dc电源电路的设计（DC电源设计没思路）

关于DC/DC电源设计，很多电源工程师工作中会遇到不同的问题。其实找到问题的根源，才能对症下药。下面给大家分享几篇不错的文章，供大家学习~

DC/DC BUCK电路原理详细分析（作者：工程师看海）

在手机、电脑等消费电子领域，降压型BUCK电路应用非常广泛，是电源工程师的入门课。

在电子电路中，电源一般分为两类，一类是线性电源，一类是开关电源。线性电源具有噪声小的优点。开关电源虽然噪大，但是具有效率高、热损小的优点。

开关电源还可以细分为降压型、升压型和升降压三类。也可按照隔离、非隔离，或者同步非同步再进一步细分。

下面就介绍BUCK降压电路的基本工作原理，并进行原理仿真。

为了把我们的主要精力放在理解BUCK原理上，我们选择非同步BUCK进行分析，也就是电路中只有一个开关管，由二极管对电感续流放电。

基本的BUCK降压电路由开关、电感、二极管和电容组成，简约的东西经过组合往往会迸发出不可思议的结果，BUCK就是这样的电路。

BUCk基本框图如下：

当开关S1闭合导通时，VA电压为高，Vin给电感L1充电，流过电感L1的电流逐渐增加，电流路径见上图绿色回路，电感充电波形见下图。

当开关S1断开时，Va为低电平，电感L1通过负载和二极管放电，电感L1的电流逐渐减小，电流路径见下图蓝色部分，电感放电波形见上图。

BUCK的基本工作过程就是对电感充放电的过程。

这里有个小说明，在同步BUCK中D1会被开关代替，以提高效率，在S1断开时，但是本章中使用的是续流二极管，则在S1断开时，VA其实是有一部分的负电压的（差不多刚好-0.7V）。

BUCK输入输出电压的计算关系：

我们不用管什么幅秒特性，只看最终、最基本、最本质的电感相关公式：

在BUCK建立稳态后，电感充放电的电流是相等的，△t=T*D是充电的时间，T*(1-D)是放电的时间，即稳态时：

T为开关周期，D为占空比，就是开关导通的时间占整个周期的百分比。

同样的道理：

整理得到：

非常简单的计算过程，一点也不复杂……

DC/DC的基础知识（作者：Andrew Chu）

1. DC/DC基础

作为一个不是以电源设计为方向的硬件工程师。我的目标是掌握LDO，BUCK，BOOST，BUCK-BOOST，FLYBACK这几种拓扑。其他的拓扑如正激，半桥，全桥，PFC等我就不做了解。建议大家先看基本元件里的所有内容。R C L D的参数并不是大家想的那么简单，用好BJT和MOSFET更是每一个EE的基本功。

名词解释

1.DC/DC：直流到直流变换器

2.AC/DC：交流到直流变换器

3.SMPS：switching mode power supply

4.LDO：low dropout 低压差线性稳压电源

5.BUCK：降压变换器

6.BOOST：升压变换器

7.BUCK-BOOST：升降压开关电源

8.FLYBACK：就是反激式隔离电源

9.CCM：continuous conduct mode

10.DCM：discrete conduct mode

11.VMC：voltage mode control

12.CMC： current mode control

13.SRF：self-resonant frequency

总结：

了解一个电源，主要有以下几个方面：

1. 常用拓扑：
2. 工作原理，
3. 充电回路，放电回路。
4. 每个节点的电压电流波形
5. 评价指标：
6. 纹波电压：Vripp
7. 暂态响应：line regulation，load regulation
8. 环路稳定性：1/2/3类补偿
9. 关键器件选型：

L：类型，容量。Isat，Irms，DCR，寄生电容，谐振频率

C：类型，容量，耐压，Irms，ESR，ESL，谐振频率

D：类型，Vf，If，Trecover，耐压，漏电流

MOSFET：损耗和功耗分析，If，Vce，Rdson，Cgd：Mealy Effect

几个基本概念是贯穿整个分析过程的：

1.设计的要求：输入电流和输出电流都是稳定的值。在line regulation和load regulation时候除外

2.电容的电压不能突变。I=C*∂V/∂t电容上的电流表示了电容上电压的变化率

3.电感的电流不能突变。V=L*∂I/∂t电感的电压表示了电感上电流的变化率。法拉第定律

4.电流流入电容的时间积分，就是电容的电压抬升。如果想要稳态工作，电容上的电压不波动，一个周期内电容的电流的I_total_mean=0。Q=CV, Q=∫Idt。

