DC-DC转换器拓扑:哪种拓扑最适合您的系统?
DC-DC 转换是任何新系统的关键部分,您需要选择正确的稳压器拓扑以用于您的下一个设计。最简单的 DC-DC 转换形式只涉及使用分压器进行线性调节,但这是降低系统电压的一种低效且基本的方法。 真正的 DC-DC 转换器更为复杂,您可以通过多种方式轻松调节电源的输出,无论是作为独立单元还是集成电路。常见的 DC-DC 转换器拓扑结构有很多种,每一种都在易于调整和重新设计方面具有一定的优势。这些拓扑用于集成电路级和由分立元件构建的较大电源系统。如果您不确定新设计需要使用哪种类型的电源调节器,这将取决于可以提供所需电源的不同 IC 的可用性以及您打算如何控制电源输出。如果您需要获得更大的功率输出,则需要使用标准 DC-DC 转换器拓扑之一从分立元件创建稳压器/转换器。 标准直流调节策略 AC-DC 和 DC-DC 转换遵循几乎相同的策略,唯一的区别是在 AC-DC 转换中使用了整流器级和可选的 PFC 电路。最常见的 DC-DC 转换器拓扑结构是降压、升压和降压-升压(反激式);有关这些拓扑和其他拓扑的更多信息,请参见以下部分。另一种常见的转换器是LDO 稳压器,它通常与另一个 DC-DC 转换器的输出配对。这就是高功率和低功率设计的情况。这种稳压器组合创建了以下典型的功率调节工作流程: 整流阶段(仅交流)。要创建直流输出,您需要使用全桥整流器将交流输入转换为未稳压的直流输入。一个输出电容器第一级调节器。这会产生具有指定电流的稳定直流输出。电流输出将受到限制,取决于电源电流和用于调节的组件。DC电流调节器IC也有,大电流调节器在各大搜索引擎搜索“LED驱动器”很容易找到。输出调节器级和滤波。后面的稳压器级通常用于将最终电压值设置为所需的电平。这通常是 LDO 发挥作用的地方,因为只要输入电压不低于 LDO 的裕量阈值,它就会提供固定的直流输出。来自稳压器级的任何开关噪声都可以通过滤波去除。 这种用于 SMPS 的 DC-DC 转换器布局旨在实现更高的功率输出。 请注意,开关稳压器已成为各种 DC-DC 转换器拓扑结构中使用的标准组件,因为它们可提供高效率输出并具有一定的电压控制能力。如果预计输入电压会发生变化,可以使用可编程控制器 IC 或 MCU 通过改变开关稳压器中 PWM 信号的占空比来调整输出电压。EMI 滤波器电路可以放置在上面显示的任何级之间。在输出端,标准方法是使用并联电容器或 LC 滤波器来消除开关噪声,这些噪声可以作为传导 EMI传播到下游电路。 对于使用具有快速边沿速率的 PWM 信号的开关稳压器,通常在整流器级之后但在输入电容器之前包含一个功率因数校正 (PFC) 电路。该电路平滑了进入 DC-DC 转换器的输入电流,从而提高了稳压器系统的整体效率。PFC 电路的输出然后连接到一个大电容器,以向稳压器级提供半稳压直流电源。其余阶段遵循与上述相同的过程。 常见的 DC-DC 转换器拓扑结构 所有 DC-DC 转换器都将被隔离或非隔离。使用隔离式 DC-DC 转换器的想法是在系统的输出侧创建一个新的接地电位(例如,在三相 AC-DC 转换中)。在高压系统中也需要隔离转换器,因为它们在服务期间提供安全性;在维修系统的输出侧时,操作员将不太可能接触到高压电源。 常见的非隔离式 DC-DC 转换器拓扑及其直流传递函数如下所示。 常见的非隔离式 DC-DC 转换器拓扑结构及其直流传递函数 上面显示的拓扑很常见,可以在各种 IC 中找到。可提供在高电压或高电流下输出高达约 50 W 的 IC。从稳压器中获得更多功率需要采用分立元件进行设计。这同样适用于常见的隔离式 DC-DC 转换器拓扑。 用于功率调节的集成电路或分立电路中可能会出现其他功能。由于使用 PWM 信号提供调节和控制,您可能会发现误差放大和 PWM 调节集成到单个 IC 中。随附的电路图中显示了恒流限制电路的示例框图。这是集成电路上的 DC-DC 转换器拓扑结构或较大电源中的一个常见特性,因为一旦负载电阻降得太低,它就会提供恒定电流限制。该电路中的误差放大器用于在输入电压变化时确保稳定的电压输出。这与典型 LDO 中的功能相同。 |