DCDC电路分析精讲

DC-DC电路分析市场质量部陈允保Dec,2007DC-DC的定义广义：凡是直流变换成直流的电路都可称为DC-DC电路，常见的有开关变换和线性变换两种方式。狭义：通过开关变换方式将直流变换成直流的电路称为DC-DC电路。DC-DC电路必须有调整管，调整管工作于开关状态或线性放大状态就决定了其工作方式。线性变换方式效率低，只有30%~50%，调整管需要外加散热板；开关变换方式效率最高可达98%，几乎不需要外加散热板。DC-DC电路的分类1、升压、降压和变极性类2、电流反馈和电压反馈类3、隔离和非隔离类4、同步和异步类同步类效率高，适合大功率场合，效率可达98%，应用较为广泛，但纹波干扰大，在输入输出端需增加纹波抑制电路。工作原理如图所示，基本电路由开关K（实际电路中为三极管或者场效应管），续流二极管D，储能电感L，滤波电容C等构成。当开关闭合时，电源通过开关K、电感L给负载供电，并将部分电能储存在电感L以及电容C中。由于电感L的自感，在开关接通后，电流增大得比较缓慢，即输出不能立刻达到电源电压值。一定时间后，开关断开，由于电感L的自感作用（可以比较形象的认为电感中的电流有惯性作用），将保持电路中的电流不变，即从左往右继续流。这电流流过负载，从地线返回，流到续流二极管D的正极，经过二极管D，返回电感L的左端，从而形成了一个回路。通过控制开关闭合跟断开的时间（即PWM脉冲宽度调制），就可以控制输出电压。如果通过检测输出电压来控制开、关的时间，以保持输出电压不变，这就实现了稳压的目的。在LCD数字板上的应用1、降压：2、升压：DC-DC12V5V12V1.8VDC-DCDC-DC12V33V一、MC34063组成的DC-DC电路MC34063简介：1、能在3.0~40V的输入电压下工作；2、带有短路电流限制功能；3、低静态工作电流；4、输出开关电流可达1.5A；5、输出电压可调；6、工作频率从100HZ~100KHZ；7、可构成升降压或反向电源变换器；8、基准电压VREF=1.25V。MC34063内部框图：内部框图的电路解释：振荡器通过恒流源对外接在3脚上的定时电容不断地充电和放电以产生振荡波形。充电和放电电流都是恒定的，所以振荡频率仅取决于外接定时电容的容量。Vpp=800mVT=25usf=40KHz与门的C输入端在振荡器对外充电时为高电平，D输入端在比较器的输入电平低于阈值电平时为高电平，当C和D输入端都变成高电平时触发器被置为高电平，输出开关管导通，反之当振荡器在放电期间，C输入端为低电平，触发器被复位，使得输出开关管处于关闭状态。稳压原理：当输出电压升高，5脚分得的电压相应升高，高于1.25V时比较器翻转为低电平，与门输出低电平，触发器输出低电平，开关管提前截止，对电感的储能减小，输出电压降低。峰值电流Ipk感应端7脚，通过检测连接在Vcc和7脚之间电阻上的压降来完成电流限制功能。当7脚检测到电阻上的电压降超过300mV时，电流限制电路开始工作，这时通过3脚对定时电容进行快速充电，以减少充电时间和输出开关管的导通时间，结果使得输出开关管的关闭时间延长，达到限定输出电流的目的。MC34063组成的升压电路：Vout=（1＋R2/R1）×1.25=（1＋47/2.2）×1.25=27.95VIout=0.3/Rsc=0.3/0.22=1.36A（最大限定电流）MC34063组成的降压电路：Vout=（1＋R2/R1）×1.25=（1＋3.6/1.2）×1.25=5VIout=0.3/Rsc=0.3/0.33=0.9A（最大限定电流）MC34063组成的反极性电路：Vout=（1＋R2/R1）×1.25=（1＋8.2/0.953）×1.25=12VIout=0.3/Rsc=0.3/0.24=1.25A（最大限定电流）MC34063组成的电流扩展电路：MC34063组成的正负电压电路：MC34063组成的隔离输出电路：在LCD数字板上的应用（冠捷）：二、LM2596降压型DC-DC电路LM2596简介：1、3.3V/5V/12V的固定电压输出和可调电压输出2、可调输出电压范围1.2V～37V±4%3、输入可高达40V，输出线性好且负载可调节4、150KHz的内部振荡频率，输出电流可高达3A5、低功耗待机模式，典型值为80μA6、TTL断电能力，具有过热保护和限流保护功能7、外围电路简单，仅需4个外接元件8、基准电压VREF=1.235VLM2596内部框图：LM2596各脚功能：PinSymbolDescription1VIN电源输入2OUTPUT输出端。