DC-DC電源轉(zhuǎn)換器的案例
AC/DC、DC/DC轉(zhuǎn)換器基礎(chǔ)指南
二、DC/DC轉(zhuǎn)換器
何謂DC/DC轉(zhuǎn)換器？
DC/DC轉(zhuǎn)換器是一種將DC（直流）轉(zhuǎn)換為DC（直流）的元件，具體是指利用DC（直流）轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓。
生成電壓低于初始電壓的轉(zhuǎn)換器被稱為"降壓轉(zhuǎn)換器"；生成電壓高于初始電壓的轉(zhuǎn)換器被稱為"升壓轉(zhuǎn)換器"。
名稱說明
DC/DC轉(zhuǎn)換器是指將直流轉(zhuǎn)換為直流的裝置的名稱。
它常被稱為線性穩(wěn)壓器或開關(guān)穩(wěn)壓器等，以轉(zhuǎn)換方式的名稱命名。
降低電壓的電源裝置
降壓轉(zhuǎn)換器、Buck轉(zhuǎn)換器、Step?down轉(zhuǎn)換器
提高電壓的電源裝置
升壓轉(zhuǎn)換器、Boost轉(zhuǎn)換器、Step?up轉(zhuǎn)換器
升降電壓的電源裝置
升降壓轉(zhuǎn)換器、Buck-Boost轉(zhuǎn)換器
生成負(fù)電壓的電源裝置
負(fù)電壓轉(zhuǎn)換器、反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器、逆變轉(zhuǎn)換器
為何需要DC/DC轉(zhuǎn)換器？
插入插座進行工作的電氣產(chǎn)品需要使用將AC（交流）100V轉(zhuǎn)換為DC（直流）的"AC/DC轉(zhuǎn)換器"。
這是因為大部分半導(dǎo)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(wěn)的電源等供電會導(dǎo)致誤動作或特性劣化等異常。
因此，需使用"DC/DC轉(zhuǎn)換器"轉(zhuǎn)換為所需的電壓并實現(xiàn)穩(wěn)定化。
通過DC/DC轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)電壓穩(wěn)定的裝置被稱為電壓穩(wěn)壓器。
電源IC種類
電源IC大致分為線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器兩種。
作為其各自的輸出形式，線性穩(wěn)壓器僅可降壓輸出比輸入電壓低的電壓。
展開 新能源汽車講解丨AC/DC、DC/DC轉(zhuǎn)換器基礎(chǔ)
二、DC/DC轉(zhuǎn)換器
何謂DC/DC轉(zhuǎn)換器？
DC/DC轉(zhuǎn)換器是一種將DC（直流）轉(zhuǎn)換為DC（直流）的元件，具體是指利用DC（直流）轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓。
生成電壓低于初始電壓的轉(zhuǎn)換器被稱為"降壓轉(zhuǎn)換器"；生成電壓高于初始電壓的轉(zhuǎn)換器被稱為"升壓轉(zhuǎn)換器"。
名稱說明
DC/DC轉(zhuǎn)換器是指將直流轉(zhuǎn)換為直流的裝置的名稱。
它常被稱為線性穩(wěn)壓器或開關(guān)穩(wěn)壓器等，以轉(zhuǎn)換方式的名稱命名。
為何需要DC/DC轉(zhuǎn)換器？
插入插座進行工作的電氣產(chǎn)品需要使用將AC（交流）100V轉(zhuǎn)換為DC（直流）的"AC/DC轉(zhuǎn)換器"。
這是因為大部分半導(dǎo)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(wěn)的電源等供電會導(dǎo)致誤動作或特性劣化等異常。
因此，需使用"DC/DC轉(zhuǎn)換器"轉(zhuǎn)換為所需的電壓并實現(xiàn)穩(wěn)定化。
通過DC/DC轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)電壓穩(wěn)定的裝置被稱為電壓穩(wěn)壓器。
電源IC種類
電源IC大致分為線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器兩種。
作為其各自的輸出形式，線性穩(wěn)壓器僅可降壓輸出比輸入電壓低的電壓。
開關(guān)穩(wěn)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(guān)
?從正電壓反轉(zhuǎn)輸出負(fù)電壓
而且，開關(guān)穩(wěn)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(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器
通過DC/DC轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)電壓穩(wěn)定的裝置被稱為電壓穩(wěn)壓器。
展開 接地—升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器的PCB布局