5.电感上的磁通，就是瞬时电流的值。如果想让电感进入稳态，那么ΔΦ=0，那么ΔI=0。所以一个周期内电感上：ΔI_on=ΔI_off。Φ=LI V=∂Φ/∂t

几个经验技巧：

1. ΔIripp一般是Io的0.3-0.5
1. 考虑到电感的体积和纹波电压的tradeoff
2. 开关频率和电感值
1. 一般我们不喜欢电感变大，因为容量变大到2倍，体积变为4倍。
2. 增大f，可以用小的L
3. f大了，EMC特性就差了。
3. 输出电容：
1. 纹波电压决定了电容的值。
2. ESR决定了纹波电压
4. 输入电容：
1. 容值？
2. 一般使用的电解电容，他有个参数是Irms，一定要考虑

2. 电源的功能和参数

1. 电源的基本功能： 3. 软启动 4. 过流检测 5. 欠压检测 6. 过压检测 4. 自举电路

• 参数：

3. BUCK

• 最重要：

3.1. LDO和BUCK的区别

3.2. 参数选择

• 效率的因素：

• 输出纹波电压&动态响应

• 选择f和L

• 选择MOS，功耗计算

• 选择电容

……

五个步骤教你如何layout出优秀的DC/DC（作者：electronICLee）

良好的 PCB 布局对于DC/DC转换器至关重要。 原因是DC/DC转换器由于高频开关模式而对寄生电容和电感敏感。 不良的 PCB 布局会引入大的寄生电容和电感，从而导致输出纹波高、输出电压调节和限流精度差、电磁干扰 (EMI) 问题，甚至因高压尖峰而导致故障。 如果在构建第一个 PCB 之前考虑周全，则正确的 PCB 布局将有助于避免DC/DC转换器的大多数这些问题，而无需额外成本。

话不多说，先来一个典型栗子，基于 TPS61236 大电流升压变换器来展示这五大步骤。如图1所示。

图1 原理图

一、输出电容的布置和走线

输出电容器的位置对于任何升压转换器都是最重要的，因此它应该靠近 IC 放置。 用短而宽的走线将电容器连接到 IC，以最大限度地减少寄生电感。 原因是流经输出电容的电流为脉冲型。考虑到V = L × dI / dt，IC与输出电容之间的寄生电感会导致SW引脚出现电压尖峰和振铃。 过高的电压尖峰会损坏 IC 并且振铃会导致 EMI 问题。

图 2 显示了如何放置和布线 TPS61236 的输出电容器。 在左侧，三个0805封装电容器并联放置。 这种方式很简单，并且具有非常小的寄生电感。 但有时，由于系统板的限制，将大封装电容靠近IC放置并不容易。 然后可以在 IC 附近放置一个小型封装电容器，而将大容量电容器放置在更远的地方。

大容量电容可以通过相对较长的走线和过孔与IC连接，如图2右侧所示。如果需要过孔，建议每安培使用一个过孔。

如果空间允许，更多的通孔有助于降低寄生电阻。 在这两种情况下，请确保 IC 和输出电容器之间的走线足够宽以支持大电流。

图2 输出电容布置

二、缓冲电路和电感布置和布线

要放置的第二个组件是电感器。 为减少辐射 EMI，电感应靠近 IC 放置。 应优化 SW 节点的铜线，以最小面积处理大电流。 SW 节点是升压转换器的噪声源，因此敏感节点（例如 FB）的任何痕迹都应远离 SW 节点。 图 3 显示了两种情况下电感的布局和布线。

图3 电感布局

SW 节点中的缓冲电路对于升压转换器的正常运行是不必要的。 但有时需要通过抑制振铃和减慢 SW 节点的电压上升沿和下降沿来降低 EMI。 为有效起见，缓冲电路的环路面积（Rs 和 Cs）应尽可能小，以使寄生电感最小，如图 4 所示。

图4 吸收（缓冲）电路布局

三、输入电容和Vin引脚布局

输入电容器是要放置的最终功率元件。 输入电容器还用于为内部控制电路和欠压锁定 (UVLO) 的输入电压检测电路供电。 因此输入电容的接地节点应靠近 IC 电源接地引脚。 输入电容接地节点、输出电容接地节点和 IC 接地引脚构成升压转换器的电源接地。 输入电容器的 VIN 节点和电感器之间的距离并不重要，因为通过输入电容器的电流是连续的。

