效率降低微乎其微。不同的磁芯材料和形状可以相应改变电感器的大小/电流和价格/电流关系。采用铁氧体材料的屏蔽电感器尺寸较小，而且不辐射太多能量。选择何种电感器往往取决于价格与尺寸要求以及相应的辐射场/EMI要求。
5. 输入电容的选择
　　因为buck有跳跃的输入电流，需要低ESR的输入电容，实现最好的输入电压滤波。输入电容值必须足够大，来稳定重负载时的输入电压。如果用陶瓷输出电容，电容RMS纹波电容范围应该满足应用需求。 　　陶瓷电容具有低ESR值，表现出良好的特性。并且与钽电容相比，陶瓷电容对瞬时电压不敏感。
6. 输出电容的选择
　　输出电容器的有效串联电阻(ESR)和电感器值会直接影响输出纹波电压。利用电感器纹波电流((IL)和输出电容器的ESR可以简单地估测输出纹波电压。 　　输出电压纹波是由输出电容的ESR引起的电压值，和由输出电容冲放电引起的电压纹波之和 　　有些厂家的DC/DC产品的内部由补偿环路，以实现最佳的瞬态响应和环路稳定性。当然，内部补偿能够理想地支持一系列工作条件，而且能够敏感地响应输出电容器参数变化。
7. BOOST 与 BUCK的拓扑结构
　　如上图，BOOST 与 BUCK电路结构不一样, Boost 电路是电感在输入电源与升压整流管之间, 开关管接电源地. BUCK 是电感在开关管与出电源之间,续流二级管反向接开关管与电源地

2. DC/DC转换器的DC-DC转换器的分类

DC-DC变换器,按接线方式来区分有两种,一种是不隔离的转换器,一种是隔离的转换器.
分别说明:不隔离的转换器一般有3根线,一根输入,一根输出,还有一根,输入与输出公用.输出与输出有电气连接.比如二轮电平车的车灯使用的60V变12V的降压转换器.这类转换器的纹波噪音较大,用于对电压质量要求不高的设备.比如车灯.但价格低.
            隔离式的转换器则有4根线,输入有正极和负极,输出也有正极和负极,都是独立的.输出与输出没有电气连接.这类转换器,电压稳定,纹波噪音小,用于一些高档或精密的设备.比如摄像头,自动化设备,价格较高. 这种隔离转换器可以把输入和输出和一根线合并起来使用,组成不隔离的转换器.例如:

隔离式DC-DC乐清市融经电子出品
+- 为输入的正负极,+V-V为输出的正负极,输入与输出是绝缘的,没有电气连接.
按输出电压高低来分:
升压DC-DC:比如:6V变12V
降压DC-DC:比如:48变24V
升降型DC-DC:比如上图可以把18V变成24V,也可以把36V变成24V.
隔离型和不隔离的DC-DC转换器都有上面3种类型.

3. DC/DC转换器的介绍

DC/DC转换器是开关电源芯片，指利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关（MOSFET等）进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容（感）里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。其输出的功率或电压的能力与占空比（由开关导通时间与整个开关的周期的比值）有关。开关电源可以用于升压和降压。

4. DC-DC转换器的介绍

DC/DC转换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。DC/DC转换器分为三类：升压型DC/DC转换器、降压型DC/DC转换器以及升降压型DC/DC转换器。根据需求可采用三类控制。PWM控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声。PFM控制型即使长时间使用，尤其小负载时具有耗电小的优点。PWM/PFM转换型小负载时实行PFM控制，且在重负载时自动转换到PWM控制。目前DC-DC转换器广泛应用于手机、MP3、数码相机、便携式媒体播放器等产品中。在电路类型分类上属于斩波电路。

