DC-DC電源轉換器
關注創建者：匿名 創建時間：2022-01-18
DC-DC電源轉換器的實例教程
二、DC/DC轉換器
何謂DC/DC轉換器？
DC/DC轉換器是一種將DC（直流）轉換為DC（直流）的元件，具體是指利用DC（直流）轉換電壓的元件。IC等電子元件各自的工作電壓范圍不同，因此需要轉換為相應的電壓。
生成電壓低于初始電壓的轉換器被稱為"降壓轉換器"；生成電壓高于初始電壓的轉換器被稱為"升壓轉換器"。
名稱說明
DC/DC轉換器是指將直流轉換為直流的裝置的名稱。
它常被稱為線性穩壓器或開關穩壓器等，以轉換方式的名稱命名。
降低電壓的電源裝置
降壓轉換器、Buck轉換器、Step?down轉換器
提高電壓的電源裝置
升壓轉換器、Boost轉換器、Step?up轉換器
升降電壓的電源裝置
升降壓轉換器、Buck-Boost轉換器
生成負電壓的電源裝置
負電壓轉換器、反轉轉換器、逆變轉換器
為何需要DC/DC轉換器？
插入插座進行工作的電氣產品需要使用將AC（交流）100V轉換為DC（直流）的"AC/DC轉換器"。
這是因為大部分半導體部件只能在DC下工作。
整機電路板上搭載的IC等具有各自固有的工作電壓范圍，電壓精度要求也不同。
通過電壓不穩的電源等供電會導致誤動作或特性劣化等異常。
因此，需使用"DC/DC轉換器"轉換為所需的電壓并實現穩定化。
通過DC/DC轉換器實現電壓穩定的裝置被稱為電壓穩壓器。
電源IC種類
電源IC大致分為線性穩壓器和開關穩壓器兩種。
作為其各自的輸出形式，線性穩壓器僅可降壓輸出比輸入電壓低的電壓。
展開 二、DC/DC轉換器
何謂DC/DC轉換器？
DC/DC轉換器是一種將DC（直流）轉換為DC（直流）的元件，具體是指利用DC（直流）轉換電壓的元件。IC等電子元件各自的工作電壓范圍不同，因此需要轉換為相應的電壓。
生成電壓低于初始電壓的轉換器被稱為"降壓轉換器"；生成電壓高于初始電壓的轉換器被稱為"升壓轉換器"。
名稱說明
DC/DC轉換器是指將直流轉換為直流的裝置的名稱。
它常被稱為線性穩壓器或開關穩壓器等，以轉換方式的名稱命名。
為何需要DC/DC轉換器？
插入插座進行工作的電氣產品需要使用將AC（交流）100V轉換為DC（直流）的"AC/DC轉換器"。
這是因為大部分半導體部件只能在DC下工作。
整機電路板上搭載的IC等具有各自固有的工作電壓范圍，電壓精度要求也不同。
通過電壓不穩的電源等供電會導致誤動作或特性劣化等異常。
因此，需使用"DC/DC轉換器"轉換為所需的電壓并實現穩定化。
通過DC/DC轉換器實現電壓穩定的裝置被稱為電壓穩壓器。
電源IC種類
電源IC大致分為線性穩壓器和開關穩壓器兩種。
作為其各自的輸出形式，線性穩壓器僅可降壓輸出比輸入電壓低的電壓。
開關穩壓器則具有自由度，輸出形式包括以下4種：
?降壓輸出比輸入電壓低的電壓