VIN 电压通常是稳定电压，所以大的 VIN 节点覆铜面积不会造成麻烦，大的覆铜面积有助于提高热性能。 图 5 显示了带缓冲电路和带缓冲电路的输入电容器的放置。 缓冲电路比输入电容更重要，因此需要时应先放置。 由于缓冲电路在大多数应用条件下是不必要的，因此在后面的章节中将不包括。

IC 的 VIN 引脚可以通过另一层的过孔和直接走线与输入电容器的 VIN 节点相连，因为通过该走线的电流很小。 如果这条走线太长，可以在 IC 的 VIN 引脚附近放置一个小的去耦电容。

图5 输入电容和Vin引脚布局

……

DC/DC 电感下方到底要不要铺铜？（作者：南山扫地僧）

一、问题描述

对DC/DC 电源的电感底部是否应该铺铜这个问题，工程师们常常意见分歧。一种观点认为，在电感下方铺铜会在接地面上产生涡流；涡流会影响功率电感的电感量并增加系统损耗，而接地面噪声会影响其他高速信号。另一种观点则认为，完整的铜平面可以降低 EMI 并改善散热。

本文将首先介绍电感的分类，然后进行一个电感下方铺铜的实验。最后，我们将解释铺设铜层的益处，然后再对 DC/DC 电源下方铺铜是否有益这个问题做出结论。

二、电感的分类

在解决铺铜争论之前，我们首先需要了解电感通常是如何分类的。简而言之，电感可分为三类：

• 非屏蔽电感

非屏蔽电感的磁路由核心由空气组成，这意味着它的磁力线完全暴露在空气中，没有任何磁屏蔽。

• 半屏蔽电感

半屏蔽电感是在非屏蔽电感的基础之上，将磁屏蔽材料结合在电感外围。由于导磁材料的磁阻小，磁力线基本上被锁定在材料中。只有一小部分磁场会从气隙中溢出。因此，这种电感的外部漏磁极小。

• 一体成型电感

一体成型电感将绕组和磁性材料一次浇筑而成，只在内部留下一个很小的气隙以防止电感饱和。因此，这类电感在很大程度上没有磁力线溢出。

如下图 1 总结了这三种类型的电感。

图1 电感的分类

……

交错升压型DC/DC变换器（作者：电源技能成长记）

目前，太阳能的利用依然十分火爆，太阳能的利用将是长期实行的能源战略，它与我们生活息息相关，但是太阳能转换成的电能不能直接利用，首先需要经过变换。生活中所使用的电能多数为交流电，而且输电线路大多都是交流输电，所以，通常太阳能光伏板输出的电能为低压直流，这个电压既不能直接利用，也不能输送。实际中通过两级式逆变器，将低压直流电升压后在逆变成所需的电压进行利用和传输。现在对电能质量的要求越来越高，变换器的体积越来越小、频率越来越高，效率也要求尽量高。

结合诸多要求，LLC有这么多优点，它是不是也可以应用在逆变器的前级升压环节，LLC输入电压范围窄可能是关键限制目标，个人觉得应该有优化方法。可以尽量增加工作范围，先不谈及该问题，就只考虑升压的方法，按照设计方法计算谐振参数试一试，是否能实现升压。为了降低器件应力和输入电流的纹波（就是最大和最小值的差值），提出了一个变压器一次侧交错并联二次侧串联的全桥型DC/DC变换器。下面给出初步仿真的参数和波形。

工作频率200kHz，输入60VDC，输出800VDC，输出功率800W，主电路如图1所示。

图1 所提出的主电路

下面给出额定情况下的仿真波形，如图2所示。

图2 额定输出仿真波形

图2中的各变量与图1中的标号是相同的，这里就不再过多介绍。

下面是谐振频率大于开关频率（170kHz）时波形，如图3所示。

图3 开关频率小于谐振频率

下面给出开关频率大于谐振频率波形，如图4所示。

图4 开关频率大于谐振频率

上述图中可以看出前级开关管均实现了ZVS，副边实现了ZCS（图4中情况除外），半桥相位关系如图5所示。

图5 半桥仿真结果

……

意犹未尽，查看更多精彩文章→→https://www.dianyuan.com/eestar/

,