有固定的3.3V、5V、12V输出（后缀分别为-3.3、-05、-12），也有1.2V~37V可调输出3GND地4Feedback反馈5ON/OFF芯片起动和关断端。该脚为低电平时芯片起动，该脚为高电平时芯片关断5V固定输出典型应用：可调节输出典型应用：在LCD数字板上的应用（26H/GM21）：GM21机芯无Q6,5脚直接接地。三、MP9583降压型DC-DC电路MP9583简介：•3A输出电流，可编程软起动•0.1Ω的内部功率MOSFET开关•输出接陶瓷电容具有低ESR的稳定性•可达95%的效率，20uA的关断模式电流•固定的385KHz工作频率•过热保护，周期性的过流保护，欠压锁定•输入工作电源范围宽：4.75V-23V•输出可调范围：1.22V-21V•基准电压：VREF=1.222VMP9583内部框图：MP9583各脚功能：PinSymbolDescription1BS自举电容2IN电源输入3SW开关输出4GND地5FB反馈6COMP补偿7EN使能,高电平开，低电平关，开路自动起动8SS软起动2.5V固定输出典型应用：VOUT=1.222（1＋R1/R2）在LCD数字板上的应用（MS89）：四、MP1411降压型DC-DC电路MP1411简介：•2A输出电流，可达95%的效率•0.2Ω的内部功率MOSFET开关•输出接陶瓷电容具有低ESR的稳定性•23uA的关断模式电流，可编程的欠压锁定•固定的380KHz工作频率•过热保护，周期性的过流保护•输入工作电源范围宽：4.75V-18V•输出可调范围：0.92V-16V•基准电压：VREF=0.92VMP1411内部框图：MP1411各脚功能：PinSymbolDescription1、3NC不连接2BS自举电容4IN电源输入5SW开关输出6GND地7FB反馈8COMP补偿9EN使能，高电平开，低电平关，开路自动起动10SS软起动3.3V固定输出典型应用：VOUT=0.92（1+R1/R2）在LCD数字板上的应用（MC77）：五、SC1102组成的DC-DC电路SC1102简介：1、基准电压VREF=1.265V2、效率高达95%的同步运行3、Rds电流感应4、芯片内具有电源和过压保护功能5、很少的外部元件6、软起动功能7、芯片使能功能SC1102内部框图：SC1102各脚功能：3.3V固定输出典型应用：VOUT=(1+R9/R8)×1.265在LCD数字板上的应用（GC32）：六、IRU3037组成的DC-DC电路IRU3037简介：1、运行于单5V或12V供电的同步控制器2、内部200KHz固定频率电压模式3、软起动功能4、500mA峰值输出激励能力5、当控制MOSFET短路时保护输出6、基准电压VREF=1.25VIRU3037内部框图：IRU3037各脚功能：PinSymbolDescription1FB反馈端2VCC内部低侧供电3LDrv低侧激励输出4GND地5HDrv高侧激励输出6VC内部高侧供电7COMP补偿8SS/SD软起动3.3V固定输出典型应用：VOUT=(1+R6/R5)×1.25在LCD数字板上的应用（MS18）：七、DC-DC电路检修注意事项DC-DC电路效率高，温升低，元件少，因此故障率相对较低，检修也较容易。但输出开关管、续流二极管接有感性负载，且工作频率高、电流大，因此输出部分的元件故障率相对高一些。DC-DC电路输出开关管有三极管和MOSFET之分，三极管多集成在DC-DC集成块内部，MOSFET有集成在DC-DC集成块内部，也有外接的双MOSFET。续流二极管工作于高频大电流状态，多采用恢复时间短的肖特基二极管。DC-DC电路无输出应重点检查开关管和续流二极管，续流二极管多为击穿损坏；代换续流二极管时，不能用普通的整流管代换，应选用快速恢复二极管；输出电压过高或过低，应重点检查DC-DC集成块FB反馈端外接的两个取样电阻；不能断开两个取样电阻通电检修，否则稳压反馈环路失控，开关管会冒烟烧坏；代换外接的双MOSFET时，应充分考虑它的类型以及ID、VDS、RDS等重要参数；当更换双MOSFET后开机，MOSFET再次冒烟损坏，多数是由于DC-DC电路负载有严重短路现象。THANKS!Dec,2007