如何实现DC/DC变换器的驱动电路的设计？

搞定DC-DC电源转换电路设计方案的11个黄金定律。

搞嵌入式的工程师们往往把单片机、ARM、DSP、FPGA搞的得心应手，而一旦进行系统设计，到了给电源系统供电，虽然也能让其精心设计的程序运行起来，但对于新手来说，有时可能效率低下，往往还有供电电流 不足或过大引起这样那样的问题，本文11个金律轻松搞定DCDC电源转换电路设计 。

01搞懂DC-DC电源怎么回事

DC-DC电源电路又称为DC-DC转换电路，其主要功能就是进行输入输出电压转换。一般我们把输入电源电压在72V以内的电压变换过程称为DC-DC转换。常见的电源主要分为车载与通讯系列和通用工业与消费系列，前者的使用的电压一般为48V、36V、24V等，后者使用的电源电压一般在24V以下。不同应用领域规律不同，如PC中常用的是12V、5V、3.3V，模拟电路电源常用5V 15V，数字电路常用3.3V等，现在的FPGA、DSP还用2V以下的电压，诸如1.8V、1.5V、1.2V等。在通信系统中也称二次电源，它是由一次电源或直流电池组提供一个直流输入电压，经DC-DC变换以后在输出端获一个或几个直流电压。

02需要知道的DC-DC转换电路分类

DC-DC转换电路主要分为以下三大类：

1 稳压管稳压电路。②线性 (模拟)稳压电路。③开关型稳压电路

03最简单的稳压管电路设计方案

稳压管稳压电路电路结构简单，但是带负载能力差，输出功率小，一般只为芯片提供基准电压，不做电源使用。比较常用的是并联型稳压电路，其电路简图如图(1)所示：

选择稳压管时一般可按下述式子估算：(1) Uz=Vout;(2)Izmax=(1.5-3)ILmax (3)Vin=(2-3)Vout 这种电路结构简单，可以抑制输入电压的扰动，但由于受到稳压管最大工作电流限制，同时输出电压又不能任意调节，因此该电路适应于输出电压不需调节，负载电流小，要求不高的场合，该电路常用作对供电电压要求不高的芯片供电。

04基准电压源芯片稳压电路

稳压电路的另一种形式，有些芯片对供电电压要求比较高，例如AD DA芯片的基准电压等，这时常用的一些电压基准芯片如TL431、 MC1403 ，REF02等。TL431是最常用基准源芯片，有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源。它的输出电压用两个电阻 就可以任意地设置到从Vref(2.5V)到36V范围内的任何值。最常用的电路应用如下图示，此时Vo=(1+R1/R2)Vref。选择不同的R1和R2的值可以得到从2.5V到36V范围内的任意电压输出，特别地，当R1=R2时，Vo=5V。

其他的几个基准电压源芯片电路类似。

05串联型稳压电源的电路认识

串联型稳压电路属直流稳压电源中的一种，其实是在三端稳压器出现之前比较常用的直流供电方法，在三端稳压器出现之前，串联稳压器通常有OP放大器和稳压二极管构成误差检测电路，如下图，该电路中，OP放大器的反向输入端子与输出电压的检测信号相连。

正向输入端子与基准电压Vref相连，Vs=Vout*R2/(R1+R2).由于放大信号ΔVs为负值，控制晶体管的基级电压下降，因此输出电压减小在正常情况下，必有Vref=Vs=Vout*R2/(R1+R2)，调整R1，R2之比可设定所需要的输出电压值。

图中所示只是这也是三端稳压器的基本原理，其实负载大小可以可以把三极管换成达林顿管等等，这种串联型稳压电路做组成的直流稳压电源处理不当，极易产生振荡。现在没有一定模拟功底的工程师，一般现在不用这种方法，而是直接采用集成的三端稳压电路，进行DC-DC转换电路的使用。

这款效率为96%的40A负载点(PoL)非隔离式板装DC/DC转换器尺寸为33mm x 13.5mm x 10.2mm。(图片：TDK)

效率通常是DC/DC转换器最重要的规格，它对系统设计的许多方面都具有重大影响。即使在高效率的设计中，效率的提高也会产生重大影响。效率为95%的设计热损耗为5%，效率为80%的DC/DC转换器热损耗为20%，相差四倍。这种差异会影响系统设计的许多方面：

