DC-DC轉(zhuǎn)換器實(shí)用設(shè)計考慮和應(yīng)用

在設(shè)計和實(shí)施DC-DC轉(zhuǎn)換器時,必須認(rèn)真考慮部件的選擇和熱管理,以確保最佳性能、效率和可靠性,本節(jié)將討論這些方面的重要性,并指導(dǎo)如何選擇合適的部件和管理DC-DC轉(zhuǎn)換器的熱散散。

Component Selection

選擇DC-DC轉(zhuǎn)換器的適當(dāng)部件對于達(dá)到預(yù)期的性能和效率至關(guān)重要。

Power 半導(dǎo)體:諸如MOSFETs和二極管等動力半導(dǎo)體的選擇極大地影響了轉(zhuǎn)換器的效率和轉(zhuǎn)換特性。需要考慮的重要因素包括抗電、電壓評級、當(dāng)前評級和切換速度。

誘導(dǎo)器:選擇右引文對于確定轉(zhuǎn)換器輸出的波紋和瞬時反應(yīng)至關(guān)重要。要考慮的重要參數(shù)包括引文值、當(dāng)前評級和飽和當(dāng)前值。

電動器:電容器在過濾和平滑電壓和當(dāng)前波形方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用,必須考慮到諸如電能價值、電壓等級、等效序列抗力和溫度穩(wěn)定等因素。

主計長和司機(jī)選擇適當(dāng)?shù)目刂坪?a target="_blank">驅(qū)動電路,確保DC-DC轉(zhuǎn)換器的適當(dāng)運(yùn)行和管理,考慮應(yīng)包括控制地形、反饋循環(huán)穩(wěn)定性和保護(hù)功能。

Thermal Management

有效的熱散射管理對于確保DC-DC轉(zhuǎn)換器的可靠性和耐久性至關(guān)重要。

熱熱火辛克:將熱吸收匯附加到動力半導(dǎo)體上可以改進(jìn)熱散散,降低接合溫度,并提高部件的可靠性。

熱界面材料(TIMs):使用熱油脂或墊板作為熱接口材料可提高部件和熱匯之間的熱傳導(dǎo)性,促進(jìn)更好的熱傳輸。

強(qiáng)制空氣冷卻在某些情況下,可以使用風(fēng)扇或吹風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制空氣冷卻,以增加空氣流,增加熱散。

構(gòu)成部分職位安排:優(yōu)化多氯聯(lián)苯上部件的放置,可導(dǎo)致更均衡的熱分布并減少熱點(diǎn)。例如,在板邊緣放置高功率部件可改善熱散散。

多氯聯(lián)苯熱設(shè)計:適當(dāng)?shù)亩嗦嚷?lián)苯設(shè)計,包括使用熱氣流和銅平面,可以加強(qiáng)熱散射和全面分布。

PCB Layout and Design

適當(dāng)印刷電路委員會(PCB)的布局和設(shè)計對于確保DC-DC轉(zhuǎn)換器的最佳性能、可靠性和效率至關(guān)重要,設(shè)計完善的PCB可以最大限度地減少噪音、電磁干擾和寄生效應(yīng),同時最大限度地減少熱散射和信號完整性,本節(jié)將討論在DC-DC轉(zhuǎn)換器范圍內(nèi)多氯聯(lián)苯布局和設(shè)計的基本考慮和最佳做法。

Ground Planes

堅固的地面平面對于盡量減少噪音、提供穩(wěn)定的參照電壓和改善熱耗解至關(guān)重要,地面平面應(yīng)該連續(xù)進(jìn)行,并放在最接近動力組件的層上,為了盡量減少地面噪音,最好使用恒星或樹的地形來連接地面,并避免電磁鏈。

Power Planes

設(shè)計跟蹤長度最小和阻力損失最小的電動飛機(jī)對于提高效率和減少DC-DC轉(zhuǎn)換器的電壓下降至關(guān)重要,必須分離輸入和輸出電動飛機(jī),以盡量減少它們之間的連接和干擾。

