dcdc开关电源设计原理和制作

一文读懂开关电源（DC/DC）的原理介绍

DC/DC电源指的是直流转直流的电路，有升压降压两种电路，按理来说，LDO也是DCDC电源，但行业内只认为以开关形式实现的电源为DC/DC电源。

一、DC/DC基本拓扑

一个功率变换器，当输入、负载和控制均为固定值时的工作状态，在开关电源中，被称为稳态。稳态下，功率变换器中的电感满足电感电压伏秒平衡定律：对于已工作在稳态的DC/DC功率变换器，有源开关导通时加在功率电感上的正向伏秒一定等于有源开关截至时加在该电感上的反向伏秒。

1、BUCK降压型

当PWM驱动高电平使得NMOS管S1导通，忽略MOS管的导通压降，电感电流呈线性上升，此时电感正向伏秒为：VxTon=（Vin-Vo）xTon

当PWM驱动低电平使得NMOS管S1截至时，电感电流不能突变，经过续流二极管形成回路（忽略二极管压降），给输出负载供电，此时电感电流下降，此时电感反向伏秒为：VxToff=Vox（Ts-Ton）

根据电感电压伏秒平衡定律可得：（Vin-Vo）xTon=Vox（Ts-Ton）

即 Vo=DxVin （D为占空比）

2、BOOST升压型

和BUCK电路类似的分析方法，当MOS管导通时，电感的正向伏秒为：VinxTon；当MOS管截至时，电感的反向伏秒为：（Vo- Vin）

x（Ts-Ton）

根据电感电压伏秒平衡定律可得：VinxTon=（Vo- Vin）x（Ts-Ton）

即 Vo=Vin/（1-D）

3、同步整流技术

由于二极管导通时至少存在0.3V的压降，因此续流二极管D所消耗的功率将会称为DC/DC电源主要功耗，从而严重限制了效率的提高。为解决该问题，以导通电阻极小的MOS管取代续流二极管。然后通过控制器同时控制开关管和同步整流管，要保证两个MOS管不能同时导通，负责将会发生短路。

DC-DC原理及指标介绍

1、开关电源：

是一种高频化电能转换装置，其主要利用电子开关器件(如晶体管、MOS管、可控晶闸管等)，通过控制电路，使电子开关器件周期性地"接通"和"关断"，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现电压变换以及输出电压可调和自动稳压的功能。开关电源的优势：①功耗低，效率高。②体积小，重量轻。③稳压范围宽。开关电源的损耗来源：①开关管损耗。②电感电容损耗。③二级管损耗。开关电源的损耗分析：开关电源的效率可以达到90%以上，如果精心优化与设计，甚至可以达到95%以上，这在以电池作为电力来源的场合非常重要，例如手机、小型无人机等。因此开关电源设计的优劣程度将直接影响设备的续航能力。

(1)开关管损耗：这是开关电源的主要损耗，主要包括开关损耗、导通损耗。因此应该尽量选择导通电阻比较小的开关管作为开关电源的核心元器件。(2)电感电容损耗：电感损耗主要包括直流电阻损耗，电容损耗主要包括漏电流损耗。因此应该尽量选择直流电阻较小的电感和漏电流较小的电容元器件。(3)二极管损耗：主要包括导通损耗和开关损耗。因此应该尽量选择导通压降较小，反向恢复时间较短的二极管，例如肖特基二极管或快恢复二极管等。

2、开关电源的分类：

按照调制方式的不同可分为脉宽调制(PWM)和脉频调制(PFM)两种，目前脉宽调制(PWM)在开关电源中占据主导地位。

按照管子的连接方式可分为串联式开关电源、并联式开关电源和变压器式开关电源三大类。按照输出电压的不同可分为降压式开关电源和升压式开关电源两种。

按照输入输出类型可分为：AC-AC、DC-AC、AC-DC、DC-DC四种，这里以DC-DC为主进行介绍。

按照是否有电气隔离可分为隔离型开关电源和非隔离型开关电源两种。

3、开关电源的三种基本拓扑结构(以非隔离型为主)：

DC/DC变换器一般都包括两种基本工作模式：电感电流连续模式(CCM)、电感电流断续模式(DCM)。

DCDC电路原理

DC-DC电路是直流电源电压转换技术的一种重要分支，它常用于将输入电压从一个电平转换为另一个电平。DC-DC电路可分为两种基本类别：线性稳压器和开关电源。

线性稳压器是最简单的DC-DC电路之一，它通过将输入电压降低到所需输出电压的水平来实现电压转换。线性稳压器主要由一个功率晶体管、一个辅助晶体管（如二极管）、一个电阻、一个电容和一个稳压器构成。它的工作原理基于变压器的原理，当输入电压高于输出电压时，功率晶体管导通，使输入电压通过变压器传输到输出端，然后经过辅助晶体管和电阻使其降压到所需要的水平。由于线性稳压器的水平转换是通过对电压的降低而不是改变电压类型来完成的，因此没有电流剪切，并且输出电压稳定性高，但效率较低。

开关电源是一种更复杂但效率更高的DC-DC电路，它通过高频率的开关操作来将电压转换为所需电平。开关电源主要由一个高频开关、一个能储存能量的元器件（如电感或电容）、一个整流器和一个滤波器构成。它的工作原理是：当输入电压高于输出电压时，开关会导通将输入电压传输到储能元件中，然后开关会断开，使储能元件释放储存的能量，以供应输出负载。由于开关电源的工作频率很高，因此输出电压的波动较小，同时由于能量的存储和释放可以实现高效能转换，使得开关电源的效率远高于线性稳压器。

除了线性稳压器和开关电源外，还有一种常见的DC-DC转换电路是升压（boost）和降压（buck）转换器。升压转换器可以将输入电压提升到比输入电压更高的电平，而降压转换器则可以将输入电压降低到比输入电压更低的电平。这两种转换器经常用于特定的应用场景，例如电池充电或电动车动力系统。

总而言之，DC-DC电路是一种将输入电压转换为所需输出电压的技术。它有许多不同的实现方式，其中包括线性稳压器、开关电源以及升压和降压转换器等。正确选择和设计适当的DC-DC电路可以提供稳定可靠的电源，满足各种不同应用的需求。

电源、DC-DC-电路原理设计及PCB布线注意事项大全

注：本文内容摘抄整理自网络、论坛，仅供大家参考学习，谢谢！！！

电源、DC-DC 电路原理设计及PCB布线注意事项大全

一般的降压型的DC-DC变换的典型原理电路，如下图：

一．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。

二．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Vgs大小及最大承受电压。

三．电感（L1），二极管（CR1），电容（C2）的选择

1. 电感量：大小选择主要由开关频率决定，大小会影响电源纹波；额定电流，电感的内阻选择由系统功耗决定。

2. 二极管：通常都用肖特基二极管。选择时要考滤反向电压，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）。

如何得到一个电源纹波相对较小、对系统其他电路干扰相对较小，而且相对稳定可靠的DC-DC电路，需要对以上电路的原理做如下修改：

1. 输入部分：电源输入端需要加电感电容滤波。目的：由于MOS管的开关及电感在瞬间的变化会造成输入电源的波动，尤其是在系统耗电波动较大时，

影响更为明显。

2. 输出部分：

（1）假定C2的选择的100uF是正确的，我们想得到更小的纹波，可以将100uF的电容改成两颗47uF的电容（基于相同类型的电容）；如果100uF电容采用的是铝电解，可以在原来的基础上加一颗10uF的磁片电容或钽电容。