使用開關(guān)穩(wěn)壓器！設(shè)計(jì)您自己的DCDC轉(zhuǎn)換器

通過使用開關(guān)穩(wěn)壓器，可以有效減少電路發(fā)熱以節(jié)約能耗。此外，開關(guān)穩(wěn)壓器有助于減小散熱器尺寸，從而可以制作出更緊湊的電路以及發(fā)熱量更少的電源電路。

目錄

? 使用開關(guān)穩(wěn)壓器制作DCDC轉(zhuǎn)換器

? 開關(guān)穩(wěn)壓器IC比預(yù)想中更易于使用

? 開關(guān)穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)

? 制作DCDC轉(zhuǎn)換器電路

? 正確使用三端穩(wěn)壓器和開關(guān)IC

? 總結(jié)

使用開關(guān)穩(wěn)壓器制作DCDC轉(zhuǎn)換器

開關(guān)穩(wěn)壓器IC是一種電源IC，可從某一直流電壓中獲取所需電壓，用于控制 開關(guān)式DCDC轉(zhuǎn)換器。

還有一種電路是使用齊納二極管或三端穩(wěn)壓器從某一高壓中產(chǎn)生所需電壓(同步降壓)。但是如果需要幾安培的大電流量，則需要一個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓器來進(jìn)行降壓。

開關(guān)穩(wěn)壓器IC比預(yù)想中更易于使用

開關(guān)穩(wěn)壓器IC ROHM BD9E301如圖所示。SOP8封裝主要用于外形封裝，但也可以通過轉(zhuǎn)換板用在通用板上

開關(guān)穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)

在電源電路中使用開關(guān)穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)是“高效”。

如果您要使用開關(guān)穩(wěn)壓器，那么需要一些外部組件。與三端穩(wěn)壓器不同，使用開關(guān)穩(wěn)壓器時(shí)，除了IC和電容還需要其他組件，這可能會(huì)讓人感覺電路連接會(huì)比較困難。

如果您了解開關(guān)穩(wěn)壓器的工作原理，可能會(huì)覺得“是不是得附加各種振蕩器和線圈?”其實(shí)，現(xiàn)如今開關(guān)IC的大部分功能都內(nèi)置在IC中，所以需要的外部零件很少，電路設(shè)計(jì)也省時(shí)省力。

降壓電路有多種降壓方式，但使用開關(guān)穩(wěn)壓器可以實(shí)現(xiàn)80-95%的高轉(zhuǎn)換效率。其他方法(使用三端穩(wěn)壓器)效率通常為50%左右或者更低，從而導(dǎo)致浪費(fèi)功耗以及發(fā)熱量過多。

將大負(fù)載連接到降壓電路時(shí)，可以通過使用開關(guān)穩(wěn)壓器來創(chuàng)建產(chǎn)生較少熱量的節(jié)能電路。

制作DCDC轉(zhuǎn)換器電路

現(xiàn)在，我們使用開關(guān)穩(wěn)壓器IC來制作DCDC轉(zhuǎn)換器。

我們將使用一個(gè)DCDC轉(zhuǎn)換器，它可以將12V電源的輸入轉(zhuǎn)換為5V / 2A的輸出。使用該輸出規(guī)格，您還可以移動(dòng)USB設(shè)備，為自己的設(shè)備提供USB充電功能。

ROHM的BD9E301用于開關(guān)穩(wěn)壓器IC。由于該IC內(nèi)置FET，所以可支持高達(dá)2.5A的輸出，并且具有使用外部電阻自由調(diào)節(jié)輸出電壓的功能，可支持7V~36V的大范圍輸入電壓。

BD9E301的技術(shù)規(guī)格書摘錄。開關(guān)穩(wěn)壓器的技術(shù)規(guī)格書中描述了電路設(shè)計(jì)示例，因此請(qǐng)參考該內(nèi)容制作電路。

來源：7.0V-36V輸入，2.5A MOSFET內(nèi)置型1ch同步整流降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器—BD9E301EFJ-LB (E2) | ROHM Co., Ltd.

除了基本規(guī)格外，開關(guān)穩(wěn)壓器技術(shù)規(guī)格書還包含電路設(shè)計(jì)和圖形布局示例，因此我們一邊參考技術(shù)規(guī)格書一邊開始制作電路。

放置在轉(zhuǎn)換板上的開關(guān)穩(wěn)壓器IC，安裝于通用板上

由于BD9E301是一種表面貼裝IC，所以通用板上需要使用轉(zhuǎn)換板。使用轉(zhuǎn)換板時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生散熱量不足的問題而導(dǎo)致故障，因此使用時(shí)要注意電流量和發(fā)熱情況。

一邊查看技術(shù)規(guī)格書中的應(yīng)用電路，一邊將電子元件焊接到板上。輸出電壓由R1 和R2的分壓電阻之比來決定，因此我們將R1設(shè)置為12kΩ，將R2設(shè)置為3kΩ，其他元件使用與技術(shù)規(guī)格書相同的設(shè)置。

由于開關(guān)電源是一種以高頻率重復(fù)進(jìn)行ON/OFF動(dòng)作的電路，所以該器件應(yīng)盡量靠近IC安裝，以免布線距離過長(zhǎng)。從某種意義上來說，電路布局是開關(guān)穩(wěn)壓器的關(guān)鍵所在。

