如何為設計選擇電源拓撲結構?

作者 : 趙明燦,EDN China

電源管理系統是電子裝置的供電心臟。設計電源管理系統時,其性能優劣對電子產品的性能和可靠性有著直接影響。本文將對電源管理的拓撲結構進行分類,並簡單介紹其應用場景...

眾所周知,電源管理系統是電子裝置的供電心臟,負責為電子裝置提供所需的電能變換、分配、檢測等管控功能。設計電源管理系統時,其性能優劣對電子產品的性能和可靠性有著直接影響。

本文將對電源管理的拓撲結構進行分類,並簡單介紹其應用場景。

電源管理分類

 

電源管理按照功能可劃分為AC/DC (交流轉直流)、DC/DC (直流轉直流)、驅動IC、保護、低壓差線性穩壓器(LDO)、負載開關、電源管理晶片(PMIC)等。

常見的電源主要分為車載與通訊系列,以及通用工業與消費系列。前者使用的電壓一般為48V、36V、24V等,後者使用的電源電壓一般在24V以下。

不同應用領域的規律不同,如PC中常用的是12V、5V、3.3V,類比電路電源常用5V、15V,數位電路常用3.3V、2.5V等。現在的FPGA、DSP還用到2V以下的電壓,諸如1.8V、1.5V、1.2V等。

電源管理拓撲結構

拓撲結構即實現相應功能的最基本電路結構。

根據電能轉換過程中是否使用隔離元件(變壓器),可將電路拓撲結構分為隔離型(AC/DC)和非隔離型(DC/DC)。

隔離拓撲能增加電路的安全性,大電壓場景一般需要進行隔離。如用市電供電的情況,人接觸電源的輸出端或接地端可能會有觸電危險。在下雨天打雷的時候,沒有隔離就可能導致電路燒毀。

非隔離電源中,升壓(Boost)和降壓(Buck)是基本結構,其他結構都是Boost和Buck的組合變形。 Boost電路比Buck電路技術要求高,Buck電路應用場景則比Boost電路多。

如下圖所示,隔離型電源拓撲結構可根據電路工作功率進行選擇,非隔離拓撲結構則可根據升降壓的需求進行選擇。

非隔離型電源

非隔離型電源輸入輸出端沒有使用隔離元件(主要是變壓器)進行隔離。

透過控制開關電晶體佔空比(D,0<D<1,即導通佔比大小),對輸入的直流電進行升壓或降壓。

隔離型電源

隔離型電源使用變壓器將輸入電壓與輸出電壓進行隔離,從而提高了電路的安全性。

隔離電源的兩種形式:線性電源vs開關電源

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