本文將探討升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器的PCB布局中“接地”相關(guān)的內(nèi)容。經(jīng)常聽到“接地很重要”、“需要加強接地設(shè)計”等說法。實際上，在升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器的PCB布局中，沒有充分考慮接地、背離基本規(guī)則的接地設(shè)計是產(chǎn)生問題的根源。請認(rèn)識到需要嚴(yán)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(zhuǎn)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(jīng)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(nèi)層或背面設(shè)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(lán)色部分）的基本布局示例。
將接地層設(shè)計在多層電路板的內(nèi)層或背面時，需要特別注意高頻開關(guān)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(guān)噪聲較小的輸入電容器附近的電源接地。
展開 干貨｜深度講解DC-DC 升壓轉(zhuǎn)換器如何選擇電感值
圖1 – CCM 運行
圖2 – DCM 運行
當(dāng) KRF = 2 時，轉(zhuǎn)換器被認(rèn)為處于臨界導(dǎo)通模式 (CrCM) 或邊界導(dǎo)通模式 (BCM)。在這種模式下，電感電流在周期結(jié)束時達(dá)到零，正如 MOSFET 會在下一周期開始時導(dǎo)通。對于需要一定范圍輸入電壓 ( VIN）的應(yīng)用，固定頻率轉(zhuǎn)換器通常在設(shè)計上能夠在最大負(fù)載的情況下在指定 VIN 范圍內(nèi)，以所需要的單一導(dǎo)通模式 (CCM 或 DCM) 工作。隨著負(fù)載減少，CCM 轉(zhuǎn)換器最終將進入 DCM 工作。在給定 VIN 下，使導(dǎo)通模式發(fā)生變化的負(fù)載就是臨界負(fù)載（ICRIT）。在給定 VIN 下，引發(fā) CrCM / BCM 的電感值被稱為臨界電感（LCRIT），通常發(fā)生于最大負(fù)載的情況下。
紋波電流與 VIN
眾所周知，當(dāng)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(xù)導(dǎo)通模式下以固定輸出電壓工作的 DC－DC 升壓轉(zhuǎn)換器的電感紋波電流最大值就會出現(xiàn)。這可以通過數(shù)學(xué)方式來表示，即設(shè)置紋波電流相對于 D 的導(dǎo)數(shù) (切線的斜率) 等于零，并對 D 求解。簡單起見，假定轉(zhuǎn)換器能效為100％。
根據(jù) (3)、 (4) 和 (5),
并通過 CCM 或 CrCM 的電感伏秒平衡 (6),
則 (7).
將導(dǎo)數(shù)設(shè)置為零, (8)
我們就能得出 (9).
展開 
飽和磁性材料的DC-DC轉(zhuǎn)換器的3D EM和電路協(xié)同仿真CST
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(guān)模式電源（升壓轉(zhuǎn)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(guān)模式電源（如 DC-DC 轉(zhuǎn)換器）的 3D EM 和電路協(xié)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(nèi)的 3D 模型連接。這種方法提供了準(zhǔn)確的系統(tǒng)響應(yīng)，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(dāng) DCDC 轉(zhuǎn)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(dǎo)致（部分）磁飽和，并導(dǎo)致電感值降低。
3D EM 和 Circuit 協(xié)同仿真
協(xié)同仿真的第一步是將 PCB 的 3D 模型導(dǎo)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(fā)，S 參數(shù)結(jié)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換器的協(xié)同仿真電路原理圖
如前所述，為了在仿真中準(zhǔn)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(tài)磁導(dǎo)率為 125。
展開 什么是 DC-DC 轉(zhuǎn)換？
與線性轉(zhuǎn)換器相比，開關(guān)型DC-DC轉(zhuǎn)換器具有更好的效率，因為它們不會連續(xù)耗散功率。
圖像：降壓直流-直流轉(zhuǎn)換器原理圖