5. DC-DC转换器详细资料大全

 DC/DC转换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。DC/DC转换器分为三类：升压型DC/DC转换器、降压型DC/DC转换器以及升降压型DC/DC转换器。根据需求可采用三类控制。PWM控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声。PFM控制型即使长时间使用，尤其小负载时具有耗电小的优点。PWM/PFM转换型小负载时实行PFM控制，且在重负载时自动转换到PWM控制。目前DC-DC转换器广泛套用于手机、MP3、数位相机、携带型媒体播放器等产品中。在电路类型分类上属于斩波电路。
  基本介绍    中文名 ：DC-DC转换器   外文名 ：Direct current-Direct current converter   分类 ：升压型、降压型以及升降压型   别称 ：开关电源或开关调整器   构成 ：二极体，三极体，电容器等   工作原理,设计技巧,接地环路,  工作原理  什么是DC（Direct Current）呢？它表示的是直流电源，诸如干电池或车载电池之类。家庭用的220V电源是交流电源（AC）。若通过一个转换器能将一个直流电压（3.0V）转换成其他的直流电压（1.5V或5.0V），我们称这个转换器为DC-DC转换器，或称之为开关电源或开关调整器。 A: DC-DC转换器一般由控制晶片，电感线圈，二极体，三极体，电容器构成。在讨论DC-DC转换器的性能时，如果单针对控制晶片，是不能判断其优劣的。其外围电路的元器件特性，和基板的布线方式等，能改变电源电路的性能，因此，应进行综合判断。 B: 调制方式 1: PFM（脉冲频率调制方式） 开关脉冲宽度一定，通过改变脉冲输出的频率，使输出电压达到稳定。 2: PWM（脉冲宽度调制方式） 开关脉冲的频率一定，通过改变脉冲输出宽度，使输出电压达到稳定。 C: 通常情况下，采用PFM和PWM这两种不同调制方式的DC-DC转换器的性能不同点如下。 PWM的频率，PFM的占空比的选择方法。  设计技巧  DC-DC电路设计至少要考虑以下条件：  1.外部输入电源电压的范围，输出电流的大小。 2. DC-DC输出的电压，电流，系统的功率最大值。  基于以上两点选择PWM IC要考虑：  1. PWM IC的最大输入电压。 2.PWM开关的频率，这一点的选择关系到系统的效率。对储能电感，电容的大小的选择也有一定影响。 3.MOS管的所能够承受的最大额定电流及其额定功率，如果DC-DC IC内部自带MOS，只需要考虑IC输出的额定电流。 4. MOS的开关电压 2. 二极体：通常都用肖特基二极体。选择时要考虑反向电压，前向电流，一般情况反向电压为输入电源电压的二倍，前向电流为输出电流的两倍。 3. 电容：电容的选择基于开关的频率，系统纹波的要求及输出电压的要求。容量和电容内部的等效电阻决定纹波大小(当然和电感也有关)。  接地环路  DC-DC  转换器 为整个系统中的各个电路供电。尽管每个电路在测试台上可能表现很好，但系统整体性能却往往达不到各个电路的性能效果。为什么? 有许多潜在因素，而系统中各个电路的整体接地系统是首要原因。设计师需要非常清楚每个电路如何接地，系统中是否存在接地环路。 当两个电路和/或系统之间存在一个以上对地连线时就构成了接地环路。重复接地通道相当于形成一个接收接口 图1 典型的接地环路 由于仪器之间存在电压差，互连导线中的信号会将这种压差加入信号中，造成导线出现电压“交流声”。这是音频信号中听到60 Hz噪声 (或视频信号出现水平干扰) 的一个原因。另一个问题是信号线缆地线中流动的电流。这种电流也会传入线缆和设备。设计师总是注意接地端的接地，却往往未最佳化设计，从而消除本底噪声的灵敏度。因此，正确设计系统内部接地线路时，确保接地环路电流不会造成系统产生问题是最基本的要求。 另一个例子，接地环路是多个音频-可视系统组件连线在一起时的常见问题。音频系统常见的噪声往往是接地环路问题造成的。此外，可闻“交流声”也是典型的接地环路问题 (当然，这取决于所在国家使用的AC电源电压频率)。当然，接地环路问题最常见的例子是，系统使用与插座连线的仪器，而另一台仪器连线房间中其他位置不同的接地插座。 系统接地通道，避免出现接地环路。 
   

6. 帮我设计一个DC-DC变换器，谢谢了，在线等

该电路可以提升直流电压，电路简单实用。IC1（NE555）连接成一个多谐振荡器，振荡频率约为8.5KHZ，输出的方波信号驱动T1、T2.。D1、C3、D2和C4组成倍压整流电路，C4两端的电压接近于T1、T2输出方波电压幅度的2倍，本电路中约为20V。电路的最大输出电流不超过70mA，当输出电流70mA时的输出电压是18V，这时转换效率为32%。 
    如果对电压输出要求高，输出端可连接78LXX系统稳压IC。