【導讀】經(jing)過(guo)五(wu)十(shi)多(duo)年(nian)的(de)曆(li)史(shi)發(fa)展(zhan)
，在(zai)電(dian)子(zi)電(dian)路(lu)中(zhong)將(jiang)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)另(ling)一(yi)種(zhong)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)顯(xian)示(shi)，其(qi)複(fu)雜(za)性(xing)不(bu)斷(duan)提(ti)高(gao)，現(xian)代(dai)設(she)計(ji)的(de)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)高(gao)到(dao)令(ling)人(ren)難(nan)以(yi)置(zhi)信(xin)的(de)同(tong)時(shi)還(hai)要(yao)提(ti)升(sheng)效(xiao)率(lv)以(yi)保(bao)持(chi)小(xiao)功(gong)率(lv)。RECOM 現有許多創新設計，在小封裝的低功率轉換器上應用了大功率電源的設計技術。

小功率 DC/DC 轉換器的優勢

經(jing)過(guo)五(wu)十(shi)多(duo)年(nian)的(de)曆(li)史(shi)發(fa)展(zhan)
，在(zai)電(dian)子(zi)電(dian)路(lu)中(zhong)將(jiang)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)另(ling)一(yi)種(zhong)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)顯(xian)示(shi)
，其(qi)複(fu)雜(za)性(xing)不(bu)斷(duan)提(ti)高(gao)
，現(xian)代(dai)設(she)計(ji)的(de)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)高(gao)到(dao)令(ling)人(ren)難(nan)以(yi)置(zhi)信(xin)的(de)同(tong)時(shi)還(hai)要(yao)提(ti)升(sheng)效(xiao)率(lv)以(yi)保(bao)持(chi)小(xiao)功(gong)率(lv)。RECOM 現有許多創新設計，在小封裝的低功率轉換器上應用了大功率電源的設計技術。

第一種 DC/DC 轉換解決方案都是低噪聲線性設計
，容易使用但有兩個主要缺點。首先，輸出電壓必須都要低於輸入電壓；線性穩壓器的效率非常低，以熱量的形式耗散大部分所提供的功率。其次
，根據輸入和輸出之間的電壓差，線性穩壓器的效率可能隻有 60% 或者更低。

DC/DC 開kai關guan轉zhuan換huan器qi的de發fa明ming解jie決jue了le這zhe兩liang個ge問wen題ti，但dan需xu要yao更geng加jia複fu雜za的de設she計ji方fang法fa。與yu線xian性xing設she計ji相xiang比bi，開kai關guan轉zhuan換huan器qi利li用yong電dian感gan和he電dian容rong組zu件jian的de儲chu能neng特te性xing以yi分fen立li器qi件jian封feng裝zhuang形xing式shi傳chuan輸shu功gong率lv。功gong率lv脈mai衝chong存cun儲chu在zai電dian感gan器qi的de磁ci場chang或huo電dian容rong器qi的de電dian場chang之zhi中zhong。

開關控製器確保每個開關周期僅傳輸負載所需的功率


，因此該拓撲非常高效。好的設計可以實現 97% 或更高的效率。開關 DC/DC 轉換器的簡化框圖如圖 1 所示。

圖 1：開關穩壓器簡化框圖

圖 1 中的開關功能由功率晶體管負責執行，功率晶體管按受控順序在高效的「開」和「關」狀態之間交替。這與線性設計中的連續操作形成對比。DC/DC 開關轉換器可以產生高於或低於輸入的輸出（升壓或降壓）或將輸入電壓反向後輸出。

輸出可以是穩壓或非穩壓的。非穩壓轉換器的輸出電壓隨負載電流或輸入電壓的變化而變化。若是穩壓設計，反饋控製回路（虛線）將輸出電壓反饋到開關塊；這會改變開關操作以補償輸出電壓偏差，無論這些偏差是由輸入電壓變化（例如電池緩慢耗盡）還是負載變化引起的。

最(zui)簡(jian)單(dan)的(de)開(kai)關(guan)拓(tuo)撲(pu)在(zai)輸(shu)入(ru)和(he)輸(shu)出(chu)之(zhi)間(jian)共(gong)享(xiang)一(yi)條(tiao)公(gong)共(gong)接(jie)地(di)電(dian)流(liu)路(lu)徑(jing)，因(yin)此(ci)是(shi)非(fei)隔(ge)離(li)的(de)，其(qi)中(zhong)電(dian)感(gan)組(zu)件(jian)是(shi)電(dian)感(gan)器(qi)。隔(ge)離(li)轉(zhuan)換(huan)器(qi)在(zai)輸(shu)入(ru)和(he)輸(shu)出(chu)之(zhi)間(jian)有(you)電(dian)流(liu)隔(ge)離(li)，通(tong)過(guo)變(bian)壓(ya)器(qi)相(xiang)互(hu)耦(ou)合(he)繞(rao)組(zu)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)磁(ci)場(chang)傳(chuan)輸(shu)功(gong)率(lv)。由(you)於(yu)輸(shu)出(chu)與(yu)輸(shu)入(ru)電(dian)隔(ge)離(li)，因(yin)此(ci)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)是(shi)否(fou)與(yu)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)極(ji)性(xing)相(xiang)同(tong)都(dou)沒(mei)有(you)關(guan)係(xi)。在(zai)線(xian)性(xing)設(she)計(ji)中(zhong)，接(jie)地(di)返(fan)回(hui)電(dian)流(liu)直(zhi)接(jie)在(zai)輸(shu)入(ru)到(dao)輸(shu)出(chu)之(zhi)間(jian)流(liu)動(dong)，因(yin)此(ci)無(wu)法(fa)隔(ge)離(li)，而(er)且(qie)隻(zhi)需(xu)要(yao)三(san)個(ge)引(yin)腳(jiao)：Vin
、公共接地和 Vout。