?升壓輸出比輸入電壓高的電壓
?升降壓輸出恒定電壓，與輸入電壓的高低無關
?從正電壓反轉輸出負電壓
而且，開關穩壓器的整流方式有同步整流和非同步整流（二極管整流）。
【電源IC種類】
線性穩壓器和開關穩壓器
通過DC/DC轉換器實現電壓穩定的裝置被稱為電壓穩壓器。
展開 本文將探討升壓型DC/DC轉換器的PCB布局中“接地”相關的內容。經常聽到“接地很重要”、“需要加強接地設計”等說法。實際上，在升壓型DC/DC轉換器的PCB布局中，沒有充分考慮接地、背離基本規則的接地設計是產生問題的根源。請認識到需要嚴格遵守以下注意事項。另外，遵守這些注意事項不僅局限于升壓型DC/DC轉換器。
接地
首先，模擬小信號接地和電源接地必須分開。原則上，電源接地的布局無需與布線電阻較低、散熱性好的頂層分離。
如果電源接地分開并經由過孔連接在背面，則受過孔電阻和電感器的影響，損耗和噪聲將會惡化。旨在屏蔽、散熱及減少直流損耗而在內層或背面設置接地層的做法，只是輔助接地。
該圖是此次示例的電路板布局。這是頂層的電源接地（PGND，橙色部分）和模擬小信號接地（AGND，淺藍色部分）的基本布局示例。
將接地層設計在多層電路板的內層或背面時，需要特別注意高頻開關噪聲較多的電源接地。如果第二層具有旨在減少直流損耗的電源接地層，請使用多個過孔連接頂層和第二層，以降低電源地的阻抗。
此外，如果在第三層上有公共接地，在第四層上有信號接地，則電源接地與第三和第四層接地之間的連接僅連接高頻開關噪聲較小的輸入電容器附近的電源接地。
展開 圖1 – CCM 運行
圖2 – DCM 運行
當 KRF = 2 時，轉換器被認為處于臨界導通模式 (CrCM) 或邊界導通模式 (BCM)。在這種模式下，電感電流在周期結束時達到零，正如 MOSFET 會在下一周期開始時導通。對于需要一定范圍輸入電壓 ( VIN）的應用，固定頻率轉換器通常在設計上能夠在最大負載的情況下在指定 VIN 范圍內，以所需要的單一導通模式 (CCM 或 DCM) 工作。隨著負載減少，CCM 轉換器最終將進入 DCM 工作。在給定 VIN 下，使導通模式發生變化的負載就是臨界負載（ICRIT）。在給定 VIN 下，引發 CrCM / BCM 的電感值被稱為臨界電感（LCRIT），通常發生于最大負載的情況下。
紋波電流與 VIN
眾所周知，當輸入電壓為輸出電壓 (VOUT) 的一半時，即占空比 (D) 為50％時 (圖3)，在連續導通模式下以固定輸出電壓工作的 DC－DC 升壓轉換器的電感紋波電流最大值就會出現。這可以通過數學方式來表示，即設置紋波電流相對于 D 的導數 (切線的斜率) 等于零，并對 D 求解。簡單起見，假定轉換器能效為100％。
根據 (3)、 (4) 和 (5),
并通過 CCM 或 CrCM 的電感伏秒平衡 (6),
則 (7).
將導數設置為零, (8)
我們就能得出 (9).