由于技術(shù)規(guī)格書中包含關(guān)于布局的說明，我們將一邊參考器件的位置一邊制作電路。

完成的DCDC轉(zhuǎn)換器背面。DIP部件安裝在表面上，表面安裝型線圈安裝在焊接表面上。需要安裝的部件很少，使用開關(guān)穩(wěn)壓器的DCDC轉(zhuǎn)換器可以由一個(gè)電阻、幾個(gè)電容和一個(gè)線圈制作而成。

當(dāng)12V電壓施加到所完成的電路時(shí)，輸出電壓為5V。電路中的反饋機(jī)制可以使輸出電壓保持不變，因此即使外部電壓發(fā)生波動(dòng)，電路也始終輸出5V。該開關(guān)穩(wěn)壓器IC最高可輸出(電源電壓x 0.7)V，因此理論上來說，即使電源電壓降至7.2V也能正常工作。

我們已經(jīng)制作出了一個(gè)5V / 2A電源電路，現(xiàn)在將一個(gè)USB端子連接到輸出部分，來為USB設(shè)備供電。

如果您將USB端子連接到自己的5V DCDC轉(zhuǎn)換器，就可以為USB設(shè)備充電。上圖是為iPad充電的圖片。讓人意外的是，發(fā)熱量很小，因此電池可以穩(wěn)定充電。

如您所見，僅使用開關(guān)IC就可以輕松制作出5V輸出電源電路。您可以在制作電路時(shí)嘗試添加USB充電等附加功能，也許會(huì)很有趣。

在將開關(guān)電源商業(yè)化時(shí)存在很多問題，包括需要符合PCB布局和EMI(電磁干擾)規(guī)定，但是就電路設(shè)計(jì)本身來說，僅通過使用開關(guān)穩(wěn)壓器IC就可以輕松完成電路制作。

三端穩(wěn)壓器和開關(guān)IC的正確使用

就像前文所說的那樣，最近的開關(guān)IC由于外部零件很少，電路設(shè)計(jì)用的材料很多，所以安裝開關(guān)降壓電路變得很容易。

在實(shí)際電源電路設(shè)計(jì)中，您可能會(huì)想知道應(yīng)該使用開關(guān)穩(wěn)壓器還是三端穩(wěn)壓器。

開關(guān)穩(wěn)壓器因其效率高而具有吸引力，但是在某些應(yīng)用場(chǎng)景中其優(yōu)勢(shì)可能無法得到充分發(fā)揮：比如只使用了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)和幾個(gè)LED但電流很高時(shí)。

在只有幾毫安的電路中，即使提高了效率，其實(shí)用優(yōu)勢(shì)也可能不復(fù)存在。

此外，開關(guān)電源的效率隨著負(fù)載電流的降低而降低(相反，這時(shí)候三端穩(wěn)壓器的效率更高)，而缺點(diǎn)——例如包含了大量部件和噪聲波紋——會(huì)變得更加突出。在這種情況下，就總成本來說，使用三端穩(wěn)壓器具有更大優(yōu)勢(shì)。

總的來說，不要認(rèn)為“開關(guān)穩(wěn)壓器更好，因?yàn)樗鼈冃矢?”我們應(yīng)該根據(jù)功耗和電路尺寸來選擇合適的方法。

開關(guān)穩(wěn)壓器和線性穩(wěn)壓器之間的區(qū)別。兩種穩(wěn)壓器各有優(yōu)缺點(diǎn)，必須根據(jù)實(shí)際情況來對(duì)其進(jìn)行選擇。三端穩(wěn)壓器屬于線性穩(wěn)壓器。

總結(jié)

當(dāng)您聽到“開關(guān)穩(wěn)壓器”這個(gè)詞時(shí)，最初可能會(huì)覺得“難以制作”，但實(shí)際使用的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)并沒有想象中那么復(fù)雜。并且，您還可以輕松地制作出高效的電源電路。

如果學(xué)會(huì)了使用開關(guān)穩(wěn)壓器，您就可以對(duì)電路電壓進(jìn)行控制了——例如，除了降壓之外，還可以進(jìn)行升壓、反相和升降壓，如此一來，您就可以擴(kuò)大電路設(shè)計(jì)的范圍。

設(shè)計(jì)開關(guān)電源真正困難的部分是如何進(jìn)行圖形布局來放置零部件以及如何處理EMI以符合各國(guó)法規(guī)。而對(duì)您來說，很容易能夠完成制作，所以即使在電氣工程中，使用開關(guān)穩(wěn)壓器也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

我們使用了表面貼裝型開關(guān)穩(wěn)壓器，但也有可用于通用板的DIP形IC和內(nèi)置線圈的開關(guān)穩(wěn)壓器，因此即使在電器工程中，開關(guān)IC也非常易于使用。此外，最新產(chǎn)品中有一種內(nèi)置了FET的類型，可以輸出7A~8A電流。

如果您正在制作帶有三端穩(wěn)壓器和大型散熱器的電源電路，或者您正在通過連接DCDC轉(zhuǎn)換器模塊來制作小器件，那么何不嘗試使用開關(guān)穩(wěn)壓器IC來進(jìn)行電路設(shè)計(jì)呢?

這篇文章來源于DevicePlus.com英語網(wǎng)站的翻譯稿。

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審核編輯：湯梓紅