構(gòu)成部分職位安排

戰(zhàn)略組成部分的布置在盡量減少寄生蟲效應(yīng)、優(yōu)化熱散射和確保信號完整性方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

將電源半導(dǎo)體、導(dǎo)管和電容器等關(guān)鍵部件放在彼此接近的位置上,以盡量減少寄生體導(dǎo)引和阻力。

將控制器和反饋組件定位在離動力階段很近的位置,以保持準(zhǔn)確的控制和管制。

將高功率部件安排在板邊附近 以便于更好的熱散散

具有類似功能的組群組件一起盡量減少干擾和簡化路由。

Signal Routing

適當(dāng)?shù)男盘柭酚蓪Ρ３中盘柾暾院捅M量減少 EMI 至關(guān)重要。

保持高頻和高流跟蹤盡可能短和廣泛,以盡量減少寄生蟲的誘導(dǎo)和阻力。

路由敏感信號,如反饋和控制線,遠(yuǎn)離高時位和高頻跟蹤,以盡量減少噪音聯(lián)動。

對關(guān)鍵信號使用不同路徑來改進(jìn)噪音免疫。

靠近動力組件的地方脫鉤電容器,以盡量減少寄生蟲的誘導(dǎo)作用,改進(jìn)噪音過濾。

EMI Considerations

多氯聯(lián)苯布局的設(shè)計應(yīng)盡量減少EMI, EMI可造成干擾并影響系統(tǒng)性能。

使用適當(dāng)?shù)钠帘魏瓦^濾技術(shù)進(jìn)行輸入和輸出連接。

保持高頻和高功率部件與敏感部件或痕跡之間的適當(dāng)分離。

使用發(fā)酵珠或普通模式窒息來抑制高頻噪音。

設(shè)計有適當(dāng)堆疊的多氯聯(lián)苯層,以盡量減少EMI輻射。

保護(hù)和處理故障是DC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計中的關(guān)鍵要素,因?yàn)檫@些轉(zhuǎn)換器確保系統(tǒng)在不同操作條件下的可靠性和安全性。有效的故障處理機(jī)制有助于防止對轉(zhuǎn)換器和連接載荷造成損害,從而延長轉(zhuǎn)換器的壽命。本節(jié)探討DC-DC轉(zhuǎn)換器的各種保護(hù)技術(shù)和故障處理方法。

重疊保護(hù)(OCP):超流保護(hù)防止轉(zhuǎn)換器及其部件因流動過量而受到損害。

目前的限制:轉(zhuǎn)換器的控制電路監(jiān)測當(dāng)前流量,將其限制在預(yù)定值,防止部件受損。

嗝嗝模式: 當(dāng)發(fā)現(xiàn)超時狀態(tài)時, 轉(zhuǎn)換器會使用此技術(shù)短暫關(guān)閉。 它會嘗試在稍稍延遲后重新啟動。 如果超時狀態(tài)繼續(xù), 循環(huán)會重復(fù) 。

退縮當(dāng)前限制 : 在超時事件期間, 相對于輸出電壓下降, 輸出電流下降, 從而進(jìn)一步保護(hù)負(fù)載 。

超壓保護(hù)(OVP):為了保護(hù)載荷和轉(zhuǎn)換器部件不受過度電壓的沖擊,通常使用超壓保護(hù)。這通常要求注意輸出電壓,如果電壓超過特定限值,則關(guān)閉轉(zhuǎn)換器。

電壓保護(hù)(UVP):電壓保護(hù)確保轉(zhuǎn)換器在安全電壓范圍內(nèi)運(yùn)行。如果輸入電壓低于預(yù)先確定的閾值,轉(zhuǎn)換器將禁用,保護(hù)負(fù)載和轉(zhuǎn)換器在可能不穩(wěn)定的條件下運(yùn)行。