低功率 DC/DC 轉換器拓撲

更好的性能與更高的成本
、更多的複雜性和更大的占位麵積密切相關，這幾乎是電源設計的事實。小型 DC/DC 轉換器用戶非常看重封裝和性價比


，那麼RECOM 要如何滿足他們對小功率隔離 DC/DC 產品的要求呢？

推挽式拓撲廣泛用在隔離 DC/DC 轉換器。這是一種能夠生成更高、更低或反相電壓的低成本方式
，因為變壓器匝數比決定了輸出電壓。此拓撲結構簡單、效率合理且電磁輻射也相對較低。

圖 2：非穩壓輸出的推挽式 DC/DC 轉換器

圖 2 為非穩壓輸出的推挽式隔離 DC/DC 轉換器框圖。為了節省空間
，振蕩器和驅動晶體管可以組合在一個專用的推挽式變壓器驅動器 IC 之中。

對於穩壓輸出，最簡單的方法是在次級側添加一個與 +Vout 線路串聯的線性穩壓器，如圖 3 所示。這種方法可以達到預期的目標
，同時也適合用來設計極低功率的 DC/DC。以 RECOM RY/P 係列為例，此係列的線性穩壓器提供短路保護和低噪聲的穩壓輸出。

圖 3：穩壓輸出的推挽式 DC/DC 轉換器

這類型的設計可以實現大約 65-75% 的效率。功率大於 1W 或 2W 的(de)時(shi)候(hou)將(jiang)效(xiao)率(lv)最(zui)大(da)化(hua)是(shi)首(shou)要(yao)任(ren)務(wu)，設(she)計(ji)需(xu)要(yao)進(jin)一(yi)步(bu)的(de)改(gai)進(jin)，因(yin)此(ci)要(yao)從(cong)次(ci)級(ji)側(ce)調(tiao)節(jie)轉(zhuan)為(wei)初(chu)級(ji)側(ce)調(tiao)節(jie)。為(wei)了(le)代(dai)替(ti)線(xian)性(xing)穩(wen)壓(ya)器(qi)
，輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)是(shi)在(zai)次(ci)級(ji)側(ce)監(jian)控(kong)，並(bing)與(yu)目(mu)標(biao)電(dian)壓(ya)進(jin)行(xing)比(bi)較(jiao)生(sheng)成(cheng)電(dian)壓(ya)差(cha)
，然(ran)後(hou)將(jiang)其(qi)發(fa)送(song)回(hui)初(chu)級(ji)側(ce)振(zhen)蕩(dang)器(qi)控(kong)製(zhi)器(qi)。這(zhe)會(hui)調(tiao)整(zheng)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)以(yi)將(jiang)誤(wu)差(cha)歸(gui)零(ling)。

由於這是一個隔離設計，因此誤差信號也必須隔離。圖 4 為 RECOM 在額定功率 3W 以上的穩壓轉換器使用了這種方法，可將效率提升至 85% 左右。

圖 4：次級側誤差信號向初級側控製器提供反饋

輸出功率更高的 DC/DC 轉zhuan換huan器qi需xu要yao更geng複fu雜za的de方fang法fa處chu理li。不bu僅jin線xian性xing穩wen壓ya器qi以yi上shang述shu的de方fang式shi浪lang費fei功gong率lv
，兩liang個ge次ci級ji側ce二er極ji管guan也ye是shi損sun耗hao的de原yuan因yin。功gong率lv二er極ji管guan的de正zheng向xiang壓ya降jiang通tong常chang為wei 0.5V，這意味著 1A 的功率損耗為0.5W。

解決方案是由兩個 FET 場效應管和一個控製器組成的同步整流器來代替二極管和線性穩壓器。

圖 5：無源整流(左)與同步整流(右)

圖 5 對比了這兩種方法。FET 在周期的正向部分開啟並在周期的反向部分關閉來充當整流器。快速的開關加上約10mΩ 的極低導通電阻 RDS(ON) 使 FET 成為理想的整流器。缺點是它們必須有源驅動，因此需要額外的時序和驅動電路來檢測內部電壓並正確地打開和關閉兩個 FET 以(yi)跟(gen)輸(shu)出(chu)波(bo)形(xing)同(tong)步(bu)。二(er)極(ji)管(guan)是(shi)無(wu)源(yuan)器(qi)件(jian)，不(bu)需(xu)要(yao)額(e)外(wai)的(de)電(dian)路(lu)即(ji)可(ke)運(yun)作(zuo)，但(dan)同(tong)步(bu)整(zheng)流(liu)帶(dai)來(lai)的(de)更(geng)高(gao)效(xiao)率(lv)足(zu)以(yi)抵(di)消(xiao)為(wei)了(le)追(zhui)求(qiu)高(gao)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)轉(zhuan)換(huan)器(qi)而(er)提(ti)高(gao)的(de)成(cheng)本(ben)複(fu)雜(za)性(xing)。

圖 6：RP20采用多種設計技術提高效率

RECOM的 RP20 係列 20W DC/DC 轉換器使用同步整流器，效率高達 89%。該設計還包括前述的隔離誤差信號。最後，圖 6 的 RP20 可在很寬的負載範圍內實現 85%-89% 的效率。

結論

從大功率電源設計思路借鑒在極小功率的 DC/DC 轉換器上，以達到更高的效率。隨著客戶對功率水平要求的增加，我們就必須進行適當改變，從而改變需求的優先順序。RECOM 是行業中提供成本優勢和封裝尺寸最佳組合設計的引領者。

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