降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，也稱為降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，是一種DC-DC電源轉(zhuǎn)換器，它降低輸出電壓，同時增加輸出電流。
電源管理芯片（PMIC）精準(zhǔn)控制讓設(shè)備更智能、更高效
電源管理芯片是在電子設(shè)備系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)起對電能的變換、分配、檢測及其他電能管理的職責(zé)的芯片。主要負(fù)責(zé)識別CPU供電幅值，產(chǎn)生相應(yīng)的短矩波，推動后級電路進行功率輸出。電源管理芯片是指在電子設(shè)備系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)對電能的變換、分配、檢測等進行管理的芯片，其性能和可靠性直接影響電子設(shè)備的工作效率和使用壽命，是電子設(shè)備中的關(guān)鍵器件。
電源管理芯片屬于模擬電路。根據(jù)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(zhuǎn)換器、DC/DC電源轉(zhuǎn)換器、低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）、電池管理芯片、驅(qū)動芯片。
電源管理是確保電子設(shè)備高效、穩(wěn)定運行的關(guān)鍵技術(shù)。隨著技術(shù)的進步，電源管理芯片(PMIC)已經(jīng)發(fā)展成為一門高度集成化、智能化的科技。
電源管理芯片的工作原理：
電源狀態(tài)監(jiān)測：電源管理芯片會實時監(jiān)測電池電量、電壓和電流等參數(shù)，并根據(jù)設(shè)定的閾值判斷電源狀態(tài)。例如，當(dāng)電池電量低于一定水平時，電源管理芯片會發(fā)出警告信號。
能源優(yōu)化：根據(jù)設(shè)備使用情況和要求，電源管理芯片會根據(jù)實時數(shù)據(jù)優(yōu)化能源分配。例如，當(dāng)設(shè)備需要更大的功率輸出時，電源管理芯片會自動調(diào)整供電方式以滿足設(shè)備需求。
保護功能：電源管理芯片還可以提供各種保護功能，以確保設(shè)備的安全運行。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)過載、過熱或短路等異常情況時，電源管理芯片會立即采取措施，如切斷電源或降低供電功率，以保護設(shè)備和用戶的安全。
節(jié)能功能：電源管理芯片可以通過優(yōu)化能源分配和管理，較大限度地減少能源的浪費。例如，當(dāng)設(shè)備處于待機狀態(tài)時，電源管理芯片可以自動降低供電功率或進入節(jié)能模式，以延長電池壽命。
工采網(wǎng)代理的國產(chǎn)電源管理芯片 - iML1942是一個高度集成的電源管理IC為TFT液晶面板。它具有完整的I2C接口來編程各種參數(shù)。
展開 半導(dǎo)體碳化硅（SiC）行業(yè)研究：打開新能源汽車百億市場空間
在新能源車上，碳化硅器件 主要使用在主驅(qū)逆變器、OBC(車載充電機)、DC-DC 車載電源轉(zhuǎn)換器和大功率 DCDC 充電設(shè)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(qū)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%。電機控制器在新能車成本中占比 20%，是除電池外占比最大的一個部件，負(fù)責(zé)把動力電池輸出的高壓直流電轉(zhuǎn)換成 頻率和電流可變的三相交流電，給驅(qū)動電機供電，改變電機的轉(zhuǎn)速和扭矩，同時在 能量回收時把電機的三相交流電整流成直流電給動力電池充電。而功率模塊占其成 本 41%，折合占整車成本 8%。
使用碳化硅器件能帶來好處:
1) 提升加速度。碳化硅器件的使用能讓驅(qū)動電機在低轉(zhuǎn)速時承受更大輸入功率， 且因其高熱性能，不怕電流過大導(dǎo)致的熱效應(yīng)和功率損耗。在車輛起步時，驅(qū) 動電機能夠輸出更大扭矩，獲得更強的加速能力。
2) 增加續(xù)航里程。SiC 器件可以通過導(dǎo)通/開關(guān)兩個維度降低損耗，從而實現(xiàn)增加 電動車?yán)m(xù)航里程的目的。結(jié)合英飛凌的研究數(shù)據(jù)，在 25°C結(jié)溫下，SiC-MOS 關(guān) 斷損耗大約是 Si-IGBT 的 20%;在 175°C的結(jié)溫下，SiC-MOS 關(guān)斷損耗僅為 Si- IGBT 的 10%。綜合來說，新能源車使用 SiC 器件能夠增加 5-10%續(xù)航里程。
3) 實現(xiàn)輕量化。得益于 SiC 的優(yōu)越性能，SiC 器件可在以下方面可達(dá)到縮小體積的 效果:1)封裝尺寸更小、2)減少濾波器和無源器件如變壓器、電容、電感等 的使用、3)減少散熱器體積、4)同樣續(xù)航范圍內(nèi)，可以減少電池容量。
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