可以降低工作温度，或者可以在相同工作温度下提高系统功率密度

系统的物理尺寸减小

由于可使用较小甚至无需使用散热器，因此系统成本将更低

可靠性大幅提高

对于交流电源系统，前端交流/直流电源将更小且成本更低

电池供电的系统可以使用较小的电池或在给定的供电水平下运行更长时间

对系统的能源成本和环境影响将减少

5V DC/1A输出的DC / DC转换器在各种输入电压下的效率曲线。图片：RECOM

效率可以通过多种方式体现，例如在各种输入电压电平，各种输出功率电平等情况下的典型值(非常常见)，保证的最小值。并且，在所考虑的范围内，效率通常不是平坦的。对于输出功率与效率的关系，重要的是要考虑效率曲线的形状，并将其与系统的预期运行状态相匹配，以在实际运行条件下最大化效率。

在许多应用中，尤其是电池供电的设备，空载功耗可能是重要的指标，它与开关电路的功耗有关，是整体效率的限制因素。

输出调节

额定输出电流是一个简单明了的规格。某些DC/DC转换器还规定了最小负载。根据转换器的不同，低于最小负载的运行会对电压调节产生负面影响，但不会损坏转换器。输出电压是要指定的更复杂的参数。提供用于指定输出电压的起点的两个因素是标称值或“设定点”，以及该标称值与各种独立参数(例如输出负载的变化，输入电压的变化和工作温度变化。)

设定值规格的一个例子是在额定输入电压，满载和25°C下为±1%。电源和负载调整率通常指定为百分比或绝对范围，例如，±0.1%或±5mV。温度调节通常指定为“每摄氏度”，例如±0.01%/°C或百万分之一(PPM)，如PPM /°C所示。一些DC/DC转换器供应商提供了针对所有可能变化的“总调节”的单一规范，而不是提供上面概述的各个规范。对于低于3V的电压，详细规定输出电压调节可能更为重要。

在典型应用中，与输出负载水平相比，在系统运行期间，线路输入电压和工作温度变化相对较小。结果，负载调节是更关键的规格。另外，由于输出负载中阶跃函数的变化而产生动态电压调节(有时称为瞬态响应)。

动态调节

对于许多系统，动态调节比静态电压调节更为关键。在指定动态调节时，有必要对负载的绝对变化，变化率，“恢复”的定义以及达到恢复的时间进行量化。例如：“负载变化为25%至75%，dI/dt为0.1A/µs，最大偏差为3%，并在200ms内恢复到设定值的1%。”输出电压将在电流增加时减小，而在电流减小时增加。

桥式可逆斩波电路在电力电子技术、电力拖动和电力系统及其他领域应用最为广泛。对于具有摩擦负载的直流调速系统需要能在四象限内运行的直流变换电路，从而发展出了桥式可逆斩波电路。传统的四象限直流电源是由两组反并联相控式整流电路实现的，因此具有和其他相控式电源一样的固有缺点：网侧功率因数随着调压加深而变得很低;系统惯性大无法满足诸如伺服系统类要求快速响应的场合。以DC/DC变换原理为基础的直流电压变换电路由于在交流侧采取不控整流方式，故网侧功率高，且不随输出电压变化;由于采用开关频率较高的斩控方式，故系统惯性小，快速响应性能好。因此，调试桥式可逆斩波电路的相关参数并对负载的工作情况进行对比分析与研究，对工程实践具有较强的预测和指导作用。

2　电压型单相桥式逆变电路原理

电压型单相桥式逆变电路如图1所示，采用IGBT开关管作为开关器件，负载为电感性，对晶体管的控制按如下程序进行：在正半周期时让晶闸管VT1保持导通而让晶闸管VT4交替通断。两管同时导通时，负载两端所加电压为直流电源电压ud，电动机工作于第1象限;当VT1导通VT4关断时，直到使VT4再一次导通之前由VD3续流。若负载电流衰减较快则在VT4再一次导通之前负载电压为零。这样负载上的输出电压就可以得到零和+ud两种电平。同样在负半周让晶体管VT2保持导通，当VT3导通时负载被加上负电压-ud，电动机工作于第3象限;当VT3关断时VD4续流，负载电压为零，负载电压可以得到-ud和零两种电平。这样在一个周期内逆变器输出的PWM波形就由±ud和零三种电平组成[1]。二极管用于逆变电路的续流。从某种意义上来说，四象限直流变换电路是输入信号频率趋于零的逆变电路。