1、 升压转换器（以 MAXIM 系列为例）1.DC-DC 转换器原理升压型 DC-DC 转换器的电路结构如图 1 所示。开关 K 导通时电池 B 给电感 L 充电，在 L 中以场的形式储存能量 1/2LI2（I 为电感电流）。K 断开后，L 中的磁能又以电能的形式释放给滤波电容 C2 和负载 RL。周期性的开关操作使电池能量源源不断地送入负载，而输出电压被转换为：Vout=Vin/(1-)其中 为开关占空比（导通时间占工作周期的比率）。控制电路监测输出电压并控制占空比，从而达到调节和稳定输出电压的目的。控制方式最常见的有 PFM（脉冲频率调制）和 PWM（脉冲宽度调制）两种。前者具有较小的静态电
2、流，轻载情况下效率较高，但纹波稍大。后者在重载时具有较高效率，噪声小。MAX1678 和 MAX1674/MAX1675/MAX1676 系列升压型 DC-DC 转换器采用一种改进的限流 PFM 控制方式，控制电路限制电感充电电流，使其不超过某一峰值电流。既保持了传统 PFM 的低静态电流，同时在较重负载下也具有很高的效率，而且由于限制了峰值电流，采用很小体积的外围元件就可获得满意的输出纹波，利于降低电路的尺寸和成本。除了控制方式的改进外，MAX1678 和 MAX1674/MAX1675/MAX1676 还采用另外两种技术以获得更高的性能：提高效率的同步整流和降低 EMI（电源干扰）的阻尼换
3、流。图 1 电路中，流过整流管 D 的平均电流 ID 等于负载电流，正向压降 VDF 造成转换效率的损失大约为 VDF/Vout。即使采用正向压降较低的肖特基二极管，VDF 仍有 0.40.6V，输出电压比较低时（如 3.3V），这种损失不容忽视（可达 18%）。同步整流就是采用另外一只 MOSFET 替代二极管作为整流器。由于 MOSFET 的沟道电阻非常低，使速流器的功耗大大降低，进一步改善了转换效率(改善幅度达 15%左右）。 另外，对于普通的 DC-DC 转换器，如果用示波器观察图 1 中 L 和 D 的连接点处的波形，可以观察到振荡现象。这是由于电感中的能量全部释放给负载后整流器关断
4、，而此时在电感自身的寄生电容和引脚分布电容中还储存有一定的能量，这些电容和电感 L 构成的谐振电路在这些能量的作用下将发生振荡，部分能量将以电磁波的形式向外辐射出去，造成对其它电路的干扰，在对噪声敏感的应用中必须对其加以抑制。在 MAX1678 和 MAX1676 中采用了一种阻尼技术来抑制这种 EMI。具体做法是，当电感中的能量释放完毕后，在电感两端接入一个电阻（200），使谐振电路处于临界阻尼或过阻尼状态，将剩余能量消耗在电阻上，减小电磁辐射。2.电路设计MAX1678 和 MAX1674/MAX1675/MAX1676 内部已经集成了功率开关、同步速流器和控制电路，外接元件只有一只储能电
5、感和输入/输出滤波电容，设计的主要任务就是根据实际需要选择合适的元件，用这四种器件组成 DC-DC 转换器的电路结构如图 2 所示。其中，如需加入开关阻尼，对于 MAX1678 需将 BATT 引脚接到电感连接电池的一端，对于 MAX1676 需通过一只 0 电阻将 BATT 引脚与电感连接电池的一端相连。3.电感的选择储能电感是影响 DC-DC 转换器性能的关键器件，主要考虑的参数有电感量、饱和电流和直流电阻。一般 22H47H 的电感可以满足大多数应用的要求。较大的电感量有利于减小电流的脉动，降低输出纹波，并增大输出电流容量（MAX1678 例外）。在体积和成本允许的情况下应选用饱和电流比
6、较大的电感，因为当磁芯接近饱和时损耗增大，会降低转换效率。电感的饱和电流至少应大于轮换器的峰值电流。电感的直流电阻会消耗一会的功率，在体积和成本许可的情况下应选用直流电阻尽量小的电感。另外对于低噪声应用，为降低电源的EMI，最好选用具有闭合磁芯的电感。4.滤波电容的选择选择滤波的电容的主要依据是系统对电源纹波的要求。滤波电容的等效串联电阻（ESR）是造成输出纹波的主要因素，而且也会影响到转换效率，应选用低 ESR 的电容。陶瓷电容和钽电解电容具有较低的 ESR，也可选用低 ESR 的铝电解电容，但应尽量避免标准铝电解电容。容量一般在 10F100F，对于较重的负载应选取大一点的电容。较大容量的
7、滤波电容有利于改善输出纹波和瞬态响应。降压转换器（TI 的 TPS152 为例）1.简介TPS5120 是一款新颖的双输出高效率同步降压 DC-DC 控制器，在轻负载时，它可由 PWM 模式切换至 SKIP 模式，其目的是降低运行工作频率、缩小低端MOSFET 的导通时间，以提高轻负载条件下的转换效率。TPS5120 的在片 1.5A 驱动电路可直接驱动低成本 N 沟道 MOSFET；其内部无检流电阻的过流保护电路和恒定高端 MOSFET 驱动电压源可大大简化 DC-DC 电源设计。TPS5120 的两路输出是相互独立的，它们的相位差是 180，这样既可减少输入电流纹波，还可降低对输入电源容量
