一种多电压输出的dcdc电路设计【字数：7525】
摘 要随着人类文明进入第二次工业革命，当今科技飞跃式的发展，人们也越来越离不开电源，相比于交流电源，直流电源的也越来越多，当然DC-DC多路电源设计也有基于人们的需求，利用AC-DC电路设计、开关方式电路设计、线性电路设计、大学电力电子、电子电工基础、Altium Designer设计等知识，设计一款DC-DC多路电源。本次多路电源既采用了开关电源芯片去设计了升压电路和降压电路，同时又采用了线性电源芯片设计了定值及可调的降压电路。通过多次测试，发现该多路电源系统具有成本低、效率高、电压稳定、可靠性高等特点，符合现在人们的需求，可以向民用推广。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景和意义 1
1.2 什么是电源？ 1
1.3 国内外的研究现状 2
1.4 此次研究内容及流程 3
1.5 本章小结 3
第二章 电源设计三种基础拓扑图 4
2.1 BUCK拓扑图 4
2.2 BOOST拓扑图 5
2.3 BUCKBOOST升降压拓扑图 6
2.4 本章小结 8
第三章 开关方式电源设计 9
3.1 开关方式电源设计的基本原理 9
3.2 12V输入5V输出的开关电源设计 9
3.3 12V输入28V输出的开关电源设计 10
3.4 电源设计需要注意的地方 12
3.5 本章小结 12
第四章 线性方式电源设计 13
4.1 线性方式电源设计的基本原理 13
4.2 5V输入3.3V线性电源设计 13
4.3 12V输入5V线性电源设计 13
4.4 12V输入29V线性可调电源设计 14
4.5 本章小结 14
第五章 DCDC多路电源硬件设计 15
5.1 设计流程及原理图和封装的制作 15
5.2 布线布局及注意事项 18
5.3 开关电源部分调试 19
5.4 线性电源部分调试 19
5.5 本章小结 20
结束语 21
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
致 谢 22
附录A 24
第一章 绪论
1.1研究背景和意义
三次的工业革命，将人类带入了信息与电子的时代，现今天人们越来越离不开电，相比于交流电，直流电的使用更为广泛，大多数的电子电器都依赖于稳定高效的直流电，因此ACDC电源、DCDC电源显得尤为重要，深入人们生活的方方面面，占有更广阔的发展空间和市场。本课题的研究就是一种多电压输出的DCDC电路设计，为人们提供高效稳定的DCDC电源。
1.2 什么是电源？
电源是能够给电子电器提供电压电流的一种能量装置。例如干电池、发电机等。
而与人们的生活息息相关中，以恒压电源和恒流电源两种直流电源为代表。直流电源就是输出为直流[1]，这里就有必要提到DCDC直流电源设计，其核心是DCDC变换器，DCDC变换器是由前端直流转后端直流，又分为线性型和开关电源性两大类[2]。因此，DCDC变换器常用于DC电源电路模块设计。
DCDC电源设计就是采用DCDC升压电路、DCDC降压电路、DCDC升降压电路、输出负压DCDC变换电路进行基础设计[3]。在许多时候，为了使电路紧凑，减小设计成本，外围器件少、设计简单的单个的DCDC电路就成为了首选。随着科技的进步高效率、低功耗、低成本的稳压电路设计越来越重要[4]。
在DCDC电源设计中有三种典型的电路分别为：Boost升压电路、Buck降压电路、BuckBoost升降压电路[5]。Buck电路时通过PWM波控制开关的闭合与断开使电解电容及电感充放电而工作的，优点是动态性能好、结构简单，缺点是驱动开关困难、只能降压、干扰较大[6]。
为了应用方便，从而使多种输出电压的需求产生，利用线性稳压芯片设计结构紧凑、性能稳定的多路输出电压的电路将会有更广阔的应用空间[7]。当然多路输出电压电路的性能及可靠性就成了重中之重。其性能包括纹波抑制比、电压调整率和噪声抑制比等[8]。
电压调整率是指在负载和温度恒定的条件下，输出电压的相对变化量与输入变化量的百分比[9]。
负载调整率通常以输出电流从0变化到额定最大电流时，输出电压的变化量和输出电压的百分比值来表示[10]。
纹波是由于直流稳定电源的电压波动而造成的一种现象。效率是指有用功率对驱动功率的比值。
在某些特定的场合，为了使这些性能变得更好首先要做到的就是输入输出之间的隔离，隔离常见的有三种，分别是变压器耦合、光学耦合和容性耦合，当然这里采用的是变压器隔离，避免了前后级电压间的影响，其次就是加入滤波电路，考虑到成本，这里只是简单地加了滤波电容。
当然电压变换就是升压[11]或降压，BOOST升压电路是一种常见的开关直流升压电路，它通过开关管导通和关断来控制电感储存和释放能量[12]，从而使输出电压比输入电压高。BUCK降压电路基本特征是DCDC转换电路[13]，输出电压低于输入电压。输入电流为脉动的，输出电流为连续的。其原理是当开关管Q1驱动为高电平时，开关管导通，储能电感L1被充磁，流经电感的电流线性增加，同时给电容C1充电，给负载R1提供能量。当开关管Q1驱动为低电平时，开关管关断，储能电感L1通过续流二极管放电，电感电流线性减少，输出电压靠输出滤波电容C1放电以及减小的电感电流维持。
随着科技的发展，集成DCDC电源芯片[14]也越来也受重视，DCDC电源芯片也分为两种，一种是开关电源芯片，另一种是线性电源芯片，开关电源芯片优点是效率较高，体积小，电压输入范围宽；缺点是开关电源看着小巧，功率和变压器的磁心以及控制方式有关，电磁干扰大，纹波系数大，设计复杂，维护维修不方便，开关电源的元器件在选择上也不是很规范，抗雷击能力非常低。线性电源芯片[15]优点是稳压性好，设计简单，方便维修，电磁干扰小，纹波系数低，抗雷击能力强；缺点是效率低，输出范围窄。