超溫保護(hù)( OTP)超溫防護(hù)防止因溫度過高而損壞轉(zhuǎn)換器及其部件。 OTP通常涉及監(jiān)測動力半導(dǎo)體等關(guān)鍵部件的溫度,如果溫度超過預(yù)定限度,則關(guān)閉轉(zhuǎn)換器。

短電路保護(hù)(SCP):短路保護(hù)使轉(zhuǎn)換器和載荷免受短路造成的損壞。在短路情況下,轉(zhuǎn)換器要么進(jìn)入當(dāng)前限制或打嗝模式,視設(shè)計而定。

反反極保護(hù):反向極地保護(hù)保護(hù)保護(hù)使轉(zhuǎn)換器免受不小心連接反向輸入電壓造成的傷害。二極管、P-通道MOSFETs或?qū)ｉT的反向極地保護(hù)電路都可以用來做到這一點(diǎn)。

Case Studies of DC-DC Converter Applications

DC-DC轉(zhuǎn)換器由于多功能和效率,在各種應(yīng)用中廣泛使用,本節(jié)探討若干案例研究,說明DC-DC轉(zhuǎn)換器在現(xiàn)實(shí)世界情景中的實(shí)施情況。

便攜式電子: DC轉(zhuǎn)換器對于管理智能手機(jī)、平板電腦和膝上型電腦等便攜式裝置的電源分配至關(guān)重要。這些裝置需要一系列電壓水平來給處理器、內(nèi)存和顯示器等部件提供電源。 一塊錢、推力和加速器等轉(zhuǎn)換器經(jīng)常被用來有效交付所需的電壓水平,延長電池壽命和降低熱量生產(chǎn)。

汽車應(yīng)用現(xiàn)代車輛使用各種電子設(shè)備,從先進(jìn)的駕駛協(xié)助系統(tǒng)到發(fā)動機(jī)控制裝置,對于這些系統(tǒng),DC-DC轉(zhuǎn)換器控制電壓水平,確保最佳性能和可靠性,電動車輛和混合電動車輛也經(jīng)常使用雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器控制電池、發(fā)動機(jī)和其他部件之間的電流。

可再生能源系統(tǒng)DC-DC轉(zhuǎn)換器對于太陽能光伏發(fā)電裝置和風(fēng)力渦輪機(jī)等可再生能源系統(tǒng)至關(guān)重要,太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)使用最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)DC-DC轉(zhuǎn)換器,以不斷改變輸入電壓,優(yōu)化太陽能電池板的電力輸出;DDC-DC轉(zhuǎn)換器也可以用于風(fēng)能系統(tǒng),以控制電網(wǎng)或電池儲存系統(tǒng)傳輸多少電力。

電信電信:電信業(yè)使用DC-DC轉(zhuǎn)換器,為基地站和數(shù)據(jù)中心等敏感設(shè)備提供恒定電壓。高效、低噪音的DC-DC轉(zhuǎn)換器對于保持信號完整性和盡量減少干擾至關(guān)重要。為了保證設(shè)備的可靠性和安全性,經(jīng)常使用孤立的轉(zhuǎn)換器。

工業(yè)自動化工業(yè)自動化應(yīng)用經(jīng)常使用DC-DC轉(zhuǎn)換器向一系列傳感器、驅(qū)動器和控制系統(tǒng)提供受管制的電力,多輸出轉(zhuǎn)換器在這些條件下非常有用,因?yàn)樗鼈兡軌蛴行峁└鞣N部件所需的各種電壓水平,而機(jī)動車和其他高載裝置有時可以由高功率DC-DC轉(zhuǎn)換器驅(qū)動。

這些案例研究表明,DC-DC轉(zhuǎn)換器在許多部門有許多用途和優(yōu)勢,這些轉(zhuǎn)換器由于其多功能和效率,是當(dāng)代電子和電氣系統(tǒng)的重要組成部分,工程師通過了解每項(xiàng)應(yīng)用的具體要求和限制,可以開發(fā)可靠和有效的DC-DC轉(zhuǎn)換器解決方案。

審核編輯：彭菁