基于MAX758的高效能DC/DC电源的设计

　　开关式稳压电源由于体积小,重量轻,效率高等优点,已经成为电源技术的主流,有迅速取代线性稳压电源的趋势。

　　随着微电子技术的发展,各种各样的单片集成开关稳压电源控制器不断出现,而且可靠性也得到提高。不但大大简化了电源的设计与制作,降低成本,而且还提高了电源的效率、可靠性,实现了标准化和系列化生产。本文采用MAXIM公司的电流型PWM控制的单片集成芯片设计了一个便携式X荧光仪的DC/DC稳压电源,实现了高效率、低噪声和高稳定性,适合电池供电的便携式仪器使用。

　　1　开关电源设计主要原理

　　1·1　简单降压非绝缘开关稳压器

　　在开关式稳压电源的电路方式中,最简单的电路方式就是不带变压器的非绝缘型(斩波式)开关式稳压器。这种方式因为输入电路与输出电路有一部分是共通的,所以输入与输出之间无法绝缘,使用的范围有限,常用于DC/DC变换器。这种方式的电路有三种形式:降压型、升压型、极性反转型。三种DC/DC电源的工作过程相似。

　　以降压型为例,其原理图如图1所示。这个电路因为没有变压器,所以没有因变压器的漏磁而引起的种种问题,可作为小型而且效率良好的电源。

　　1·2　电源工作的连续和不连续模式

　　电路中电感电流在整个周期内流通,这种状态称为电流连续状态。电感电流的平均值,即纹波的中心值等于输出电流Io。当输出电流下降时,电感电流的变化率没有改变,斜坡的中心值在下降。当输出电流达到变化量的一半时斜坡的起始端达到零。这种工作状态称为电感电流临界连续。

　　如果再继续减少负载电流,即增大负载电阻,输出电压将要增加。反馈电路使得功率开关导通时间减小。因此,在下一个导通时间到来之前电感电流已下降到零。电感电流开始断续。此时为了保持输出电压稳定,占空度随负载变化很大。不同工作状态下电感电流波形如图2所示。

　　电感电流断续前,一直保持Uo=DUi(输出电压=占空比*输入电压),由于功率开关导通压降和线圈电阻压降输出电流减小,导通时间微微改变。断续后,Uo=DUi不再成立。

　　降压式电路在重负载时都设计为连续式,在轻负载时则为断续式。

　　输入电压和输出电压的关系如式(1)。

　　由式(5)确定的电感的最小电流限制是,当电流小于1/10的Iomax时,电感将进入不连续模式且负载调整将会变差。

　　1·3　单片集成开关稳压电源

　　1.3.1单片集成开关稳压电源控制器

　　开关稳压电源单片集成控制器按控制方式可分为调宽(PWM),调频(PFM)和脉宽频率混合调制三种控制方式,其中脉宽控制方式使用最多。