1.3 国内外的研究现状
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景和意义 1
1.2 什么是电源？ 1
1.3 国内外的研究现状 2
1.4 此次研究内容及流程 3
1.5 本章小结 3
第二章 电源设计三种基础拓扑图 4
2.1 BUCK拓扑图 4
2.2 BOOST拓扑图 5
2.3 BUCKBOOST升降压拓扑图 6
2.4 本章小结 8
第三章 开关方式电源设计 9
3.1 开关方式电源设计的基本原理 9
3.2 12V输入5V输出的开关电源设计 9
3.3 12V输入28V输出的开关电源设计 10
3.4 电源设计需要注意的地方 12
3.5 本章小结 12
第四章 线性方式电源设计 13
4.1 线性方式电源设计的基本原理 13
4.2 5V输入3.3V线性电源设计 13
4.3 12V输入5V线性电源设计 13
4.4 12V输入29V线性可调电源设计 14
4.5 本章小结 14
第五章 DCDC多路电源硬件设计 15
5.1 设计流程及原理图和封装的制作 15
5.2 布线布局及注意事项 18
5.3 开关电源部分调试 19
5.4 线性电源部分调试 19
5.5 本章小结 20
结束语 21
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附录A 24
第一章 绪论
1.1研究背景和意义
三次的工业革命，将人类带入了信息与电子的时代，现今天人们越来越离不开电，相比于交流电，直流电的使用更为广泛，大多数的电子电器都依赖于稳定高效的直流电，因此ACDC电源、DCDC电源显得尤为重要，深入人们生活的方方面面，占有更广阔的发展空间和市场。本课题的研究就是一种多电压输出的DCDC电路设计，为人们提供高效稳定的DCDC电源。
1.2 什么是电源？
电源是能够给电子电器提供电压电流的一种能量装置。例如干电池、发电机等。
而与人们的生活息息相关中，以恒压电源和恒流电源两种直流电源为代表。直流电源就是输出为直流[1]，这里就有必要提到DCDC直流电源设计，其核心是DCDC变换器，DCDC变换器是由前端直流转后端直流，又分为线性型和开关电源性两大类[2]。因此，DCDC变换器常用于DC电源电路模块设计。
DCDC电源设计就是采用DCDC升压电路、DCDC降压电路、DCDC升降压电路、输出负压DCDC变换电路进行基础设计[3]。在许多时候，为了使电路紧凑，减小设计成本，外围器件少、设计简单的单个的DCDC电路就成为了首选。随着科技的进步高效率、低功耗、低成本的稳压电路设计越来越重要[4]。
在DCDC电源设计中有三种典型的电路分别为：Boost升压电路、Buck降压电路、BuckBoost升降压电路[5]。Buck电路时通过PWM波控制开关的闭合与断开使电解电容及电感充放电而工作的，优点是动态性能好、结构简单，缺点是驱动开关困难、只能降压、干扰较大[6]。
为了应用方便，从而使多种输出电压的需求产生，利用线性稳压芯片设计结构紧凑、性能稳定的多路输出电压的电路将会有更广阔的应用空间[7]。当然多路输出电压电路的性能及可靠性就成了重中之重。其性能包括纹波抑制比、电压调整率和噪声抑制比等[8]。
电压调整率是指在负载和温度恒定的条件下，输出电压的相对变化量与输入变化量的百分比[9]。
负载调整率通常以输出电流从0变化到额定最大电流时，输出电压的变化量和输出电压的百分比值来表示[10]。
纹波是由于直流稳定电源的电压波动而造成的一种现象。效率是指有用功率对驱动功率的比值。
在某些特定的场合，为了使这些性能变得更好首先要做到的就是输入输出之间的隔离，隔离常见的有三种，分别是变压器耦合、光学耦合和容性耦合，当然这里采用的是变压器隔离，避免了前后级电压间的影响，其次就是加入滤波电路，考虑到成本，这里只是简单地加了滤波电容。
当然电压变换就是升压[11]或降压，BOOST升压电路是一种常见的开关直流升压电路，它通过开关管导通和关断来控制电感储存和释放能量[12]，从而使输出电压比输入电压高。BUCK降压电路基本特征是DCDC转换电路[13]，输出电压低于输入电压。输入电流为脉动的，输出电流为连续的。其原理是当开关管Q1驱动为高电平时，开关管导通，储能电感L1被充磁，流经电感的电流线性增加，同时给电容C1充电，给负载R1提供能量。当开关管Q1驱动为低电平时，开关管关断，储能电感L1通过续流二极管放电，电感电流线性减少，输出电压靠输出滤波电容C1放电以及减小的电感电流维持。
随着科技的发展，集成DCDC电源芯片[14]也越来也受重视，DCDC电源芯片也分为两种，一种是开关电源芯片，另一种是线性电源芯片，开关电源芯片优点是效率较高，体积小，电压输入范围宽；缺点是开关电源看着小巧，功率和变压器的磁心以及控制方式有关，电磁干扰大，纹波系数大，设计复杂，维护维修不方便，开关电源的元器件在选择上也不是很规范，抗雷击能力非常低。线性电源芯片[15]优点是稳压性好，设计简单，方便维修，电磁干扰小，纹波系数低，抗雷击能力强；缺点是效率低，输出范围窄。
1.3 国内外的研究现状
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