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设计电源时拓扑结构如何选?

2021-07-02 10:39:02 赵明灿 阅读:
电源管理系统是电子设备的供电心脏。设计电源管理系统时,其性能优劣对电子产品的性能和可靠性有着直接影响。本文将通过对其拓扑结构进行分类,对其应用场景做个简单介绍。

众所周知,电源管理系统是电子设备的供电心脏,负责为电子设备提供所需的电能变换、分配、检测等管控功能。设计电源管理系统时,其性能优劣对电子产品的性能和可靠性有着直接影响。nPAednc

本文将通过对电源管理的拓扑结构进行分类,对其应用场景做个简单介绍。nPAednc

电源管理分类

电源管理按照功能可划分为AC/DC(交流转直流)、DC/DC(直流转直流)、驱动IC、保护、LDO、负载开关、PMIC等。nPAednc

常见的电源主要分为车载与通信系列,以及通用工业与消费系列。前者的使用的电压一般为48V、36V、24V等,后者使用的电源电压一般在24V以下。nPAednc

不同应用领域的规律不同,如PC中常用的是12V、5V、3.3V,模拟电路电源常用5V、15V,数字电路常用3.3V、2.5V等。现在的FPGA、DSP还用到2V以下的电压,诸如1.8V、1.5V、1.2V等。nPAednc

电源管理拓扑结构

拓扑结构即实现相应功能的最基本的电路结构。nPAednc

根据电能转换过程中是否使用隔离器件(变压器),可将电路拓扑结构分为隔离型(AC/DC)和非隔离型(DC/DC)。nPAednc

隔离拓扑能增加电路的安全性,大电压场景一般需要进行隔离。如用市电供电的情况,人接触电源的输出端或地端可能会有触电危险。在下雨天打雷的时候,没有隔离就有可能导致电路烧毁。nPAednc

非隔离电源中,升压(Boost)和降压(Buck)是基本结构,其他结构都是Boost和Buck的组合变形。Boost电路比Buck电路技术要求高,Buck电路应用场景则比Boost电路多。nPAednc

如下图所示,隔离型电源拓扑结构可根据电路工作功率进行选择,非隔离拓扑结构则可根据升降压的需求进行选择。nPAednc

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非隔离型电源

非隔离型电源输入输出端没有使用隔离器件(主要是变压器)进行隔离。nPAednc

可通过控制开关管占空比(D,0<D<1,即导通占比大小),对输入的直流电进行升压或降压。nPAednc

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隔离型电源

隔离型电源使用变压器将输入电压与输出电压进行隔离,从而提高了电路的安全性。nPAednc

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隔离电源的两种形式:线性电源 vs 开关电源

交流市电转换为直流电的电源装置可分为线性电源和开关电源。nPAednc

输入频率是决定变压器大小的变量之一,电源体积主要由变压器大小所决定。由于交流市电输入频率固定,线性电源是先经过变压器降压再整流,因此变压器体积就难以做小。与之相反,开关电源是先整流,再通过开关管来增加输入电压频率,因此变压器体积就可以做小,电源体积也就可以做小。nPAednc

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赵明灿
赵明灿是EDN China的产业分析师/技术编辑。他在电子行业拥有10多年的从业经验。在加入ASPENCORE之前,他曾在电源和智能电表等领域担任过4年的工程师。
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