電源管理在電子設計的許多領域都是一個具有挑戰(zhàn)性的元素，而不僅僅是在工業(yè)領域。通過以最佳方式管理效率和熱管理問題，可以獲得能耗極低的設備。要獲得高效的 DC-DC 轉(zhuǎn)換，需要考慮幾個特性。根據(jù)一系列操作條件，這些方法中的每一種都有其特定的優(yōu)點和缺點。

介紹

DC-DC 轉(zhuǎn)換器的設計遵循一些必須根據(jù)應用領域獲得批準的規(guī)范。此類規(guī)范的示例包括輸入電壓范圍、輸出電壓值、輸出功率、效率、輸入和輸出之間的電氣絕緣、工業(yè)標準。在DC-DC轉(zhuǎn)換器的設計中，許多因素有助于確定相關元件的正確值。此外，必須考慮選擇作為 DC-DC 轉(zhuǎn)換器運行基礎的最佳開關技術，以進一步優(yōu)化轉(zhuǎn)換器的效率。使用的技術 (IC)、材料、尺寸和符合法規(guī)是最終成本的主要部分。電源級的設計需要識別一些特性，例如瞬態(tài)容限和負載特性（阻抗范圍）。瞬態(tài)響應是電源性能水平的良好指標。它是衡量直流電流承受負載阻抗變化的能力的指標。

DC-DC轉(zhuǎn)換器效率的評估

系統(tǒng)損耗在評估 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的效率方面起著重要作用。他們的分析涉及兩種類型：電感器中的峰值電流和轉(zhuǎn)換器電路充電和放電階段導致的所謂開關損耗。關于電感中峰值電流造成的損耗，可以確定兩個因素，一個與導通期間 ON-OFF 開關 FET 的漏源電阻有關，另一個與電感的直流電阻有關。開關損耗或動態(tài)特性主要由電路的電容效應引起。特別是必須考慮 FET 和二極管的漏源寄生開關電容。電感器磁芯中的能量損耗與開關頻率成正比；實際上，隨著電感磁芯損耗的增加，頻率也隨之增加。這種類型的泄漏是由于芯的材料和尺寸造成的。電感的最佳選擇主要由三個方面來考慮：飽和電流必須足夠高于電感中流過的最大電流；電感的連續(xù)電阻；和電感器的物理尺寸。FET 必須能夠承受電感放電期間的漏源電壓。此外，最大漏電流必須高于通過電感的峰值電流。為了最小化開關損耗，F(xiàn)ET 必須具有低柵源和漏源電容值。

電感的最佳選擇主要由三個方面來考慮：飽和電流必須足夠高于電感中流過的最大電流；電感的連續(xù)電阻；和電感器的物理尺寸。FET 必須能夠承受電感放電期間的漏源電壓。此外，最大漏電流必須高于通過電感的峰值電流。為了最小化開關損耗，F(xiàn)ET 必須具有低柵源和漏源電容值。電感的最佳選擇主要由三個方面來考慮：飽和電流必須足夠高于電感中流過的最大電流；電感的連續(xù)電阻；和電感器的物理尺寸。FET 必須能夠承受電感放電期間的漏源電壓。此外，最大漏電流必須高于通過電感的峰值電流。為了最小化開關損耗，F(xiàn)ET 必須具有低柵源和漏源電容值。FET 必須能夠承受電感放電期間的漏源電壓。此外，最大漏電流必須高于通過電感的峰值電流。為了最小化開關損耗，F(xiàn)ET 必須具有低柵源和漏源電容值。FET 必須能夠承受電感放電期間的漏源電壓。此外，最大漏電流必須高于通過電感的峰值電流。為了最小化開關損耗，F(xiàn)ET 必須具有低柵源和漏源電容值。

Digital Control

數(shù)字控制已被證明是最可靠的電壓調(diào)整方法。在開關電源的每個工作周期中，數(shù)字 IC 允許微調(diào)節(jié)能直至控制耗散。在數(shù)字控制器中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 將輸出電壓的測量值（標度）與參考電壓（誤差電壓）之間的差異轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。數(shù)字控制器的 PID 處理器取代了模擬設備的補償網(wǎng)絡。瑞薩電子 ZL6105 是一款帶有集成 MOSFET 驅(qū)動器的數(shù)字電源調(diào)節(jié)器。它被設計為一個靈活的直流元件，可以很容易地適應從 3 相供電的單相電源的設計。

圖 1：電源管理數(shù)字控制



圖2：ZL6105典型應用電路?

