DC-DC转换器实用设计考虑和应用

在设计和实施DC-DC转换器时,必须认真考虑部件的选择和热管理,以确保最佳性能、效率和可靠性,本节将讨论这些方面的重要性,并指导如何选择合适的部件和管理DC-DC转换器的热散散。

Component Selection

选择DC-DC转换器的适当部件对于达到预期的性能和效率至关重要。

Power 半导体:诸如MOSFETs和二极管等动力半导体的选择极大地影响了转换器的效率和转换特性。需要考虑的重要因素包括抗电、电压评级、当前评级和切换速度。

诱导器:选择右引文对于确定转换器输出的波纹和瞬时反应至关重要。要考虑的重要参数包括引文值、当前评级和饱和当前值。

电动器:电容器在过滤和平滑电压和当前波形方面发挥着关键作用,必须考虑到诸如电能价值、电压等级、等效序列抗力和温度稳定等因素。

主计长和司机选择适当的控制和驱动电路,确保DC-DC转换器的适当运行和管理,考虑应包括控制地形、反馈循环稳定性和保护功能。

Thermal Management

有效的热散射管理对于确保DC-DC转换器的可靠性和耐久性至关重要。

热热火辛克:将热吸收汇附加到动力半导体上可以改进热散散,降低接合温度,并提高部件的可靠性。

热界面材料(TIMs):使用热油脂或垫板作为热接口材料可提高部件和热汇之间的热传导性,促进更好的热传输。

强制空气冷却在某些情况下,可以使用风扇或吹风机进行强制空气冷却,以增加空气流,增加热散。

构成部分职位安排:优化多氯联苯上部件的放置,可导致更均衡的热分布并减少热点。例如,在板边缘放置高功率部件可改善热散散。

多氯联苯热设计:适当的多氯联苯设计,包括使用热气流和铜平面,可以加强热散射和全面分布。

PCB Layout and Design

适当印刷电路委员会(PCB)的布局和设计对于确保DC-DC转换器的最佳性能、可靠性和效率至关重要,设计完善的PCB可以最大限度地减少噪音、电磁干扰和寄生效应,同时最大限度地减少热散射和信号完整性,本节将讨论在DC-DC转换器范围内多氯联苯布局和设计的基本考虑和最佳做法。

Ground Planes

坚固的地面平面对于尽量减少噪音、提供稳定的参照电压和改善热耗解至关重要,地面平面应该连续进行,并放在最接近动力组件的层上,为了尽量减少地面噪音,最好使用恒星或树的地形来连接地面,并避免电磁链。

Power Planes

设计跟踪长度最小和阻力损失最小的电动飞机对于提高效率和减少DC-DC转换器的电压下降至关重要,必须分离输入和输出电动飞机,以尽量减少它们之间的连接和干扰。

构成部分职位安排

战略组成部分的布置在尽量减少寄生虫效应、优化热散射和确保信号完整性方面发挥着至关重要的作用。

将电源半导体、导管和电容器等关键部件放在彼此接近的位置上,以尽量减少寄生体导引和阻力。

将控制器和反馈组件定位在离动力阶段很近的位置,以保持准确的控制和管制。

将高功率部件安排在板边附近 以便于更好的热散散

具有类似功能的组群组件一起尽量减少干扰和简化路由。

Signal Routing

适当的信号路由对保持信号完整性和尽量减少 EMI 至关重要。

保持高频和高流跟踪尽可能短和广泛,以尽量减少寄生虫的诱导和阻力。

路由敏感信号,如反馈和控制线,远离高时位和高频跟踪,以尽量减少噪音联动。

对关键信号使用不同路径来改进噪音免疫。

靠近动力组件的地方脱钩电容器,以尽量减少寄生虫的诱导作用,改进噪音过滤。

EMI Considerations

多氯联苯布局的设计应尽量减少EMI, EMI可造成干扰并影响系统性能。

使用适当的屏蔽和过滤技术进行输入和输出连接。

保持高频和高功率部件与敏感部件或痕迹之间的适当分离。

使用发酵珠或普通模式窒息来抑制高频噪音。

设计有适当堆叠的多氯联苯层,以尽量减少EMI辐射。

保护和处理故障是DC-DC转换器设计中的关键要素,因为这些转换器确保系统在不同操作条件下的可靠性和安全性。有效的故障处理机制有助于防止对转换器和连接载荷造成损害,从而延长转换器的寿命。本节探讨DC-DC转换器的各种保护技术和故障处理方法。

