DC-DC轉(zhuǎn)換器

這里我會分幾篇文章來詳細討論DC-DC轉(zhuǎn)換器的抗干擾性這一主題，第一講我們來簡單聊聊DC-DC轉(zhuǎn)換器

自從電子學(xué)誕生以來，就流傳著一句老話…“所有問題都是DC問題。”

當(dāng)然，DC指“直流”，即電路中穿過導(dǎo)體由A點至B點的單向電流。我們知道，這里所說的“問題”意思很簡單，就是…問題。那么，為什么所有問題都是DC問題呢?

我們知道，電流和電子簡單來說是完整電路系統(tǒng)中，各種導(dǎo)體和器件中的電流產(chǎn)生的能量。因此，歸根結(jié)底是一種能量轉(zhuǎn)換。能量是做功的能力，以兩種形式存在：1)勢能和2)動能。勢能是一種非活動狀態(tài)的蓄能 (如電池端子間的電壓)。動能是勢能轉(zhuǎn)變?yōu)榛顒訝顟B(tài)時產(chǎn)生的能量 (如電流穿過燈泡)。電子學(xué)簡單來說是通過控制各種導(dǎo)體中的電流，將勢能 (電壓) 轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?(電流) 的科學(xué)! 歐姆‘DC定律’必須始終滿足能量轉(zhuǎn)換才能產(chǎn)生作用!因此，電路輸入與輸出之間的每一部分，無論是否具備AC功能，必須出色設(shè)計電路的DC結(jié)構(gòu)，才能有效支持無論何種形式的能量轉(zhuǎn)換。換句話說，如果電路DC設(shè)計不良，不可能實現(xiàn)AC性能。

這種情況給設(shè)計師造成極大壓力，需要在電源與接地之間“模擬設(shè)計”的基礎(chǔ)上，掌握多學(xué)科領(lǐng)域高水平專業(yè)技術(shù)。相對于各種輸入信號，要想在各種電壓條件下以低噪聲轉(zhuǎn)換直流 (DC)，首先需要選擇正確的DC-DC轉(zhuǎn)換器。DC-DC轉(zhuǎn)換器有各種尺寸和類型：轉(zhuǎn)換器包括線性、開關(guān)模式和磁電等不同類型。而且，升壓 (步升) 和降壓 (步降) 功能采用類型各異的能量轉(zhuǎn)換電路。正確了解這些電路類型，可以避免使用時性能下降。后面，我們可以分析行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者推出的器件，如國家半導(dǎo)體公司最近推出的Simple Switcher電源模塊。

“所有問題都是DC問題…”，在考慮DC-DC轉(zhuǎn)換器時了解這一點，可以為良好的電路設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

第二講：線性調(diào)節(jié)器

線性調(diào)節(jié)器是所有DC-DC轉(zhuǎn)換器最基礎(chǔ)的器件。線性調(diào)節(jié)器是一種穩(wěn)壓器，相對于在“非線性”開關(guān)模式區(qū)域工作的開關(guān)調(diào)節(jié)器(我們將在后面討論這種器件)，線性調(diào)節(jié)器在“線性區(qū)域”工作。線性調(diào)節(jié)器必須滿足為負載提供額定電源 (低噪聲達到可接受水平)，同時降低輸出阻抗的要求，以使電壓增益不受負載阻抗值的影響。線性調(diào)節(jié)器起可變電阻的作用，調(diào)節(jié)分壓網(wǎng)絡(luò)，以保持恒定的輸出電壓，同時提供各種負載電流。

圖1

圖1所示為線性調(diào)節(jié)器原理圖。圖中所示為“串聯(lián)”線性調(diào)節(jié)器電路，因為調(diào)節(jié)器件 (晶體管Q) 與負載R2串聯(lián)。電路調(diào)節(jié)齊納二極管DZ輸出電壓 (因為晶體管基極電流是齊納管至R1偏置電流的很小一部分)。晶體管發(fā)射極輸出電壓低于齊納管電壓一個二極管壓降，并有足夠的電流增益驅(qū)動高輸出值Iout (經(jīng)R2)。盡管電路具有良好的輸出電壓調(diào)節(jié)能力 (只要Q在線性區(qū)域工作)，但仍會感應(yīng)負載、電源變量(Vs)、噪聲和電源紋波。其中有些問題可以采用負反饋電路感應(yīng)電路輸出來解決，其他時候，這個電路往往用作電壓基準，支持更加先進的線性調(diào)節(jié)器設(shè)計。設(shè)計或選擇線性調(diào)節(jié)器時，還必須慎重考慮電噪聲、電源Vs至Vout產(chǎn)生的紋波，以及調(diào)節(jié)器輸出中可能耦合的共模電壓。

例如，選擇線性調(diào)節(jié)器時，必須認真確定電路功率要求和穩(wěn)壓器輸出特性。以國家半導(dǎo)體公司LM340/LM78XX系列三端正壓調(diào)節(jié)器為例，這類線性調(diào)節(jié)器是業(yè)界具有基礎(chǔ)設(shè)計要素的標準器件。一般情況下，部分器件規(guī)定了固定輸入電壓條件下的固定輸出電壓 (一般Vs-Vout>2V)，以及最大固定輸出負載電流Iout。