醫(yī)療的

醫(yī)療級 DC/DC 轉(zhuǎn)換器通常用于描述一類日益流行的轉(zhuǎn)換器。主要要求是在輸入和輸出之間尋找安全的電流隔離，通常表示為隔離電壓。隔離式轉(zhuǎn)換器通過其隔離屏障承受高壓的能力取決于用于構建轉(zhuǎn)換器的材料、內(nèi)部 PCB 上輸入和輸出走線之間的物理隔離以及變壓器承受輸入和輸出之間應力的絕緣能力。出口繞組。變壓器構造最簡單的解決方案是使用具有涂層厚度或多層涂層的繞組以確保足夠的絕緣。然而，隨著小型化趨勢的發(fā)展，該解決方案已達到其極限。

除了絕緣電阻之外，DC/DC 轉(zhuǎn)換器的另一個最關鍵的規(guī)格是工作溫度范圍。具有低內(nèi)部功耗的高效轉(zhuǎn)換器可以在高溫下運行而不會過熱。

Recom 的 REM1 集成了 REM3、REM6 和 REM10 系列，在更緊湊的 SIP7 封裝中提供 1W 級非穩(wěn)壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。REM1 具有 5.2 kVAC /1 分鐘的隔離和 2MOPP / 250VAC 的工作電壓。REM1 提供 3.3、5、12、15 或 24V 輸入，并提供 3.3、5 或 12V 輸出，效率高達 85%（圖 3）。

圖 3：根據(jù) REM10 系列負載的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器效率

ADI 的 μModule Power by Linear 系列代表了完整的“系統(tǒng)級封裝”電源解決方案，可最大限度地縮短設計時間并解決電路板空間、散熱和能量密度方面的最常見問題。μModule 產(chǎn)品是完整的電源管理解決方案，將 DC-DC 控制器、功率晶體管、輸入和輸出電容器、補償元件和電感器集成到緊湊的 BGA 或 LGA 表面貼裝封裝中（圖 4）。

圖 4：LTM8065 典型應用電路

鐵路

鐵路應用要求設備能夠承受牽引車輛和機車車輛遇到的氣候、機械和電氣環(huán)境。電子設備需要DC/DC電源的轉(zhuǎn)換，必須安全可靠地運行。

RP 轉(zhuǎn)換器：RECOM 的 RP08-AW、RP20-FR 和 RP40-FR 系列，效率高達 92%，設計用于鐵路板列車應用（機車車輛），也可用于電信領域的其他應用。緊湊型模塊提供寬輸入電壓范圍，具有單輸出和雙輸出電壓以及通過一些相應引腳的控制邏輯。89% 的產(chǎn)率和 -40 °C 至 + 85 °C 的寬工作溫度范圍在 -HC 版本中提供了廣泛的用途，考慮到反過來冷卻利用自然公約但有可能使用預組裝的散熱器（圖 5）。

圖 5：RP20（左）和 RP40（右）系列的效率與輸出電流的函數(shù)關系

結論

電源系統(tǒng)的設計涉及一系列設計因素之間的折衷，例如尺寸、成本和效率。一般來說，要設計電源級，需要確定一些性能，例如瞬態(tài)容限、紋波電壓和負載特性。為了實現(xiàn)具有更長運行時間和更小尺寸的系統(tǒng)，越來越多的系統(tǒng)設計人員正在專注于通過更好地管理電池特性來提高具有先進電路拓撲結構的電源轉(zhuǎn)換效率。


審核編輯：劉清