8、的要求；它们的软启动时间常数以及电压/电流保护均可分别设定，因此应用极其灵活方便。2. TPS5120 的内部电路TPS5120 内部主要由参考电压源、PWM 电路、误差放大器、输出驱动电路、电压保护、电流保护和软启动等电路组成。电压保护具有欠压/过压保护功能；电流保护则提供短路和限流保护功能；当超过所设定的保护门限时，器件将立刻关断输出驱动电路，以避免外接功率 MOSFET 烧坏。3.典型应用电路及设计要点用 TPS5120 构成的双输出 DC-DC 电源电路如图 2 所示，选择合适的外围元器件的参数即可实现所需的输出电压/电流等要求。3.1 输出电压的设置TPS5120 可通过参考电压和分
9、压器的参数来设置输出电压 V0，公式如下：V0=（R1Vref/R2）Vref式中：R1=R101A+R101B 或 R201A+R201BR2=R103 或 R203它们分别为分压器的上端和下端电阻，Vref 为内部参考电源电压（其值为0.85V）。一般在设定输出电压时，先给定 R1，再算出 R2 的值，图 2 中的R101A 和 R201A 为粗调电阻，R101B 和 R201B 为精调电阻。3.2 输出电流纹波 I ripple输出电流纹波对开关电源的转换效率和输出电压纹波都有一定的影响，因此，在设计时应加以抑制，其大小为：Iripple=V1-V0-I0(rDS+RL)DTs/Lout
10、式中：rDS 为 MOSFET 的导通电阻；RL 为负载电阻；D 为驱动脉冲信号的占空比；Ts 为 MOSFET 的关断时间。工程上输出电流纹波 Iripple 主要通过选择输出电感 Lout 来加以抑制。上式计算出的输出电流纹为峰峰值。3.3 限流保护TPS5120 每路输出电流的限定值是通过内部的电流源和外接的限流电阻RCI（R107 和 R207）来确定的，在某些不需要过压/欠压保护的场合，可将 FLT 端直接接地；另外，再拆掉限流电阻 R107、R207 及电容 C105、C205 即可取消限流保护功能。DC/DC 转换器设计中接地线的布线技巧在设计印刷线路板时，设计工程师都会仔细思考
11、铜线的走线方式和元器件的放置问题。如果没有充分考虑这两点，印刷线路板的效率、最大输出电流、输出纹波及其它特性都将会受到影响。产生这些影响的两个主要原因则是地线(GND、VSS)和电源线(+B、VCC、VDD)的连接，如果地线及电源线设计合理，电路将能正常地工作，获得较好的性能指标，否则会产生干扰、性能指标恶化等问题。本文就 DC/DC 转换器的设计，介绍一些通用的设计原则和地线连接方法。设计原则印制线走线方式和元器件的放置常常会影响电路的性能。以下提出了接地线设计的四个原则：1. 用平面布线方式 (planar pattern)接地；2. 用平面布线方式接电源线；3. 按电路图中的信号 电流走
12、向依序逐个放置元器件；4. 实验获得的数据在应用时不应做任何调整，即使受板的尺寸或其它因素影也应原样复制数据。在设计中注意以上原则和要点，可以减少电路噪声和信号干扰。除了以上的基本原则外，在设计铜线走线模式和元件放置时应谨记以下两点：布线之间会产生杂散电容；连线长度会产生阻抗。在设计中注意线间杂散电容和缩短布线长度有利于消除噪声，减少辐射的产生。在上面的几个基本原则基础上，设计工程师应注意以下几点(参见图 1)：1. 根据电路原理图进行元件的布局，输入电流线和输出电流线应进行区别；2. 合理放置元器件，保证它们之间的连线最短，以减少噪声；3. 在电压变化很大和流过大电流的地方应小心设计以降低噪
13、声；4. 如果电路中采用了线圈和变压器，必须小心进行连接；5. 电路设计时，将元器件放置在同一方向，便于回流焊接；6. 元器件间或元器件焊盘和焊盘间必须保证 0.5 毫米以上的间隙，避免出现桥接。PCB 设计示例a. 升压转换器模式布线方式在升压转换器中，输出电容(CL)的位置比其它元件更重要，参考图 2。建议在PCB 设计时注意以下两点：1. 将输出电容尽可能与 IC 靠近，尽量减小电流回路。2. 在 PCB 板的背面用平面布线方法进行地线连接，板背面的接地线应通过一个过孔与板正面的接地线相连。b. 降压转换器布线方式在降压电路设计中，肖特基二极管的位置很关键，见图 3 所示。在 PCB 设计中注意以下几点：1. 肖特基二极管接地点设计将影响输出的稳定性；2. 肖特基二极管阴极连接线的长度将影响输出的稳定性；3. PCB 背面用大面积铜箔作为地，通过过孔与正面地连接。