展開 本篇文章介紹了考慮電感器部分飽和磁性材料的仿真工作流程，該材料用于開關模式電源（升壓轉換器）。此工作流程包括印刷電路板 （PCB） 和功率電感器的 3D 模型。
背景
開關模式電源（如 DC-DC 轉換器）的 3D EM 和電路協同仿真涉及 3D 模型和電路模型。3D 模型使用CST 微波工作室（CST MWS） 和組件（通常采用 SPICE 格式）與電路原理圖 CST Design Studio 內的 3D 模型連接。這種方法提供了準確的系統響應，但無法使用 SPICE 正確建模場分布。特別是，模擬只能使用 3D 電感器模型建模的電感器的磁場分布。
此外，當 DCDC 轉換器的輸出電流增加時，電感處的電流也會增加。電感處直流電流的進一步增加將導致（部分）磁飽和，并導致電感值降低。
3D EM 和 Circuit 協同仿真
協同仿真的第一步是將 PCB 的 3D 模型導入 CST MWS。元件連接使用離散端口進行建模。每個離散端口都被激發，S 參數結果在 3D 仿真后可用。圖 1 顯示了 PCB 模型和離散端口。
圖 1.具有離散端口連接的 DC-DC 轉換器的 PCB 模型
之后，R、L、C、二極管和晶體管等電路元件在原理圖中與 CST MWS 模塊連接，其中包含 PCB 寄生信息。無源電路元件的電氣行為可以使用 SPICE 模型或 Touchstone 模型來表示。對于有源電路元件，需要一個 SPICE 模型。電路元件和 CST MWS 模塊的完整連接如圖 2 所示。
圖 2.帶 MWS 模塊的 DC-DC 升壓轉換器的協同仿真電路原理圖
如前所述，為了在仿真中準確模擬功率電感的場輻射，必須考慮線圈的 3D 模型。電感器主體的材料使用德拜 1階磁散模型進行建模，靜態磁導率為 125。
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本篇文章介紹了考慮電感器部分飽和磁性材料的仿真工作流程，該材料用于開關模式電源（升壓轉換器）。此工作流程包括印刷電路板 （PCB） 和功率電感器的 3D 模型。
背景
開關模式電源（如 DC-DC 轉換器）的 3D EM 和電路協同仿真涉及 3D 模型和電路模型。3D 模型使用CST 微波工作室（CST MWS） 和組件（通常采用 SPICE 格式）與電路原理圖 CST Design
根據電源管理芯片的功能進行分類，可以將其劃分為AC/DC電源轉換器、DC/DC電源轉換器、低壓差線性穩壓器（LDO）、電池管理芯片、驅動芯片。
電源管理是確保電子設備高效、穩定運行的關鍵技術。隨著技術的進步，電源管理芯片(PMIC)已經發展成為一門高度集成化、智能化的科技。
首先，我們過一下AC（交流）和DC（直流）的概念、。
何謂AC
Alternating Current（交流）的首字母縮寫。
AC是大小和極性（方向）隨時間呈周期性變化的電流。
電流極性在1秒內的變化次數被稱為頻率，以Hz為單位表示
在新能源車上，碳化硅器件 主要使用在主驅逆變器、OBC(車載充電機)、DC-DC 車載電源轉換器和大功率 DCDC 充電設備。隨著各大車企相繼推出 800V 電壓平臺，為滿足大電流、高電壓的 需求，電機控制器的主驅逆變器將不可避免的由硅基 IGBT 替換為 SiC-MOS，帶來巨 大增長空間。
電機控制器中功率模塊占整車成本 8%。
DC-DC轉換器也稱為DC-DC電源轉換器或電壓調節器。
來源：Rohm
首先，我們過一下AC（交流）和DC（直流）的概念。
何謂AC
Alternating Current（交流）的首字母縮寫。
AC是大小和極性（方向）隨時間呈周期性變化的電流。
電流極性在1秒內的變化次數被稱為頻率，以Hz為單位表示。
升壓拓撲結構在功率電子領域非常重要，但是電感值的選擇并不總是像通常假設的那樣簡單。在 dc - dc 升壓轉換器中，所選電感值會影響輸入電流紋波、輸出電容大小和瞬態響應。選擇正確的電感值有助于優化轉換器尺寸與成本，并確保在所需的導通模式下工作。本文講述的是在一定范圍的輸入電壓下，計算電感值以維持所需紋波電流和所選導通模式的方法，并介紹了一種用于計算輸入電壓上限和下限模式邊界的數學方法。
本文將探討升壓型DC/DC轉換器的PCB布局中“接地”相關的內容。經常聽到“接地很重要”、“需要加強接地設計”等說法。實際上，在升壓型DC/DC轉換器的PCB布局中，沒有充分考慮接地、背離基本規則的接地設計是產生問題的根源。請認識到需要嚴格遵守以下注意事項。另外，遵守這些注意事項不僅局限于升壓型DC/DC轉換器。
接地