重叠保护(OCP):超流保护防止转换器及其部件因流动过量而受到损害。

目前的限制:转换器的控制电路监测当前流量,将其限制在预定值,防止部件受损。

嗝嗝模式: 当发现超时状态时, 转换器会使用此技术短暂关闭。 它会尝试在稍稍延迟后重新启动。 如果超时状态继续, 循环会重复 。

退缩当前限制 : 在超时事件期间, 相对于输出电压下降, 输出电流下降, 从而进一步保护负载 。

超压保护(OVP):为了保护载荷和转换器部件不受过度电压的冲击,通常使用超压保护。这通常要求注意输出电压,如果电压超过特定限值,则关闭转换器。

电压保护(UVP):电压保护确保转换器在安全电压范围内运行。如果输入电压低于预先确定的阈值,转换器将禁用,保护负载和转换器在可能不稳定的条件下运行。

超温保护( OTP)超温防护防止因温度过高而损坏转换器及其部件。 OTP通常涉及监测动力半导体等关键部件的温度,如果温度超过预定限度,则关闭转换器。

短电路保护(SCP):短路保护使转换器和载荷免受短路造成的损坏。在短路情况下,转换器要么进入当前限制或打嗝模式,视设计而定。

反反极保护:反向极地保护保护保护使转换器免受不小心连接反向输入电压造成的伤害。二极管、P-通道MOSFETs或专门的反向极地保护电路都可以用来做到这一点。

Case Studies of DC-DC Converter Applications

DC-DC转换器由于多功能和效率,在各种应用中广泛使用,本节探讨若干案例研究,说明DC-DC转换器在现实世界情景中的实施情况。

便携式电子: DC转换器对于管理智能手机、平板电脑和膝上型电脑等便携式装置的电源分配至关重要。这些装置需要一系列电压水平来给处理器、内存和显示器等部件提供电源。 一块钱、推力和加速器等转换器经常被用来有效交付所需的电压水平,延长电池寿命和降低热量生产。

汽车应用现代车辆使用各种电子设备,从先进的驾驶协助系统到发动机控制装置,对于这些系统,DC-DC转换器控制电压水平,确保最佳性能和可靠性,电动车辆和混合电动车辆也经常使用双向DC-DC转换器控制电池、发动机和其他部件之间的电流。

可再生能源系统DC-DC转换器对于太阳能光伏发电装置和风力涡轮机等可再生能源系统至关重要,太阳能光伏发电系统使用最大功率点跟踪(MPPT)DC-DC转换器,以不断改变输入电压,优化太阳能电池板的电力输出;DDC-DC转换器也可以用于风能系统,以控制电网或电池储存系统传输多少电力。

电信电信:电信业使用DC-DC转换器,为基地站和数据中心等敏感设备提供恒定电压。高效、低噪音的DC-DC转换器对于保持信号完整性和尽量减少干扰至关重要。为了保证设备的可靠性和安全性,经常使用孤立的转换器。

工业自动化工业自动化应用经常使用DC-DC转换器向一系列传感器、驱动器和控制系统提供受管制的电力,多输出转换器在这些条件下非常有用,因为它们能够有效提供各种部件所需的各种电压水平,而机动车和其他高载装置有时可以由高功率DC-DC转换器驱动。

这些案例研究表明,DC-DC转换器在许多部门有许多用途和优势,这些转换器由于其多功能和效率,是当代电子和电气系统的重要组成部分,工程师通过了解每项应用的具体要求和限制,可以开发可靠和有效的DC-DC转换器解决方案。

审核编辑：彭菁